基于微观组织的镍基合金焊接热裂纹判据

概述了镍基合金焊接热裂纹(结晶裂纹、高温失塑裂纹)的评价方法、产生原因和防止措施，结合核用690合金焊接材料的特点，采用大厚度裂纹试验方法研究了Laves相、MC和M₂(C,N)碳化物、MN氮化物对焊缝结晶裂纹、高温失塑裂纹的影响，提出了基于微观组织的镍基合金热裂纹判据，防止结晶裂纹判据为Laves相含量不大于0.9%(体积分数)，防止高温失塑裂纹判据为MC+MN+M₂(C,N)含量不小于0.18%，在此基础上，研制出新型690合金焊接材料—WHS693M焊丝。结果表明，焊丝抗裂性优良，熔敷金属力学性能满足三代核电主设备制造技术要求。     

一种核电核岛主设备用镍基焊丝的研制

通过试验分析了核电核岛主设备用镍基焊丝中各元素对焊丝和焊缝熔敷金属性能的影响.结果表明,随着焊丝中Al,Ti,Mn,Nb元素含量的增加,焊丝的强度、硬度及焊缝金属的抗拉强度增加;随着焊丝中Al,Ti,Nb元素含量的增加,室温焊缝熔敷金属的冲击吸收功增加;随着焊丝中Mn元素含量的增加,焊缝熔敷金属的冲击吸收功降低.通过调整焊丝成分得到了符合核电核岛主设备使用要求的焊缝熔敷金属.     

焊接工艺对690镍基合金焊丝熔敷金属高温失塑裂纹敏感性影响研究

针对690镍基合金熔敷金属高温失塑裂纹敏感性问题,采用基于Gleeble-3500热力耦合试验机的STF试验,开展焊接工艺对国产化690镍基合金焊丝WHS690M熔敷金属高温失塑裂纹敏感性的影响研究,并与进口Inconel 52M焊丝试验结果进行对比分析。试验表明,熔敷金属高温失塑裂纹最小临界应变出现在1 050℃附近,焊接热输入对最小临界应变影响较小,相比于大面积堆焊熔敷层,对接焊缝熔敷金属临界应变降低,高温失塑裂纹敏感性提高。     

核电设备用690镍基合金气体保护焊丝国产化研究

针对核电设备用690镍基合金焊接材料依赖进口的现状,开展690镍基合金焊接材料的国产化研制。研制的690镍基合金气体保护焊焊丝WHS690M满足CAP1000及CAP1400核电站的要求,焊接工艺性良好,在不同焊接规范参数下,焊缝金属室温及高温力学性能波动较小,350℃抗拉强度≥485 MPa。对WHS690M及进口Inconel 52M焊丝熔敷金属进行高温失塑裂纹敏感性评估,并结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及电子背散射衍射技术(EBSD),对晶粒取向和晶界特征进行观察。试验表明,焊缝金属DDC最小临界应变出现在1 050℃附近,进口Inconel 52M最小临界应变约为2.1%,WHS690M最小临界应变约为3.2%。     

Nb含量对NiCrFe-7焊缝金属组织、缺陷和力学性能的影响

采用相图计算、焊材设计、焊材制备、现场焊接和焊缝金属解剖的方法,研究Nb含量对Ni Cr Fe-7焊缝金属组织、缺陷和力学性能的影响.结果表明,随焊缝金属中Nb含量增加,焊缝金属晶内MX(M=Nb,Ti,X=C,N)析出相增加,晶界M23C6(M=Cr,Fe)的初始析出温度降低,晶界M23C6析出相减少,且M23C6由多列连续分布转变为单列离散分布;焊缝金属中的高温失延裂纹(ductility-dip-cracking,DDC)的数量和尺寸减少;焊缝金属的强度、塑性和弯曲性能显著提高.     

晶粒尺度对镍基高温合金的高温失塑裂纹敏感性的影响

镍基高温合金FM-52M是被广泛应用于核电关键部件焊接结构的熔敷金属。但在厚壁管道焊接中,FM-52M的窄间隙填充焊缝具有明显的高温失塑裂纹(DDC)倾向。由于该类热裂纹缺陷的存在,将导致关键部件的焊接结构在核电严苛环境中服役时出现极大的安全隐患。目前在压力容器安全端等厚壁管道焊接制造中,仍无法完全避免该缺陷。针对该问题,提出了采用脉冲TIG焊细化FM-52M的焊缝微观结构改善材料的高温力学性能。通过基于Gleeble技术的单向拉伸试验(STF试验)对FM-52M填充焊缝的DDC裂纹敏感性进行评估,结果证实细化的微观组织提高了DDC裂纹的临界应变,增加了该熔敷金属的抗DDC性能。     

安全端镍基焊材焊接缺陷敏感性研究

反应堆压力容器接管安全端焊缝为异种金属焊缝,使用690合金过渡连接低合金钢与不锈钢,制造过程中690焊材易产生微裂纹、未熔合和氧化物夹杂等缺陷。通过分析缺陷产生机理并结合实际制造情况,研究化学成分、焊接方法、工艺参数、辅助工艺措施以及坡口结构等对690镍基焊材焊接缺陷敏感性的影响。结果表明,合理控制合金元素含量可达到降低结晶裂纹敏感性的目的;适当减少焊接热输入,避免熔池过热,可降低裂纹和未熔合敏感性;控制坡口收缩变形,能够避免对焊接质量的不利影响。     

镍基合金焊接裂纹研究现状

近年来,镍基合金焊接件在航空航天、核电、火电和石油化工等工程领域的应用需求快速增长。本文介绍了镍基合金的分类以及镍基合金焊接方法的研究,由于成本以及技术等的限制,镍基合金的焊接主要采用熔化焊焊接方法。重点综述了镍基合金焊接裂纹的产生机理以及各元素对裂纹的影响。镍基合金熔化焊焊接过程中易产生4种焊接裂纹:结晶裂纹、液化裂纹、失塑裂纹和应变时效裂纹。总体上,结晶裂纹和液化裂纹产生机理已较为明确,焊接过程中低熔点液态薄膜的出现是结晶裂纹和液化裂纹产生的主要因素。失塑裂纹目前仍没有对其明确的定义,镍基合金失塑裂纹产生机理也存在着较大的分歧。镍基合金应变时效裂纹是沉淀强化镍基合金所特有的,裂纹产生与沉淀相的沉淀速率密切相关。杂质元素和添加元素对镍基合金焊接裂纹敏感性有着重要影响,元素的影响虽然已经进行了大量的研究,但元素单独或者协同对裂纹敏感性的具体影响仍需进一步的研究。     

采用镍基和奥氏体焊材焊接Cr13钢焊接接头性能

采用ER309L氩弧焊丝的奥氏体焊材和ERNiCrFe-3镍基焊丝的镍基焊材对Cr13钢母材进行TIG焊接,通过无损检测、显微组织、力学性能和耐腐蚀性能试验,对两种焊材的焊接接头性能进行研究.结果表明,两种焊接接头均未发现焊接缺陷,焊接接头属于高强匹配,弯曲性能合格.与奥氏体焊材焊缝相比,镍基焊材的焊缝冲击韧性低,硬度高,耐电化学腐蚀性能高.     

Inconel 690镍基合金焊接研究进展

Inconel 690镍基合金是一种面心立方结构的高温合金,具有优异的耐高温及耐腐蚀性能,被广泛应用于核电、石油化工和航空航天等领域。文中主要从焊接方法、凝固裂纹敏感性和高温失塑裂纹敏感性三个方面对Inconel 690镍基合金的焊接研究现状进行了总结和分析。传统熔化焊方法焊接Inconel 690镍基合金时易引起晶粒粗大、元素偏析并增加裂纹敏感性,而能量密度高的激光焊有望解决此类问题,然而相关研究较少;对铌的最佳含量范围存在很大分歧,析出相诱导机制的机理尚未明确,从工艺角度改善凝固裂纹和高温失塑裂纹的研究仍需进一步研究。     

焊丝成分对镍基高温合金TIG焊焊接性的影响

解决K4951合金的熔焊修复是实现新一代航空发动机机匣研制的关键.针对K4951合金中的难熔元素含量高、可焊性较差的问题，本文根据该合金的成分特点，通过调整母材中的沉淀强化元素和固溶强化元素，设计出7种成分的焊丝，并利用扫描电镜、透射电镜、电子探针和热力学软件等研究手段分析了合金元素对焊接接头的裂纹敏感性和持久性能的影响.结果表明，在母材成分的基础上提高焊丝中B元素含量至0.04%，接头的裂纹敏感性显著增加，焊缝金属加工即断裂；提高Nb元素含量可提升晶界液膜的愈合能力，有效的降低焊缝样品的焊接敏感性，接头的持久寿命由15 h提升至41 h；降低Cr,Mo元素的含量可以在一定程度上提高的合金的裂纹敏感性，使接头的持久寿命提升；提高Al元素的含量，同时调控Nb,Cr,Mo等元素可有效抑制裂纹形成，并提升了焊缝金属的高温服役性能.研究结果可为后续沉淀强化镍基高温合金的焊接性研究提供一定的参考价值.     

核级ENiCrFe-7镍基合金电焊条的研制

迄今,核电设施的焊接用镍基合金电焊条都依赖进口。为此,成功研制了核级ENiCrFe-7镍基合金电焊条,并在低合金钢板上制备了约20mm厚的堆焊层。随后检测了焊缝金属的宏观和微观形貌及室温和350℃力学性能,并对其进行了弯曲试验、剪切试验、晶间腐蚀试验和STF(strain-to-fracture)试验。结果表明:焊缝金属的宏观质量、微观组织、力学性能和耐晶间腐蚀性能均符合第三代先进压水堆核电站的要求,并且对高温失塑裂纹(DDC)不敏感。新研制的核级ENiCrFe-7镍基合金电焊条的综合性能与进口焊条的相当,有望替代进口的焊条。     

Inconel 740H焊丝熔敷金属高温失塑裂纹敏感性研究

Inconel 740高温合金具有良好的高温力学性能以及优异的抗腐蚀能力,常用于核电设备的关键部位焊接,但在高温下易产生高温失塑裂纹(DDC)。本次通过应变-裂纹(STF)试验测定Inconel 740H焊丝所焊焊缝熔敷金属产生高温失塑裂纹的敏感温度区间,并通过观察金相组织、裂纹形貌及断口形貌研究高温失塑裂纹的机理。     

低合金钢焊丝焊接C4镍基合金/X60钢熔合区组织与耐蚀性

采用CO2保护低合金钢焊丝焊接C4镍基合金/X60钢异种金属.并研究了焊缝的组织与耐蚀性.结果表明:靠近C4镍基合金熔合线附近出现含有奥氏体组织的未混合区,X60钢熔合区组织无明显未混合区出现;在CA镍基合金未混合区内Cr、Ni元素含量较高,从焊缝中央到X60钢熔合线,Cr元素含量明显减少,Ni元素含量增加;C4镍基合金熔合区和X60钢熔合区的耐蚀性优于焊缝区;形成腐蚀膜对基体保护作用也比焊缝区好.     

Mo含量对大热输入下焊缝金属组织及冲击韧性的影响

使用单道次垂直气电立焊和药芯焊丝在Q235钢板上制备了不同Mo含量的焊缝熔敷金属,研究了Mo含量对大热输入焊缝金属组织与冲击韧性的影响。结果表明:在大热输入焊接条件下,焊缝金属的奥氏体晶内形成了大量以微细夹杂物为核心的细密状针状铁素体,使焊缝金属具有较高的低温冲击韧性。随着Mo含量的增加,晶内针状铁素体晶粒尺寸减小,焊缝金属的低温冲击韧性增大,当Mo含量进一步提高至0.81%时,形成了大量粒状贝氏体组织,恶化了焊缝金属的低温冲击韧性。     

Fe3Al合金与A304钢的TIG焊试验研究

采用TIG焊方法，分别选择9Cr-1Mo钢焊丝、A347焊丝和Inconel82Ni基合金焊丝作填充材料对Fe3Al合金与A304不锈钢进行焊接试验，并对接头质量进行了检测分析。结果表明：三种填充焊丝的焊缝中均有裂纹产生，并且在Fe3Al合金的热影响区还出现了微裂纹；采用Cr—Mo钢焊丝时，溶池金属沿FeAl母材基体结晶长大，接头区组织较均匀，而采用Ni基焊丝时，Fe3Al侧存在界线明显的熔合区。     

不同焊接热循环状态隔离层对再焊接环缝组织和性能的影响

核电主设备安全端的质量直接影响整个核电系统的安全,出现缺陷一般采用手工焊局部修复,难以满足第三代核电技术的要求。在“华龙一号”核电主设备安全端修复过程中,首次采取对整个安全端切除并通过全位置凸台熔敷和窄间隙焊接技术对安全端进行了成功修复。通过对再制造过程中不同焊接热循环状态下的隔离层进行模拟试验,发现留存部分原镍基环缝的焊缝性能优于完全去除原镍基环缝的焊缝,并对其进行了力学性能测试、无损检测和金相组织分析。研究结果表明,部分保留原镍基环缝可有效改善焊缝性能,其晶粒更加细小,方向性更加明显。力学性能和液体渗透、超声波探伤等无损检测均未发现相关缺陷。这一发现为核电主设备安全端修复提供了重要参考,进一步推动了核电设备再制造技术的发展。     

焊丝成分对高速列车转向架焊接接头性能的影响

采用富氩基CO2焊工艺对高速列车转向架用S355J2G3钢板进行焊接,分析了焊丝中C,Mn,Si和Nb元素在焊接过程中的烧损及过渡规律,并研究了焊丝中C,Mn,Si和Nb元素含量变化对焊接接头力学性能的影响.结果表明,在富氩基CO2保护焊工艺中,Mn,Si元素会产生烧损,合理提高焊丝中Mn,Si元素含量,才能获得与母材相匹配的焊接接头性能,C元素的烧损规律与焊丝中各元素的原始含量有关.随着焊丝中C,Si,Mn元素含量的增加,焊缝金属的强度增加,断后伸长率降低.Nb元素的加入会显著提高焊缝金属的强度,但同时会恶化其塑性和韧性,因此应严格控制焊丝中的Nb元素含量.     

镍基焊接材料高温失塑裂纹的研究现状及研究趋势

高温失塑裂纹DDC(Ductility Dip Cracking)是一种出现在奥氏体不锈钢、镍基合金、铜基合金和钛合金等许多工程材料中的显微裂纹。简单介绍了高温失塑裂纹的发展过程，重点论述了镍基焊材中该裂纹的试验方法和产生机理，简要分析了评价该裂纹的试验方法的优劣，并对其防止措施做了简单的介绍，最后对该裂纹的研究趋势做了展望。     

690镍基合金焊丝热裂纹测试与评价方法研究

核岛主设备用690镍级合金焊接材料具有严重的热裂纹敏感性,作为行业公认的国际性难题,其测试和评价方法十分重要。利用STF试验、可调拘束试验、重熔试验、纵向切片试验和大厚度裂纹试验等试验方法,对690镍基合金焊丝热裂纹敏感性进行了测试、分析与评价。结果表明:大厚度裂纹试验是690镍基合金热裂纹最有效的测试与评价方法。试验用ERNi Cr Fe-7A焊丝中FM52M焊丝的裂纹敏感性最低,WHS690M在大厚度下出现裂纹,WHS694M焊丝各项性能优良,裂纹敏感性与FM52M相当。