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%。     

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。     

Nb和Ti对高温失塑裂纹敏感性影响机理研究

通过STF试验法测定临界开裂的最小应变值εmin确定HS690焊丝中Nb和Ti对熔敷金属高温失塑裂纹DDC（ductility dip cracking）敏感性的影响规律。通过扫描电镜和透射电镜等技术手段，对熔敷金属中晶界形态和析出物的数量和形态进行了观察。结果表明，在焊接工艺相同的条件下，采用向HS690焊丝中添加Nb和Ti的冶金方法能够改善第二相（Nb，Ti）C数量和晶界形态，并明显改善熔敷金属的DDC敏感性。     

Nb对镍基合金高温失塑裂纹敏感性的影响机理

通过应变-裂纹(STF)试验法测定临界开裂应变值和开裂温度,确定HS690焊丝中Nb含量对熔敷金属抗高温失塑裂纹(DDC)能力的影响规律,并采用透射电镜对焊丝熔敷金属中析出物的尺寸和形态进行了观察.结果表明,在焊接工艺条件相同的情况下,采用向HS690焊丝中添加Nb的冶金方法能够调整晶界处第二相(Nb,Ti)C的数量和形态,晶界条件得到改善,HS690熔敷金属抗DDC的能力得到明显的提高.     

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。     

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。     

Nb对HS690镍基合金焊丝熔敷金属结晶裂纹的影响

采用可调拘束试验,初步研究了Nb元素对HS690焊丝熔敷金属结晶裂纹的影响.试验结果表明:含Nb焊丝熔敷金属的临界应变速率低、最大裂纹长度大和结晶裂纹敏感性大.Nb的低熔点共晶物是产生结晶裂纹的原因.     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

20084061基板材料对QFP焊点应力应变影响的数值模拟/张亮…//焊接学报.-2008,29(1):35~39采用粘塑性有限元法,针对三种不同基板材料,对Sn3.8Ag0.7Cu焊点的应力及应变进行分析。结果表明,FR-4基板对应焊点的最大应力集中在焊点最内侧的尖角处;LTCC基板对应焊点的最大应力集中在焊点最外侧的尖角处;PTFE基板对应焊点的最大应力集中在焊点和引线交界的尖角处。三种基板材料中,FR-4基板对应焊点的残余应力最小,LTCC基板对应焊点残余应力最大,PTFE基板对应焊点居中。运用Anand方程计算得出Sn37Pb钎料的分析结果和Sn3.8Ag0.7Cu钎料对应的结果具有相同的规律。对基板厚度进行的优化模拟计算结果表明,基板厚度为0.8mm时对应焊点的残余应力最大。图10表2参920084062Nb对镍基合金高温失塑裂纹敏感性的影响机理/唐正柱…//焊接学报.-2008,29(1):107~112通过应变-裂纹(STF)试验法测定临界开裂应变值和开裂温度,确定HS690焊丝中Nb含量对熔敷金属抗高温失塑裂纹(DDC)能力的影响规律,并采用透射电镜对焊丝熔敷金属中析出物的尺寸和形态进行了观察...     

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。     

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。     

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。     

Nb对690镍基合金焊条熔敷金属组织与性能的影响

采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）观察以及相图计算、拉伸试验、硬度试验,分析了Nb对三组690镍基合金焊条熔敷金属组织与性能的影响。结果表明：熔敷金属中的Nb以碳化物MC（M=Nb, Ti）相的形式析出。随着Nb含量的增加,熔敷金属中奥氏体晶粒的长大受到抑制,晶粒变细,晶界面积增大;随着Nb含量的增加,熔敷金属中的MC析出相增加,M23C6（M=Cr, Fe）析出相减少,晶界变得更加曲折,高温低塑性裂纹敏感性降低;随着Nb含量的增加,熔敷金属的硬度值和塑性提高。     

Nb对690镍合金焊条熔敷金属DDC敏感性影响

采用应变开裂试验研究了Nb对Inconel 690焊条熔敷金属失塑裂纹敏感性的影响.结果表明,Nb在熔敷金属中主要以碳化物的形式存在于晶界上,起到了阻碍晶界滑移的作用,降低了材料DDC敏感性,但是当含量超过一定值以后,出现了局部液化现象,其最佳含量为1.73%.     

Inconel 690带极电渣堆焊熔敷金属力学性能

针对核电用Inconel 690镍基合金的研究现状,对熔敷金属的力学性能展开研究。采用金相显微镜观察Inconel 690镍基合金带极电渣堆焊熔敷金属组织、采用扫描电镜对熔敷金属拉伸断口进行研究。结果表明,熔敷金属中有大量析出相,主要沿枝晶间分布;随着熔敷金属中Mn,Nb含量的增加,析出相的数量和尺寸增加,拉伸断口中高温低塑性裂纹减少,熔敷金属中晶界滑移受到析出相的钉扎,台阶和韧窝交错分布;熔敷金属Mn,Nb元素能够增加材料塑性储备,显著提升对高温低塑性裂纹(DDC)的抵抗作用。     

复合钢管中镍基合金喷焊层对焊缝裂纹敏感性的影响

通过模拟实际焊接试验,研究了镍基合金喷焊层对焊接裂纹敏感性的影响。结果表明,镍基合金喷焊层成分对奥氏体不锈钢焊缝的裂纹敏感性有明显的影响。喷焊层越厚,即焊缝中所熔的喷焊层成分越多,焊缝金属热裂纹敏感性越大。原因是喷焊层中所含Ni,Cr,B,Si元素熔入焊缝增加了焊缝裂纹敏感性。     

用高温拉伸试验评价HT690镍基合金焊条熔敷金属DDC敏感性

DDC(Ductility Dip cracking)是一种产生于奥氏体合金中的显微裂纹,其潜在危害性大.对四种HT690镍基合金焊条熔敷金属进行高温拉伸试验,得到高温塑性与温度的关系曲线,采用最低塑性值评价材料的DDC敏感性.最后,通过扫描电镜分析,得到了DDC裂纹的典型断口形貌.     

Inconel 690合金高温低塑性裂纹敏感性研究

镍基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件.但是应用中发现该合金具有一定的高温低塑性裂纹倾向,而高温低塑性裂纹的存在,将导致关键部件的焊接结构在服役时存在极大的安全隐患.针对上述问题,选用Inconel 690焊带熔敷金属,采用STF方法研究该材料的低塑性开裂的温度区间以及高温下的应变...     

镍基丝极埋弧焊材料焊接热裂纹的分析与防止

采用丝极埋弧焊的方法,通过宏观测试、微观分析研究了镍基ERNi Cr Mo-3焊丝/焊剂埋弧焊材料的焊接性、成分、组织、热裂纹等指标,并进一步通过SEM组织观察分析了镍基埋弧焊材料产生热裂纹的机理,杂质元素对裂纹的影响规律。结果表明,镍基埋弧焊材料的焊接要特别注意焊接热裂纹的产生,采用的焊丝和配套焊剂需要有效控制杂质元素,防止熔敷金属化学元素C,Si,S,P等杂质元素增加热裂纹倾向,其中熔敷金属的S,Si元素含量对热裂纹的影响较大,需要严格控制。     

核用镍基焊缝缺陷控制与焊材研制

镍基焊材在核电主设备制备中有着重要的应用,镍基焊材的性能很大程度上决定了核电设备的服役寿命。通过分析镍基焊缝金属焊接过程中常出现的失塑裂纹和点状夹杂两类焊接缺陷,设计并制备了不同Nb、Mo含量的镍基合金焊丝。结果表明,Ti会促进镍基焊缝金属中点状夹杂的出现;随着Nb、Mo含量的增加,镍基合金焊缝金属的室温强度逐渐增加,且焊缝金属的塑性得到大幅提升。Nb、Mo元素的添加,有效地改善了镍基焊缝金属中失塑裂纹与点状夹杂缺陷。通过调整成分获得了满足核电主设备使用要求的镍基合金焊丝。     

690镍基合金焊缝失塑裂纹产生的力学机制

为了从力学角度理解镍基合金焊丝ERNiCrFe-7和ERNiCr-4焊缝失塑裂纹的产生机制，在Thermorestor-W型模拟试验机上进行高温拉伸试验，提出新的裂纹敏感性判据——临界应力. 并与产生裂纹的临界应变相结合来评价不同温度下材料的裂纹敏感性. 结果表明，裂纹扩展的方向与加载方向大约呈90°夹角；当变形温度低于950 ℃时，临界应力随变形温度的升高而快速下降；两种材料产生裂纹最敏感的温度区间是950～1 150 ℃；与ERNiCr-4相比，ERNiCrFe-7产生裂纹的临界应力更小. 分析认为，流变应力是产生裂纹的主要因素，当流变应力超过临界应力时，容易产生沿晶裂纹.