用于核主泵屏蔽套的哈氏合金薄板激光焊接工藝基礎(chǔ).pdf

1、第三代核電站(AP1000)用非能動(dòng)式核主泵采用屏蔽式電機(jī)，而屏蔽式電機(jī)中屏蔽套的精密制造是保證核主泵正常工作的基礎(chǔ)。套體材料為超薄哈氏合金(HastelloyC-276)，制造過(guò)程包含對(duì)套體進(jìn)行焊接加工，這是核主泵屏蔽套制造過(guò)程的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
　　本文針對(duì)超薄大長(zhǎng)徑比Hastelloy C-276合金屏蔽套的焊接要求，采用激光焊接技術(shù)，提出焊接參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則，在減小焊接熱影響區(qū)的基礎(chǔ)上，對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行顯微組織觀察分析，并結(jié)合原始材

2、料的力學(xué)和耐腐蝕性能，對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性地性能檢測(cè)，綜合評(píng)估激光焊接過(guò)程對(duì)材料宏觀、微觀性能的影響，為核主泵屏蔽套的自主制造提供理論基礎(chǔ)和工程支撐。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)使用Nd∶YAG脈沖固體激光器實(shí)現(xiàn)了0.5 mm厚度Hastelloy C-276的焊接成形，討論了單脈沖能量、焊接速度、脈沖頻率、脈沖寬度和離焦量對(duì)焊縫上下表面寬度的影響規(guī)律，提出了焊接參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則;根據(jù)焊縫平整性、內(nèi)部存在橫/縱向輪廓條紋以及特

3、殊輪廓特征，結(jié)合浮力效應(yīng)和瑪爾戈尼對(duì)流熔池流動(dòng)理論研究了上述現(xiàn)象與焊接工藝特征的關(guān)系;此外，采用X射線無(wú)損探傷和逐層拋光的方法分別對(duì)焊縫進(jìn)行了宏觀和微觀焊接缺陷檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明脈沖激光焊接工藝能夠得到近無(wú)缺陷的焊接接頭。
　　(2)利用掃描電鏡、電子探針、X射線衍射儀和微觀硬度計(jì)分別檢測(cè)了焊縫微觀組織、元素分布、相結(jié)構(gòu)以及顯微硬度特征。焊縫處發(fā)現(xiàn)了明顯的次晶界和枝狀晶，晶粒細(xì)化現(xiàn)象明顯;激光焊接過(guò)程并未導(dǎo)致宏觀偏析，但微觀偏析現(xiàn)

4、象明顯;提出了分段修正k值的Brody-Flemings方程，揭示了Cr、Mo、W、Fe元素凝固過(guò)程擴(kuò)散規(guī)律，證實(shí)了激光焊接工藝有利于抑制脆性相的生成;X射線衍射結(jié)果說(shuō)明母材和焊縫處相組織均以面心立方奧氏體為主;微觀硬度結(jié)果表明焊縫處微觀硬度并未受到影響。
　　(3)通過(guò)拉伸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)焊接接頭的屈服極限與母材基本相同，僅在室溫條件下焊接接頭的抗拉強(qiáng)度有所降低;母材斷口形貌主要以較淺等軸韌窩斷口為主，而焊縫斷口呈現(xiàn)出較深細(xì)密等軸韌窩

5、斷口特征;XRD分析并未在常溫焊縫斷口處發(fā)現(xiàn)脆性相的富集;高溫工程應(yīng)力應(yīng)變曲線結(jié)果表明拉伸試樣均表現(xiàn)出均勻的塑性變形過(guò)程，高溫真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線結(jié)果表明焊縫處極限應(yīng)變與母材相當(dāng)，具有相同的加工硬化趨勢(shì)。
　　(4)在王水溶液中母材主要發(fā)生均勻腐蝕，而焊縫處呈現(xiàn)出典型晶間腐蝕特征;電化學(xué)腐蝕結(jié)果說(shuō)明激光焊接對(duì)Hastelloy C-276材料在中性溶液中的耐蝕性影響不大，但母材以選擇性腐蝕為主，焊縫以晶間腐蝕為主，焊縫處腐蝕速度低于母