俄制核电复合钢管道异种接头焊缝国产化替代论证及制备试验研究

本文针对核电管道维修技术的国产化需求,开展了俄制复合钢管道异种接头的材料国产化替代论证,筛选出与俄产08X18H10T不锈钢的成分、组织及性能相近的国产核电用0Cr18Ni11Ti不锈钢,并采用替代材料进行了异种接头焊缝的焊接工艺试验及验证研究工作。研究表明,国产材料及工艺替代制备的异种接头的质量满足俄罗斯标准各项技术指标的要求,其各项性能与俄制进口接头相当;与堆焊层测试数据对比,异种接头的焊接制备过程对复合钢侧坡口堆焊层的铁素体及硬度值造成一定影响,但是均在合理范围内。该项工作为后续补焊修复研究工作的顺利实施,以及实现核电站该类管道维修技术的国产化具备指导作用和参考意义。

1Cr5Mo与20钢管异种接头的焊接

通过1Cr5Mo与20钢管的焊接试验,选择了J507焊条为该异种接头的焊接材料,并给出了防止裂纹、保证工程焊接质量的有效工艺措施.试验结果在工程中得到应用并取得了满意效果.

基于三维XFEM计算的非匹配异种接头裂纹偏转验证

现有完整性评定将异种接头分为母材、焊缝、母材3个部位,然而低匹配接头实际存在母材、热影响区(HAZ)、交界面、焊缝4个部位。以CF62(母材)-316L(焊材)组合的低匹配接头为例,对其进行结构细分,对该低匹配接头进行断裂韧度试验时,裂纹向软质焊缝区偏转。笔者建立了低匹配接头的异质材料(交界面和HAZ)扩展有限元(XFEM)模型,对裂纹的偏转现象进行数值模拟,通过对不同匹配比(M=0.3~1.0)热影响区进行扩展有限元模拟,研究不同匹配比下裂纹偏转过程和含异种界面的J积分值,分析匹配比和裂纹偏转对接头断裂韧度的影响。结果表明:低匹配接头形式可提升HAZ的断裂韧度,断裂韧度随着匹配比的增大而增大;裂纹偏转现象会影响裂纹长度的测量,裂纹发生偏转后接头的断裂韧度有所下降。

CG-130／9．81-M锅炉异种接头管道的焊接

2006年某锅炉安装公司承建了河北华瑞2×24MW热电工程，该工程的锅炉型号为CG-130／9．81-M。其参数为：额定蒸发量130t／h，过热蒸汽压力9．81MPa，过热蒸汽温度540℃。锅炉屏式过热器的集箱管座采用12CrlMoV，其顶部连接管采用20G，属典型的异种钢焊接接头，异种钢焊接是电站锅炉安装中经常遇到的焊接问题。此次工程的异种钢焊接接头不仅质量好而且效率高。根据此次对锅炉安装质量监督检验的有关资料，将异种钢焊接实施过程介绍如下，以供参考。

ZQSn6—6—3铜瓦与20钢管异种接头火焰钎焊工艺

ZCuSn6Zn6Pb3铜瓦作为我厂硅铁分厂1800kVA矿热炉电极的重要附件,在使用过程中受到高温环境的影响,除发生氧化、熔化及剥落外,铸入铜瓦的φ32mm×3.5mm的20钢U型冷却循环水管,与铜瓦本体结合处出现裂缝而引起的漏水现象尤为常见,直接影响到矿热炉的正常、连续生产。 起初,曾试图用碳弧焊。

转速对铝铜异种金属薄板搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

探讨了不同转速(1600~2000 r/min)对铝铜异种金属薄板搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响,旨在为铜-铝较薄复合构件的开发提供理论依据。实验采用搅拌摩擦焊(FSW)技术对接焊铝和铜薄板,通过金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪器(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微维氏硬度计等设备对焊接接头的宏观形貌、微观结构、元素分布、金属间化合物(IMCs)相和硬度分布进行分析,并通过拉伸试验机研究其力学性能。结果表明,在1600~1800 r/min转速下,可获得表面质量良好的焊接接头,且随着转速的增加,IMCs层厚度增加,显微硬度峰值出现在焊核区,平均硬度高于铜侧和铝侧;接头断裂方式为韧-脆混合断裂,断裂位置均在铜铝对接接头处;当焊接速度为30 mm/min,转速1800 r/min时,接头表面质量最佳,IMCs层厚为2.65μm,抗拉强度达到最大值,显示出良好的力学性能,适合于铜-铝较薄复合构件的应用。

高含硫气田压力容器异种钢焊接接头失效泄漏原因分析

对国内某高含硫气田酸性湿气增压项目压缩机进气洗涤罐进行“酸敏试验”,试验过程中上封头与长高颈法兰连接角焊缝处即异种钢焊接部位连续出现了两次介质泄漏事故。通过宏观形貌观察、化学成分分析、金相组织分析、硬度测试、断口宏观与微观形貌分析等方法,对现场试样进行系统分析,再结合焊接冶金学机理分析,确定了异种钢焊接接头失效泄漏的原因。在硫化物应力腐蚀开裂敏感环境中,在残余应力与外加应力的共同作用下,裂纹沿最薄弱的熔合线分布,从内侧启裂,并向外侧扩展,最终穿透管壁,导致泄漏发生。

经长时服役的超临界锅炉T91/TP347H异种钢接头性能分析

对某超临界锅炉运行7.5万小时的T91/TP347H异种钢接头,采用金相显微镜、万能材料试验机和扫描电镜等仪器设备,研究长时服役后T91/TP347H异种钢接头的性能。结果表明:该异种钢接头薄弱区在T91熔合线处,该位置链状孔洞和脱碳层的形成大大弱化了力学性能,氧化缺口的形成加速了接头的开裂。异种钢接头各区域的冲击性能显著降低,其中焊缝冲击性能最低,实测仅为66 J。

T91-奥氏体不锈钢异种钢接头热处理工艺研究

为解决SA-213T91+SA-213TP347HFG异种钢接头因热处理温度高引起热膨胀应力过大而拉裂的问题,设计6种SA-213T91+SA-213TP347HFG异种钢对接接头焊后热处理工艺,对6组不同热处理工艺后的显微组织和力学性能试验进行对比分析。结果表明:不同热处理规范下接头力学性能皆合格,可满足工艺质量制造要求,模拟确定了此类异种钢接头允许的最低热处理规范为715℃×1.5h,优化了此类异种钢对接接头的热处理规范,也为现场服务或返修焊接时选取合理的热处理温度提供了参照。

焊接速度对钢/铝异种金属激光深熔焊接头特性的影响

为了解决钢/铝异种金属焊接接头力学性能较低的难题,采用无任何填充材料的光纤激光深熔焊接方法,研究了不同焊接速度对钢/铝搭接接头焊缝成形、界面组织和力学性能的影响.研究结果表明,随着焊接速度从2.4 m/min增加到3.3 m/min,钢/铝接头焊缝成形不断改善,且在焊接速度为3.0、3.3 m/min时,获得良好的焊缝成形.钢/铝接头界面金属间化合物层由Fe_2Al_5和Fe_4Al_(13)相组成,且增加焊接速度明显减小Fe_4Al_(13)相的数量及界面Fe_2Al_5层的厚度.接头拉伸剪切试验结果表明,当焊接速度为3.0 m/min时,钢/铝搭接接头的机械抗力值最高达137.1 N/mm.

桥式起重机箱形梁异种钢焊接接头疲劳损伤的声发射表征

文中通过声发射技术对桥式起重机箱形梁Q345B/Q235B异种钢焊接接头疲劳损伤过程进行表征,发现了声发射特征参数变化取决于疲劳裂纹扩展不同阶段的特点,得以利用声发射动态监测桥式起重机循环载荷下的疲劳损伤状态,从而实现及早预警的目的。另外,通过对异种钢焊接接头焊缝和热影响区2种不同缺陷位置疲劳实验各阶段典型声发射信号的对比分析,获知热影响区比焊缝位置更易发生疲劳断裂,故箱形主梁在服役过程中应重点关注异种钢焊接接头热影响区位置并及早发现危险。

异种钢焊接接头碳迁移研究现状

从异质接头熔合线附近的显微组织、碳化物演变、碳迁移的计算与模拟、碳迁移对腐蚀性能和高温蠕变性能的影响等方面,对国内外在异种钢焊接接头碳迁移方面的研究成果进行了综述。

6061/5052异种铝合金钨极惰性气体保护焊接头的组织与性能

制备了6061/5052异种铝合金钨极惰性气体保护焊(TIG)接头,研究了接头的显微组织、晶粒尺寸、硬度、抗应力腐蚀性能和预腐蚀疲劳性能。结果表明:6061铝合金母材,焊缝和5052铝合金母材的平均晶粒尺寸分别为38.42,47.13,41.17µm;母材区显微硬度高于热影响区和焊缝区,硬度最小值(51 HV)出现在6061铝合金侧热影响区;接头在NaCl溶液和空气中应力腐蚀后,断裂位置均在6061铝合金侧距焊缝中心14 mm处,在NaCl溶液中的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率略高于在空气中,抗应力腐蚀性能略强;随着NaCl溶液中HCl含量增加,焊接接头的晶间腐蚀深度增加,疲劳寿命缩短,断裂位置由焊缝区向5052铝合金母材转变。

压力容器异种钢接头焊缝残余应力分布研究

针对压力容器在服役过程中出现异种钢接头焊缝开裂和应力腐蚀裂纹等安全问题,提出了一种压力容器异种钢接头焊缝残余应力分布的研究方法,并进行了试验验证。通过建立有限元模型分析焊缝的温度场和残余应力,结果显示:随着焊缝道数的增加,热源附近的温度也相应变化,而焊缝区的温度最高值超过了异种钢的熔点,这一分析揭示了焊接过程中温度的变化情况。而非破坏性测试试验结果与有限元模拟结果基本吻合,验证了所提方法的模拟精度较高。进一步分析表明,在未进行展开切削加工时,异种钢接头焊缝的隔离堆焊层是主要的高应力区域,属于容器中易出现应力腐蚀开裂的危险位置。上述结果验证了所提方法具有较高的模拟精度,可准确地判断压力容器异种钢接头焊缝容易出现应力腐蚀开裂的危险区域。

稳压器接管与安全端异种金属接头的焊接研究

稳压器接管与安全端属于异种金属焊接,本研究对焊材的选择、焊材性能、镍基合金焊缝焊接工艺特点、接头型式以及工艺评定和产品焊接等因素对焊缝质量的影响进行研究。研究结果显示:镍基合金焊材所形成的熔池十分粘稠,建议在焊接过程中采取措施轻微搅动熔池;镍基合金的焊接容易产生焊接热裂纹和气孔,须对镍基合金焊材的化学成份进行严格的控制。

Q235/304不锈钢异种钢焊接接头超声相控阵检测研究

异种钢焊接接头具备高强度、高耐腐蚀性以及低成本等特性,已经被广泛应用于锅炉、管道和压力容器等特种设备中。然而由于异种钢焊接接头的材料组织、力学性能以及残余应力不均匀,在制造和服役后极易出现开裂等缺陷,采用常规无损检测存在检测精度低、扫查范围小等缺点,导致缺陷难以检出。针对上述问题,以Q235/304不锈钢两种典型异种钢焊接接头为研究对象,推导了超声相控阵检测异种材料聚焦延时计算法则,制作Q235和304不锈钢焊接试块,并利用汕超SUPOR32P/32PT检测仪结合延时法则检测含有预制未熔合、未焊透和裂纹的人工缺陷,然后通过射线检测对比分析。检测结果表明:相较于传统超声检查技术,采用超声相控阵检测技术检测的定位误差小于5mm,长度定量误差均小于10%,定性分类准确度达到100%,能够较好地满足异种钢焊接接头质量检测要求。

过热器管异种钢焊接接头早期失效的调查分析

针对1 650 t/h锅炉过热器管珠光体/奥氏体异种钢焊接接头早期失效进行了失效分析和调查研究。结果表明:早期失效的主要原因是焊接接头存在严重的焊接缺陷及采用的焊接材料不当,在运行过程中由于高温、应力、腐蚀等因素影响而形成裂纹,由此引发异种钢接头早期失效。

10Cr9Mo1VNbN和ZG15Cr2Mo1异种钢焊接接头性能分析

通过残余应力测试、金相组织观察、维氏硬度测试等,分析10Cr9MoVNbN和ZG15Cr2Mo1异种钢焊接接头的综合性能。结果表明:焊后残余应力分布情况非常复杂,且焊板反面存在较大的拉应力,在热处理后显著降低;热处理后,存在明显的元素迁移现象,且随温度和时间的增加变得愈加明显;并对异种钢焊接接头的维氏硬度分布特征进行分析,评价异种焊接接头的力学性能。

钛/铝异种金属扩散连接及其界面调控的研究进展

钛/铝复合构件具有轻量化、高强度、耐腐蚀等优势,使其广泛应用于新能源汽车、航空航天等领域。但是钛/铝之间的物理性能差异较大,且冶金反应容易生成如TiAl_(3),TiAl等脆性的金属间化合物,导致钛/铝异种金属接头性能下降。为了解决上述问题,基于扩散连接技术在异种金属连接方面变形小、无污染、冶金结合致密等优势,文中详细讨论了扩散连接技术在钛/铝异种金属连接上的应用,以及连接温度、保温时间、压力等焊接工艺参数、焊后热处理工艺、中间层对接头的影响。重点总结了工艺调控和添加中间层调控钛/铝接头的组织和性能。结果表明,工艺调控和添加中间层调控相结合可以最大限度的调控脆性金属间化合物的类型和降低金属间化合物的厚度。在此基础上,讨论了钛/铝异种金属扩散连接的发展趋势。

碳迁移对9%Cr和2.25%Cr异种钢焊接接头高温韧性的影响

异种钢的焊接连接在发电设备中制造中扮演着重要角色,其中碳迁移是影响异种钢焊接接头服役性能的一个重要因素。研究9%Cr+2.25%Cr异种钢焊接接头的碳迁移现象及其对接头高温韧性的影响,发现该接头在9%Cr母材侧热影响区(Heat affected zone,HAZ)中形成富碳区,在紧邻的2.25%Cr焊缝一侧形成贫碳区,富碳区和贫碳区存在较大的硬度差异。在对接头HAZ的高温(500℃)准静态断裂韧度测试中,发现位于焊缝的贫碳区裂纹容易扩展。富碳区断口形貌以准解理为主,贫碳区断口形貌以浅韧窝为主。有限元计算结果表明,在贫碳区中有塑性应变集中现象,导致其损伤加剧,成为裂纹扩展过程中的较弱环节。结合断口形貌以及有限元计算结果,对控制该接头断裂过程的机理进行分析,认为弹性能与塑性能储备能力的不同是导致断口形貌差异的主要原因。