温度对异金属焊接接头CO_2腐蚀的影响

为研究温度对异金属焊接接头CO2腐蚀的影响,使用熔化极气体保护焊(MIG)方式焊接X70管线钢和2205双相不锈钢.对基材/焊缝界面的组织和不同温度下的CO2腐蚀形貌进行了观察和分析.结果表明,焊缝侧显微组织呈树枝状奥氏体组织;焊缝存在较窄的熔合区且存在第二类边界线,Ni,Cr等元素存在浓度梯度.与低温相比,高温下焊接接头微合金钢侧产生较严重的CO2腐蚀,微合金钢表面的腐蚀产物膜呈疏松状,焊缝侧腐蚀产物膜较致密.电解液中两侧母材及焊缝的电位差、温度的不同导致离子的迁移速率不同,造成微合金钢和焊缝的腐蚀倾向不同.

核电52M镍基合金异种金属焊接接头的局部断裂行为

异种金属焊接接头是核电系统内部易损部件,为保证其安全使用,需要对其进行准确的完整性分析。为了理解含缺陷异种金属焊接接头的断裂表现,确定现有程序对异种金属接头评定的适用性。本文对镍基合金52M异种金属接头不同位置裂纹的三点弯曲试样进行了断裂试验。发现试样的裂纹扩展阻力及路径不同,且裂纹路径总是向低屈服强度材料侧偏转。得出裂纹路径的偏转主要由裂尖材料强度失配控制,而非韧性失配控制。对于扩展路径有偏斜的裂纹,其J-R阻力曲线反映的是沿裂纹扩展区材料的表观断裂阻力,而非初始裂纹尖端区材料的本质断裂阻力。在不考虑焊接热影响区、界面区及内部影响区断裂阻力的情况下,采用现有程序去评定含缺陷异种金属接头,将产生非保守或过于保守的评定结果,且在多数情况下,得到非保守的评价结果。

异种金属焊接接头微观组织演化及高温失效机理综述

使用镍基焊缝连接铁素体基耐热钢和奥氏体不锈钢(或镍基合金)形成的异种金属焊接接头(DMWs,Dissimilar Metal Welds)在核电、火电、石化等行业有着广泛的应用。DMWs在高温低应力服役条件下经常会出现早期失效,导致机组非正常停机,带来巨大的经济损失和安全隐患,故DMWs的早期失效问题一直受到工程界和学术界的重点关注。围绕DMWs的早期失效问题,回顾并总结了近几十年来该领域的相关研究成果。首先,介绍了DMWs的组织特点,重点关注了铁素体基耐热钢与焊缝界面附近区域的冶金特点,包括界面马氏体层、碳迁移、Ⅰ/Ⅱ型碳化物等;其次,简要总结了DMWs焊接残余应力的特点及其影响因素;再次,汇总了DMWs的高温蠕变数据,针对DMWs蠕变断裂位置转移的特点进行了分析,其中沿铁素体基耐热钢与焊缝界面断裂是DMWs失效的显著特征,这种失效方式与界面处应变集中、热应力、基体组织退化、碳化物粗化以及氧化等有关;最后,给出了若干种延长DMWs服役寿命的方法和建议。

核电站接管安全端异种金属焊接接头残余应力预测的研究现状

接管安全端异种金属焊接接头是压水堆核电站中连接主设备低合金钢压力容器接管嘴与不锈钢管道的一种典型结构,易发生一次侧应力腐蚀开裂,而焊接残余拉应力是造成此种应力腐蚀开裂的主要因素之一。因此,准确评估接管安全端异种金属接头的焊接残余应力分布至关重要。通过有限元模拟研究焊接残余应力旨在保障核电设备的结构完整性。介绍了接管安全端异种金属焊接接头的结构、材料与焊接工艺特点,综述了有限元模拟方法预测异种金属焊接接头残余应力分布的数值计算工作和典型流程,以及诸多因素对有限元模拟异种金属焊接接头残余应力的影响。

321/690异种金属焊接接头的腐蚀疲劳行为研究

采用1/2紧凑拉伸(compact tension,CT)试样,研究了690镍基合金与321不锈钢异种金属焊接接头在同一温度下含氧和除氧两种环境下的裂纹扩展行为,以及在相同含氧量的情况下应力强度因子对焊接接头的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,含氧和除氧两种水环境中,裂纹扩展速率均随应力强度因子K的升高而升高,并且焊接接头在除氧环境中有较高的开裂敏感性。

异种金属焊接接头微观组织的研究进展

对异种金属焊接接头的焊缝区、熔合区与热影响区的显微组织及元素分布的研究现状进行了综述,指出焊接接头的熔合区易发生失效,对改善异种金属焊接构件的服役组织提供了思路和依据.

13MnNiMo54/20MnMo异种金属埋弧焊接头性能研究

采用埋弧焊方法对板厚为106 mm的13MnNiMo54/20MnMo进行了异种金属多层多道焊,在检验合格的焊件上截取并制备试样。通过对焊接接头金属进行组织观察、高温拉伸试验以及显微硬度测试研究了异种金属焊接接头的性能。结果表明:中间层焊缝金属组织以细小的块状铁素体为主,表层焊缝金属组织主要为粗大的先共析铁素体和针状铁素体;20MnMo侧HAZ粗晶区是焊接接头的薄弱部位;表层焊接接头金属硬度高于中间层接头金属的硬度,20MnMo侧HAZ粗晶区金属的硬度值最高。

屈服强度失配对异种金属焊接接头裂纹扩展的影响分析

为了解含缺陷核电关键构件的裂纹扩展情况,以核电一回路安全端异种金属焊接接头为研究对象,建立了符合工程实际的核电焊接接头材料模型,基于XFEM分析了屈服强度失配对裂纹扩展力学场和路径的影响。结果表明:屈服强度对裂尖力学场的梯度变化影响较小;而屈服强度的高组配形式在一定范围内能够抑制裂纹的萌生,等组配形式有利于裂纹的扩展,屈服强度的增大会使裂纹启裂所需应力值增大而裂纹扩展长度减小。研究结果为异种金属焊接接头的安全性评价提供了依据。

异种金属焊接接头弹塑性裂纹扩展探究

针对含缺陷核电关键构件的裂纹扩展情况,以核电一回路安全端异种金属焊接接头为研究对象,建立了含预制裂纹的"三明治"材料模型,并基于扩展有限元法对焊接接头不同位置的裂纹扩展情况进行了详细对比分析。结果表明,裂纹扩展过程可分为3个阶段,且总是偏向向屈服极限较小的一侧扩展。研究结果可为含裂纹核电关键构件的剩余使用寿命评估提供依据,为后续研究及工程应用提供参考。

321-52M-690异种金属焊接接头的应力腐蚀开裂行为研究

采用慢应变速率拉伸(SSRT)和高温电化学相结合的方法,研究了外加电位对321-52M-690异种金属焊接接头在含Cl-高温高压水中应力腐蚀开裂(SCC)倾向的影响规律。结果表明,在300℃、50ppm Cl-环境下,焊接接头的SCC敏感性随电极电位(-700^+100mV)的升高而增大,且存在一个介于0^+50mV(vs.SHE)之间的临界电位Ecrit。当电极电位低于Ecrit时,焊接接头的SCC敏感性较小,SCC敏感性指数ISSRT基本在40%左右,断裂形式为外力主导的塑性开裂;当电极电位高于Ecrit时,ISSRT急剧增加至70%以上,断裂形式为腐蚀主导的脆性开裂。试样断裂位置均位于硬度最低的321母材处,表明在321/690异种金属焊接接头中321母材对SCC最为敏感,故进一步探讨了321不锈钢的应力腐蚀开裂行为和机理。

火电站用T23/TP316H异种金属焊接接头服役损伤分析

通过试验研究分析了服役后的高温蒸汽管道中T23/TP316H异种金属焊接接头的微观组织、成分和氧化情况。结果表明,在540℃/17 MPa条件下服役10万h后,TP316H钢侧虽会被氧化,但未发现明显的会导致接头早期失效的潜在危险因素;T23钢侧会出现沿焊缝/热影响区界面的氧化,并出现了沿界面的开裂。T23钢与镍基焊缝金属的界面氧化损伤与界面两侧热膨胀系数、高温蠕变强度差异及界面附近的硬度梯度耦合后,很可能诱发界面失效,增加接头早期失效风险。与此同时,T23钢侧未发现蠕变、碳迁移软区等常见的界面失效弱化因素,所以界面氧化损伤是T23/TP36H异种金属焊接接头的主要损伤模式。

异种金属焊接接头的应力腐蚀开裂和寿命评估

综述了镍基合金异种金属焊接接头和不锈钢异种金属焊接接头的焊接工艺、缺陷特征和残余应力应变特征;介绍了目前国内外异种金属焊接接头应力腐蚀开裂裂纹萌生和扩展行为的研究进展;介绍了核电站中发生的异种金属焊接接头应力腐蚀开裂的典型失效案例及其有效的缓解技术。结合历史经验、实验室研究和ASME规范等,对异种金属焊接接头进行了应力腐蚀开裂敏感性评估和寿命评估。

面内、面外拘束交互作用下异种金属焊接接头的断裂行为

为了对异种金属焊接接头进行准确的结构完整性评定,以核电安全端52M镍基合金异种金属焊接接头最薄弱位置熔合区为研究对象,通过室温断裂力学试验和断口形貌观察等对面内、面外拘束交互作用下异种金属焊接接头的断裂行为进行研究。结果表明:在低面内、低面外拘束作用下,试样发生了高延性断裂,其J-R曲线较高;在低面内、高面外拘束作用下,试样在靠近初始裂纹的位置发生了延性断裂,在远离初始裂纹的位置发生了脆性断裂和延性断裂共存的混合断裂,其J-R曲线居中;在高面内、低面外拘束下和高面内、高面外拘束作用下,试样均发生了以脆性断裂为主的混合断裂,其J-R曲线均较低。

油气田异种金属焊接接头硫化物应力腐蚀开裂研究进展

针对油气田异种金属焊接接头硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)行为,概述了焊接接头的种类及微观组织结构,并讨论了异种金属焊接接头的SSCC机理,重点综述了微观组织结构、温度、CO_(2)、应力及焊后热处理等因素对异种金属焊接接头SSCC的影响规律,最后对油气田异种金属焊接接头SSCC的未来研究方向提出了建议与展望。

反应堆压力容器接管安全端焊接残余应力模拟及其焊接参数优化研究

目的针对反应堆压力容器接管安全端焊接残余应力较大易导致应力腐蚀开裂的问题,探究焊接工艺参数对焊接残余应力的影响,并寻找最佳工艺参数。方法利用有限元参数化建模方法建立反应堆压力容器接管安全端的三维热-力耦合模型,模拟其焊接过程,研究焊接残余应力的变化情况。采用正交试验设计法分析了焊接电流、焊接速度及层间冷却时间对焊后最大等效应力的影响,建立了焊后最大等效应力与焊接电流、焊接速度及层间冷却时间的二次回归模型,基于该模型利用遗传算法寻优焊接参数。结果焊接残余应力峰值靠近熔合区位置,残余应力较高,超过了材料的屈服应力;各参数按对焊后等效残余应力峰值的影响由大到小的顺序依次为焊接速度、焊接电流、层间冷却时间。正交试验所得最佳工艺参数如下:焊接电流为610 A,焊接速度为20 mm/s,层间冷却时间为400 s,经遗传算法进一步优化后所得的最佳参数如下:焊接电流为610 A,焊接速度为23 mm/s,层间冷却时间为427 s。通过仿真验证遗传算法优化结果,得到焊接残余应力的峰值为373 MPa,比未优化前减小了44 MPa。结论优化后的工艺参数有效降低了焊接残余应力,提高了反应堆压力容器接管安全端服役过程中的安全性,该研究方法可为实际焊接生产提供一定的参考。

承压容器带隔离层异种金属的焊接

本文针对2.25Cr-1Mo管板与13MnNiMoNbR壳程筒体异种金属的承压容器焊接接头、热处理存在的问题,采用预堆边焊隔离层和两次焊后热处理进行焊接工艺评定,其各项性能指标均满足标准和技术条件要求。

不同屈服强度匹配下焊接接头裂纹尖端微观区域的研究

异种金属焊接接头已成为严重影响核电关键焊接结构环境致裂的主要问题之一。本文针对异种金属安全端焊接接头材料的力学性能不均匀性,通过建立安全端焊接接头有限元模型,得到了焊接材料屈服强度失配对裂纹裂尖微观区域应力应变的影响规律。

13MnNiMo54与20MnMo焊接接头高温性能研究

本文对经过500℃、600℃、700℃高温热处理后的试样进行拉伸试验,观察热处理后焊接接头金相组织,测试接头金属显微硬度,研究了13Mn Ni Mo 54与20Mn Mo异种金属焊接接头金属的性能。结果表明,随着热处理温度提高,焊接接头金属的强度降低和塑性增加,高温拉伸试验均断裂在热影响区。比较热处理后与常温下焊接接头的金相组织,发现焊缝区铁素体组织减少,珠光体组织增多,铁素体组织的形态发生了变化。随着热处理温度的提高,空冷后金属晶粒尺寸变小,焊接接头金属硬度随着热处理温度的升高而增加。

基于平面压入技术研究焊接接头单轴应力-应变关系

目的获取异种金属焊接接头母材和热影响区局部拉伸应力-应变关系。方法对压水堆机组蒸汽发生器接管安全端异种金属焊接接头(20MND 5-INCONEL 52-Z2 CND 18.12控氮)进行研究,通过金相检验和显微硬度测试,研究DMWJ母材、热影响区、焊缝熔合线位置的金相组织和维氏硬度分布。采用等直圆棒拉伸试验获得DMWJ低合金钢(20MND 5)母材的应力-应变关系,采用基于能量等效理论的平面压入技术获得DMWJ低合金钢母材、热影响区和焊缝局部材料应力-应变关系。结果DMWJ材料组织、力学性能不均匀,等直圆棒拉伸试验得到的低合金钢母材拉伸应力-应变关系与平面压入技术测得结果较为吻合。结论基于能量等效理论的平面压入技术可精确测得DMWJ低合金钢母材、热影响区和焊缝局部材料应力-应变关系,对压水堆核电站DMWJ在役检测及结构完整性评价具有重要意义。

残余应力场下核电焊接接头应力腐蚀裂纹扩展特性研究

焊接残余应力是引发核电一回路安全端异种金属焊接接头应力腐蚀开裂(SCC)裂纹的主要应力来源。借助ABAQUS软件中的扩展有限元方法(XFEM),通过建立安全端焊接接头有限元模型,研究了残余应力场下裂纹的扩展规律,并利用子模型技术研究了裂纹尖端应力应变场分布规律。研究结果表明,随着裂纹的不断扩展,裂纹的长度增加,塑性变形的面积增加,裂纹偏移量增大。裂纹扩展初期,裂尖附近很大范围内存在较高的应力,随着裂纹的不断扩展,裂尖附近的应力不断减小。