核Ⅰ级国产ER2209焊丝性能及焊接工艺研究

摘要

2205双相不锈钢以其良好的综合力学性能和耐蚀性能，在核电建设中受到广泛的应用，而其所配套的核级焊材十分依赖进口，这严重制约了国内核电的发展。本文在综述国内外核级焊材研究现状的基础上，联合上海大西洋焊接材料有限责任公司设计并开发了国产核Ⅰ级ER2209焊丝，依据美国ASME标准中的相关规定测试了该焊丝熔敷金属的成分和力学性能；采用研发的核Ⅰ级ER2209焊丝焊接2205双相不锈钢，研究了其焊接接头的成分、微观组织和力学性能，并与采用国内普通 ER2209焊丝、国外核I级E2209T1-1焊丝焊接的接头进行对比分析；同时对开发的国产核Ⅰ级ER2209焊丝的焊接工艺参数进行优化，研究不同热输入对2205双相不锈钢焊接接头的成分、微观组织和力学性能的影响。
　　熔敷金属试验结果表明：国产核Ⅰ级ER2209焊丝熔敷金属的成分符合ASME标准，且杂质元素控制严格，S、P含量分别为0.004％和0.007%；熔敷金属的力学性能优异，抗拉强度达到766MPa，屈服强度达到568MPa，断后伸长率达到31.2%，冲击功在-40℃时达到82.2J，铁素体含量达到47FN，均满足标准要求。
　　采用国产核Ⅰ级ER2209焊丝在优化的焊接工艺下焊接2205双相不锈钢，焊接接头的抗拉强度达到757MPa，屈服强度达到552MPa，断后伸长率达到35%；在-40℃下在焊缝中心处、熔合线处、熔合线+2mm处的冲击功分别为47.94J、37.57J、43.52J，均满足ASME标准。
　　采用国产核Ⅰ级ER2209焊丝得到的焊接接头综合力学性能与国外核Ⅰ级E2209T1-1焊丝相近，优于国产普通ER2209焊丝；国产核Ⅰ级ER2209焊丝的焊接接头成分控制更为严格，接头铁素体含量达到45.28FN，均优于国内普通ER2209焊丝和国外核Ⅰ级E2209T1-1焊丝；三种焊丝焊接接头的金相组织均为铁素体与奥氏体组织，熔合区出现了粗大的铁素体组织，且组织中均未发现有害相析出。
　　焊接热输入对接头性能有明显影响，采用国产核 I级 ER2209焊丝在热输入为1.15KJ/mm时所得接头的综合力学性能最佳，焊缝中奥氏体与铁素体两相比例较为合适，过大或过小的焊接热输入均不利于接头综合力学性能。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 双相不锈钢的发展及在核电中的应用

1.3 2205双相不锈钢的焊接性及焊接材料

1.4 核级焊接材料的要求及发展现状

1.5 课题主要研究内容

第二章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方法

2.4 焊接接头的实验分析

第三章 焊丝的设计、制备及熔敷金属试验

3.1 引言

3.2 焊丝的设计要求

3.3 焊丝的成分设计及制备

3.4 熔敷金属试验结果及分析

3.5 小结

第四章 国内外2209焊丝的焊接接头性能和组织分析

4.1 引言

4.2 接头宏观形貌

4.3 焊接接头力学性能分析

4.4 接头微观组织分析

4.5 接头XRD相结构分析

4.6 焊接接头成分及相比例分析

4.7 小结

第五章 焊接热输入对国产核I级ER2209焊丝焊接接头性能和组织的影响

5.1 引言

5.2 焊接接头力学性能分析

5.3 接头微观组织分析

5.4 接头XRD相结构分析

5.5 焊接接头成分及相比例分析

5.6 小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢