核电用Q460钢气保焊焊接工艺研究

摘要

本课题重点对 Q460核反应堆支架用钢进行研究。为了达到提高核反应堆支承架承载能力和减轻重量的目的，针对目前核反应堆支承架大多采用 Q390等传统钢材的现状，拟定采用强度和韧性都更好的Q460钢。
　　本文选用45mm厚的Q460钢，单边坡口角度为45°。选用低合金145230焊丝，首先对熔敷金属进行测试，再对焊接接头进行热处理试验，从显微组织和力学性能分析热处理对熔敷金属和焊接接头的影响。然后采用不同的焊接热输入对接头的显微组织和力学性能进行分析。
　　采用热输入为16 kJ/cm对所用的焊材进行性能测试，并对熔敷金属进行610℃回火，保温时间为29小时热处理试验，通过对熔敷金属的研究，结果表明：热处理前后熔敷金属的显微组织均为少量的先共析铁素体和侧板条铁素体，以及大量均匀分布的针状铁素体。焊态下先共析铁素体的数量较少，侧板条铁素体数量较多，板条间尺寸较小，针状铁素体尺寸更细小，分布更为致密。热处理对熔敷金属强度和硬度的影响并不大，热处理后熔敷金属冲击韧性下降。
　　采用热输入为20kJ/cm对焊接接头进行焊接试验，并对接头进行610℃回火，保温时间为29小时热处理试验，研究热处理前后焊接接头性能的变化。结果表明：热处理前后接头焊缝金属的显微组织与熔敷金属基本一致，均为少量的先共析铁素体和侧板条铁素体，以及大量均匀分布的针状铁素体。焊态下先共析铁素体的数量较少，侧板条铁素体数量较多，板条间尺寸较小，针状铁素体尺寸更细小，分布更为致密。热处理后接头焊缝金属强度、冲击韧性和硬度均下降。
　　采用热输入为12 kJ/cm、16 kJ/cm和20 kJ/cm进行焊接试验，从力学和微观分析热输入对焊接接头及热影响区性能的影响。结果表明：（a）焊缝中：热输入越大，先共析铁素体数量越多，侧板条铁素体数量越少，针状铁素体的尺寸增大。三个热输入下焊缝中都会析出M-A组元和夹杂物。三种热输入下焊缝金属的屈服强度、抗拉强度、冲击韧性和抗弯能力都能满足460MPa级低合金钢的性能要求。随着热输入的增大，焊缝金属的屈服强度、抗拉强度和冲击韧性都降低。热输入为12 kJ/cm时焊缝金属硬度最高，热输入为16 kJ/cm和20 kJ/cm时焊缝金属硬度略低，且二者差别不大。（b） HAZ中：粗晶区除了有铁素体还会有贝氏体析出，细晶区都是细小均匀的铁素体和珠光体。热输入越大，粗晶区原始奥氏体的晶粒越大，析出的先共析铁素体组织越多，但是热输入对细晶区和不完全相变区的组织影响不大。随着热输入的增加，在熔合线处的冲击吸收功逐渐减小。熔合线外2mm处的冲击吸收功随着热输入的增加先降低后升高，热输入为12 kJ/cm时最大。相同热输入下，熔合线外2mm处的冲击吸收功比熔合线处的要高。三种热输入下，热影响区硬度值差别不大。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 核反应堆辐照脆化理论研究现状

1.3 Q460钢焊接性研究现状

1.4 主要研究内容及技术路线

第2章 Q460钢试验材料及分析方法

2.1 试验材料

2.2 焊接试验方法

2.3 力学性能分析方法

2.4 组织结构分析方法

第3章 热处理前后熔敷金属组织与性能研究

3.1 熔敷金属的显微组织特征

3.2 熔敷金属的力学性能

3.3本章小结

第4章 热处理前后接头焊缝金属组织与性能研究

4.1 接头焊缝金属的显微组织特征

4.2接头焊缝金属的力学性能

4.3本章小结

第5章 热输入对焊接接头组织与性能的影响

5.1 热输入对末道焊缝的影响

5.2 热输入对焊接热影响区的影响

5.3本章小结

结论

参考文献

致谢