核Ⅰ级ER308L氩弧焊丝性能及焊接工艺研究

摘要

本文在综述国内外核电用不锈钢焊材研究现状的基础上，联合上海大西洋焊材有限公司设计并开发了国产核Ⅰ级ER308L氩弧焊丝，依据法国RCC-M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；研究了采用该焊丝TIG焊焊接00Cr18Ni9不锈钢的焊接接头的成分、微观组织和力学性能，并与采用国外核I级ER308 L焊丝、国内普通 ER308L焊丝焊接的接头进行对比分析；同时对开发的国产核I级ER308L焊丝的焊接工艺参数进行优化，研究了不同焊接电流对00Cr18Ni9不锈钢焊接接头的成分、微观组织和力学性能的影响。
　　根据核电中对奥氏体不锈钢焊缝的要求，结合RCC-M中对ER308L焊丝成分的要求，设计了合金系为Fe-Cr-Ni、在严格控制S、P等杂质元素含量的基础上、适当加入少量的Cu、Nb、Mo等元素的国产核Ⅰ级ER308L氩弧焊丝。
　　国产核I级ER308L氩弧焊丝熔敷金属试验结果表明：国产核I级ER308 L氩弧焊丝熔敷金属的成分符合RCC-M标准，且杂质元素控制严格，S、P含量分别为0.019％和0.009%，远低于标准中的要求；熔敷金属中铁素体含量为10.6%；抗拉强度Rm为667.05Mpa，屈服强度Rp0.2为335.35 Mpa，断后伸长率为50.5%，冲击功为90.33J，均符合RCC-M标准中的要求。
　　采用国产核I级ER308L氩弧焊丝在优化的焊接工艺下焊接00Cr18N i9不锈钢，焊接接头的抗拉强度Rm为636Mpa、屈服强度Rp0.2为327Mpa、断后伸长率A为50%；焊缝中心、熔合线和熔合线+2 mm处的冲击值分别为86.70J、104.50 J、111.87 J；焊缝中铁素体含量为9.8%，均满足RCC-M标准中的要求。
　　在相同的焊接工艺参数条件下，采用国产核I级 ER308L氩弧焊丝的焊接接头的拉伸性能均优于国外核I级ER308L焊丝和国内普通ER308L焊丝；国产核I级ER308L氩弧焊丝的焊接接头在焊缝、熔合线及熔合线+2 mm三处的冲击功均比国外核Ⅰ级焊丝的要高，只在焊缝中心处的冲击功略低于国内普通ER308L焊丝，表明国产核 I级ER308L氩弧焊丝焊接接头的冲击韧性不弱于国外核Ⅰ级ER30L焊丝和国内普通ER308L焊丝；国产核 I级 ER308L氩弧焊丝的焊接接头中的铁素体含量为9.8%，且三种焊丝焊接接头铁素体得含量只有国产核I级ER308 L氩弧焊丝的符合RCC-M的要求，表明国产核I级ER308L氩弧焊丝焊接接头的耐腐蚀性和抗热裂等性能为最优。
　　焊接工艺参数对接头性能有明显影响，采用研发的国产核Ⅰ级ER308L氩弧焊丝在120A的焊接电流下所得接头的拉伸性能和冲击韧性均优于焊接电流为100A和140A的接头；当焊接电流为120A时，其焊接接头中铁素体含量较为合适，表明国产核I级ER308L氩弧焊丝在120A时接头的抗热裂性、耐晶间腐蚀等耐腐蚀性均为最佳，过大或过小的焊接电流均不利于接头综合力学性能，随焊接电流增大到140A，焊缝中铁素体含量超出标准范围。因此，研发的国产核Ⅰ级ER308L氩弧焊丝的最佳焊接电流为120A。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1. 1 核电焊材的研究现状

1. 2 核级不锈钢焊材在核电中的应用

1. 3 奥氏体不锈钢焊材在核电中的应用

1. 4 本课题研究目的及意义

1. 5 本课题研究内容

第2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 焊接接头力学性能试验

2. 5 微观组织分析

2. 6 焊接接头的成分分析

第3章 国产核Ⅰ级ER308L氩弧焊丝制备工艺

3. 1 引言

3. 2 奥氏体不锈钢焊缝的性能要求

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4章 核I级ER308L氩弧焊丝性能

4. 1 引言

4. 2 焊接接头力学性能分析

4. 3 焊接接头微观组织分析

4. 4 焊接接头成分分析

4. 5 小结

第5章 国产核I级ER308L氩弧焊丝焊接工艺

5. 1 引言

5. 2 焊接接头力学性能分析

5. 3 焊接接头微观组织分析

5. 4 焊接接头成分分析

5. 5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢