GH3535合金鎢極氬弧焊焊接工藝研究

■ 陸歡軍

1. 概述

GH3535是為了適應(yīng)新一代核反應(yīng)堆的燃料及介質(zhì)的需求，要求殼體必須耐高溫、耐腐蝕而研制出來的一種新型國(guó)產(chǎn)化高合金材料，其性能規(guī)格相當(dāng)于美國(guó)實(shí)驗(yàn)室研制的Hastelloy N合金。

對(duì)于核反應(yīng)堆來說，殼體長(zhǎng)期處于一種耐高溫、耐腐蝕的工況條件下，殼體的焊接往往是需要極為關(guān)注的問題，因?yàn)楹附咏宇^存在強(qiáng)烈的組織、成分和力學(xué)性能的不均勻性，這就決定了長(zhǎng)時(shí)間惡劣工況服役中，焊接接頭往往會(huì)成為一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)于該合金不僅公司尚無應(yīng)用，而且國(guó)內(nèi)也很少有單位接觸該合金，公司近期要對(duì)某個(gè)核研制項(xiàng)目的GH3535進(jìn)行投標(biāo)，因此對(duì)其焊接性的研究和了解亟待進(jìn)行。

2. GH3535焊接工藝試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)用母材及焊材 焊接母材采用厚7mm、?150mm的 GH3535管子，坡口如圖1所示，焊絲采用與母材同質(zhì)的?2.4mm ERNiMo—2焊絲，化學(xué)成分如表1所示。

（2）焊接工藝 本工藝采用多層多道焊，99.99%氬氣保護(hù)，正面流量為12～15L/min，背面10～12L/min。管管對(duì)接焊接參數(shù)如表2所示，參數(shù)與4mm薄板所使用參數(shù)較為接近。

（3）接頭成形 管材內(nèi)外表面成形如圖2所示。可以看出外表面焊縫的成形尚可，但表面存在較為明顯的氧化層，內(nèi)表面局部存在凹陷，氧化相對(duì)較重。可以通過調(diào)整工裝和氣保裝置來提高保護(hù)效果。

圖1

圖2 管材焊接接頭內(nèi)外表面成形

表1 GH3535板材化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 管管對(duì)接焊接參數(shù)

（4）無損檢測(cè) 按照NB/T47013.7—2015進(jìn)行外觀檢測(cè)，結(jié)果顯示無可視裂紋、咬邊、焊瘤等缺陷， 但在內(nèi)表面可以看出存在局部凹陷。射線檢查按照NB/T47013.2—2015標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，檢測(cè)結(jié)果為二級(jí)，滿足GH3535合金焊接射線無損檢測(cè)技術(shù)文件的相關(guān)要求，結(jié)果合格。

（5）金相檢測(cè) 宏觀金相檢測(cè)結(jié)果顯示：焊縫與母材熔合良好，未觀察到未熔合、裂紋、孔洞、固體夾雜、形狀和尺寸不良等缺陷，如圖3所示。

微觀金相檢測(cè)結(jié)果顯示：焊縫和母材的顯微組織為奧氏體+碳化物，沒有觀察到顯微缺陷的存在，如圖4所示。

（6）力學(xué)性能 管材焊接接頭按照NB/T47013取樣并進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，由上海材料所測(cè)試完成，常、高溫拉伸結(jié)果如表3所示。由表3可知，接頭的常、高溫拉伸性能均高于標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收值。常溫?cái)嗔盐恢脼楹缚p，高溫?cái)嗔盐恢脼槟覆摹?/p>

表4為焊接接頭的導(dǎo)向彎曲測(cè)試結(jié)果。由表4可知，面彎和背彎后焊接接頭及其附近區(qū)域沒有出現(xiàn)裂紋，結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5為焊接接頭0℃的夏比缺口沖擊測(cè)試結(jié)果，其中缺口位置分別開在焊縫處和熱影響區(qū)。結(jié)果顯示，焊縫缺口沖擊吸收能量均值為60J，熱影響區(qū)缺口沖擊吸收能量均值為102J，說明管接頭的沖擊性能較好。

圖3 焊接接頭宏觀金相10×

圖4 焊接接頭微觀金相100×

表3 常、高溫拉伸性能測(cè)試結(jié)果

表4 導(dǎo)向彎曲測(cè)試結(jié)果

表5 接頭0℃夏比沖擊測(cè)試結(jié)果

3. 結(jié)語

本次焊接工藝，對(duì)φ150mm×7mm管上進(jìn)行了平焊工藝試驗(yàn)，得到了性能較好的焊接接頭。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了相關(guān)的無損檢測(cè)和力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明：①按照NB/T47013無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，焊接接頭質(zhì)量為I級(jí)。②焊接接頭金相結(jié)果顯示無缺陷。③接頭的常溫抗拉強(qiáng)度約為760MPa，650℃高溫抗拉強(qiáng)度約為525MPa，700℃抗拉強(qiáng)度約為490MPa，不同溫度下的抗拉強(qiáng)度均高于標(biāo)準(zhǔn)要求驗(yàn)收值。常溫和高溫拉伸斷裂位置均為焊縫。在三個(gè)溫度點(diǎn)下，隨著溫度的升高，屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率先下降，后上升。④管全位置焊縫和熱影響區(qū)的沖擊吸收能量均值分別為60J和102J，說明管接頭的沖擊性能較好。