新型馬氏體耐熱鋼SIMP鋼先進連接技術研究

陳云峰 陳思杰 李 報

（河南理工大學材料科學與工程學院，河南 焦作 454000）

新型馬氏體耐熱鋼因其具有較高的高溫蠕變斷裂強度、良好的耐蒸汽腐蝕性、具有較高導熱性和優良的加工性能，被廣泛地應用于火電機組受熱、受壓鍋爐管道中，也成為核力發電機組中的關鍵主要鋼材。焊接是加工零部件的基本工藝，新型馬氏體耐熱鋼焊接時有其獨特的問題，傳統的熔化焊焊接新型馬氏體耐熱鋼時，接頭冷卻過程中容易出現焊接裂紋、氣孔等缺陷，大大降低了焊接接頭的抗拉強度，同時焊接接頭熱影響區晶粒粗大，嚴重降低了新型馬氏體耐熱鋼結構的焊接性能和使用性能。因此采用鎢極氬弧焊、瞬時液相擴散焊可以克服傳統熔化焊焊接工藝的不足，為新型馬氏體耐熱鋼的焊接工藝尋求到新的焊接途徑。本文研究了新型馬氏體耐熱鋼的先進連接技術，并展望其發展現狀。

1 熔化焊

1.1 鎢極氬弧焊

由于新型馬氏體耐熱鋼焊接時需要用氬氣進行保護，焊接時防止被氧化，需要對熔池和熱影響區進行保護，所以普通的手工氬弧焊都不能用于新型馬氏體耐熱鋼的焊接。采用鎢極氬弧焊需要用高純度的氬氣對熔池和熱影響區進行保護，且對母材中雜質的含量也有嚴格的限制。山東大學吳君、李清明、鄒增大等人采用自行研制的TF-5活性劑對T91馬氏體耐熱鋼進行了A-TIG焊性能研究，結果表明，采用活性劑能大大增加了焊縫熔深，無須開坡口，一次性焊透壁厚5mm的T91，提高了焊接生產效率，但是通過觀察電弧形態發現使用SiO2作為活性劑時有嚴重的拖弧現象，導致焊縫成形不連續，嚴重影響焊接質量。綜上所述，新型馬氏體耐熱鋼焊接目前較為成熟的焊接方法為TIG焊，雖然該焊接方法可以得到性能優良的焊接接頭，但在焊接過程中仍然存在一些問題。

圖1

2 固相焊接

2.1 瞬時液相擴散焊

瞬時液相擴散焊是一種母材熔點比連接溫度高，焊接變形小，接頭強度的性能與母材比較接近焊接方法，在連接溫度下，中間層首先熔化潤濕母材，在工件的配合界面之間形成液體，當工件在連接溫度下保溫時，中間層中用來降低熔點的元素快速擴散到母材金屬中，使母材的熔點降低并發生瞬時液化，同時母材中的高熔點元素原子向已熔化為液相的中間層中擴散，使中間層合金的熔點升高，隨著發生等溫凝固而完成連接過程。新型馬氏體耐熱鋼采用瞬時液相擴散焊，接頭性能優于常規熔化焊。瞬時液相擴散焊在航天航空與高新技術領域應用也比較廣泛。圖1為瞬時液相擴散焊接的3個階段。

結論

（1）鎢極氬弧焊（TIG）接熱輸入大， 焊縫及熱影響區組織粗大。 活性氬弧焊（ A-TIG ），通過在焊件表面涂敷活性劑，可以增加熔深，提高焊接質量。

（2）相比其他先進連接方法， 瞬時液相擴散焊連接馬氏體耐熱鋼可以獲得高強度且沒有缺陷的焊接接頭，瞬時液相擴散焊焊接馬氏體耐熱鋼具有巨大的應用價值和發展前景。