[發明專利]一種降低核反應堆堆芯12%Cr馬氏體耐熱鋼焊縫中δ-鐵素體有害相的焊接方法

有效

• 申請號: 202211016735.4
• 申請日: 2022-08-24
• 公開（公告）號: CN115121918B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 陸善平;吳棟;李殿中
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/235
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種降低核反應堆堆芯12%Cr馬氏體耐熱鋼焊縫中δ?鐵素體有害相的焊接方法，屬于鋼鐵材料的焊接加工領域。傳統消除焊縫中δ?鐵素體的方式是對焊件進行1100℃~1300℃高溫均勻化處理，如此高溫對于很多裝配好的焊接結構不具備可行性。而本發明僅通過控制焊接過程即可顯著降低焊縫δ?鐵素體，無需進行焊后高溫處理。該焊接工藝過程：(1)預熱處理；(2)焊前使鋼板溫度處于95℃?205℃之間；(3)進行鎢極氣體保護焊，焊接電流為125 A?135 A，電壓控制在12 V?15 V之間，焊接速度為0.08 m/min?0.12 m/min。本發明工藝能夠很大程度上降低焊縫中的δ?鐵素體，焊縫韌脆轉變溫度小于?40℃。

技術領域

本發明屬于鋼鐵材料的焊接加工領域，特別是一種降低核反應堆堆芯12% Cr馬氏體耐熱鋼焊縫中δ-鐵素體有害相的焊接方法。

背景技術

12% Cr馬氏體耐熱鋼具有低熱應力、高溫抗蠕變強度以及優異的抗輻照腫脹能力，因而被認為是四代鈉冷快堆堆芯組件的重要候選材料。堆芯組件內裝有核燃料，一旦發生泄漏，將導致嚴重事故。目前，堆芯結構中的包殼管、外套管等部件的裝配均需要使用熔化焊工藝，如鎢極氣體保護焊（Argon Tungsten-arc Welding，GTAW），因此焊接接頭的性能是保證整個組件服役安全性的重要因素之一。

然而，12% Cr馬氏體鋼經熔化焊后會形成δ-鐵素體并被殘留至室溫，這些殘余δ-鐵素體對焊接接頭的沖擊韌性、蠕變性能均有害，導致部件整體的安全隱患大大提高。通常情況下，焊接后將焊件加熱至完全奧氏體相區較高溫度保溫（通常在1100℃以上），可以有效減少甚至是消除這些δ-鐵素體。然而，堆芯燃料組件屬于薄壁長管型焊接件，焊后熱處理會造成明顯變形，甚至導致組件報廢。更重要的是，焊接裝配后，外套管內已經裝入了核燃料和由特殊預變形處理材料制成的包殼管，這些均不允許外套管件焊接裝配后再進行過高溫度加熱，殘余δ-鐵素體因而無法被消除。因此，對于需要具備足夠韌性儲備以應對后續輻照脆化問題的核反應堆堆芯組件而言，解決焊后殘余δ-鐵素體不良組織對馬氏體鋼焊接結構的工程應用具有重大意義。

因此，亟待開發一種有效且可行的降低核反應堆堆芯12% Cr馬氏體耐熱鋼焊縫內δ-鐵素體有害相的方法，從而顯著改善接頭沖擊韌性。這對提高我國四代鈉冷快堆服役安全都具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種降低核反應堆堆芯12% Cr馬氏體耐熱鋼中δ-鐵素體有害相的焊接方法，焊接方法為鎢極氬弧焊接，該焊接工藝只需要合理調控焊前預熱溫度和焊接參數就可以實現焊縫中δ-鐵素體數量降低，從而達到顯著提升焊縫沖擊韌性的目的，大大提高12% Cr馬氏體耐熱鋼焊接結構的安全性。這一方法特別適用于焊后高溫正火熱處理受限的情況，而且成本低，操作簡單。

本發明的技術方案是：

一種降低核反應堆堆芯12% Cr馬氏體耐熱鋼焊縫中δ-鐵素體有害相的焊接方法，該方法包括如下步驟，

步驟（1），焊前對鋼板進行預熱處理，預熱處理使得鋼板焊前溫度處于95℃-205℃內，該溫度范圍可確保δ_PAGB充分減少，同時還不足以加劇焊接凝固偏析，從而避免δ_inter大量增加，最終使δ-鐵素體有害相的總數量被控制到最低范圍，預熱保溫均勻后準備進行焊接；

步驟（2）進行焊接過程，采用鎢極氣體保護焊，焊接電流為125 A -135 A，電壓控制在12 V -15 V之間，焊接速度為0.08 m/min -0.12 m/min。

其中，步驟（1）中δ_inter為焊接時由枝晶間殘余液相形成的δ-鐵素體；步驟（1）中δ_PAGB為焊后固態冷卻過程中，由δ-鐵素體向γ-奧氏體轉變未完全時所殘留的分布在原奧氏體晶界上的δ-鐵素體。步驟（1）中預熱處理采用砂浴保溫處理或者熱處理爐保溫處理。