高抗裂镍基和不锈钢异种焊接接头及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高抗裂镍基和不锈钢异种焊接接头及制备方法，以总重量百分比计，焊缝金属中S≤0.005%，Si≤0.30%，S+P≤0.01%，Cr 28‑34%，Mo+Cu≤0.03%，Nb+Ta 0.5‑1.5%，Mn 0.4‑1.0%，余下为镍；采用脉冲电流焊接方式，平均电流为120‑150A，焊接参数P≤0.15，其中P=(I×V×T)/(D×F)，I为焊接电流（A），V为电源电压（V），T为焊接速度（mm/s），D为焊丝直径（mm），F为送丝速度（mm/s），且稀释率低于35%，该方法可用于核反应堆内不锈钢的异种金属焊接。

【技术实现步骤摘要】
高抗裂镍基和不锈钢异种焊接接头及制备方法
本专利技术涉及一种高抗裂的异种金属焊接接头制备方法，属于焊接
，特别是涉及镍基和不锈钢的异种金属焊接接头制备，可有效降低热裂纹，提高核反应堆内部构件的寿命和安全。
技术介绍
核反应堆的内部构件中应用到大量不锈钢和镍基合金，其中涉及到很多不锈钢和低合金钢，不锈钢和镍基合金，以及低合金钢和镍基合金之间的异种焊接。异种金属焊接中，为避免焊接缺陷和裂纹，并提高可焊性，通常采用过渡层金属、镍基合金填充方式，以提高焊接接头质量。镍基合金82/182(Ni-18Cr)和52/152(Ni-30Cr)是常用的两种填充材料，但前者的抗辐射、抗高温等性能劣于后者，且后者的抗应力腐蚀开裂优异，因而应用更为广泛。在施工实践中，Ni30Cr应用于不锈钢基材的焊接时，热裂纹倾向大，尤其是在304、308等不锈钢场合下，不易保证焊接接头质量，给结构安全带来隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供高抗裂性能、镍基和不锈钢的异种金属焊接接头制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：高抗裂镍基和不锈钢异种焊接接头，以总重量百分比计，焊缝金属中S≤0.005％，Si≤0.30％，S+P≤0.01％，Cr28-34％，Mo+Cu≤0.03％，Nb+Ta0.5-1.5％，Mn0.4-1.0％，Si/S≤100，余下为镍；高抗裂镍基镍基和不锈钢异种焊接接头制备方法，焊接参数P≤0.15，其中P＝(I×V×T)/(D×F)，I为焊接电流(A)，V为电源电压(V)，T为焊接速度(mm/s)，D为焊丝直径(mm)，F为送丝速度(mm/s)，且焊接接头的稀释率低于35％；焊缝金属中化学成分说明如下：S，一方面是杂质元素，容易引发晶界脆化，增加热裂纹倾向；另一方面是增加焊接熔池流动性元素，会增加焊接熔池面积，增加稀释率，从而把不锈钢基材中的Si等元素引入到焊缝金属中，从而进一步增加热裂纹倾向。当其含量控制在0.005％以下时，可有效防止晶界脆化，以及对于焊接熔池和稀释率的影响。因此，优选含量是≤0.005％。当其含量≤0.003％时，效果更好。当其含量≤0.0015％时，效果最好。Si，一方面会增加焊接熔池的凝固温度区间，从而增加热裂纹倾向；另一方面会增加焊接熔池流动性，增加稀释率，把不锈钢基材中的Si，P等元素引入到焊接熔池中，进一步增加热裂纹倾向。当其含量在0.30％以下时，在有效降低凝固温度区间的同时，也会有效降低稀释率，从而降低热裂纹倾向。因此，优选含量0.30％以下。当其含量≤0.22％时，效果更好。当其含量≤0.15％时，效果最好。S+P，在焊接熔池凝固过程中容易引发晶界偏析、诱导热裂纹发生，因此需要加以控制。当其总量低于0.01％时，可有效控制宏观偏析，从而降低树枝晶偏析，有效降低热裂纹倾向。因此，优选含量≤0.01％。当其含量≤0.008％时，效果更好。当其含量≤0.005％时，效果最好。Cr，一方面用于提高抗应力腐蚀裂纹能力，另一方面是提高抗辐射能力、抗高温腐蚀、高温氧化，从而提高构建寿命和安全系数。当其含量低于28％时，效果不明显；当其含量超过34％时，容易引发热影响区的碳化物析出和偏聚，降低应力腐蚀裂纹萌生能量，且降低抗氧化能力，引起结构失效。因此，优选含量是28-34％。当其含量在29-32％之间时，效果更好。当其含量在29-31％之间时，效果最好。Mo和Cu，前者容易引发碳化物析出从而降低凝固过程中晶界抗裂纹萌生能力，从而容易引发热裂纹；后者则是容易生成硫化物，容易引发应力腐蚀裂纹，破坏服役性能。两者同时加入时，在上述不利影响条件下，还会进一步增加焊接熔池的凝固温度区间，从而增加焊缝金属的热裂纹倾向，因此，在本专利技术中作为杂质元素，予以严格控制。因此，两者之和≤0.03％。当两者之和≤0.02％时，效果更好；当两者之和≤0.01％时，效果最好；Nb和Ta，主要用于焊接熔池的凝固组织，通过晶界偏聚、细小碳氮化物析出等手段来细化微观组织、降低晶界夹杂和净化晶界，从而降低热裂纹倾向。当两者之和低于0.5％时，效果不明显；当两者之和超过1.5％时，会造成细小碳氮化物的粗化和集聚，在增加热裂纹倾向的同时，还会引发高温强度下降。因此，优选含量是0.5-1.5％。当在0.6-1.2％之间时，效果更好；当在0.8-1.0％之间时，效果最好；Mn，一方面影响焊接熔池的凝固温度区间，从而影响热裂纹倾向；另一方面影响硫化物的生成、从而影响抗应力腐蚀裂纹性能。当添加量低于0.4％时，不利于高温强度的提高；当添加量超过1.0％时，在增加凝固温度区间的同时，还会增加晶界偏析，从而增加时热裂纹倾向。因此，优选含量是0.4-1.0％。当其含量在0.5-0.9％之间时，效果更好。当其含量在0.6-0.8％之间时，效果最好。Si/S，是反映焊接熔池的晶界偏析和稀释率的综合指标，当其低于100时，可有效消除焊缝金属的热裂纹。高抗裂异种焊接接头制备方法说明如下：焊接参数P≤0.15，其中P＝(I×V×T)/(D×F)，I为焊接电流(A)，V为电源电压(V)，T为焊接速度(mm/s)，D为焊丝直径(mm)，F为送丝速度(mm/s)，且焊接接头的稀释率低于35％；焊接参数P是反映焊接稀释率，热输入量，焊接熔池大小，以及凝固温度场的综合指标。当P≤0.15时，无焊接裂纹；当P＞0.15时，输入量、熔池尺寸和凝固温度模型均会发生变化，导致热裂纹发生。焊接接头的稀释率低于35％，是为确保不锈钢基材中的Si，S和P等元素不会显著添加到焊接熔池中，否则会增加热裂纹倾向。采用脉冲电流焊接方式，平均电流为120-150A。采用脉冲电流方式可降低焊接熔池的凝固偏析，从而进一步降低热裂纹倾向。采用平均电流为120-150A的参数，一方面是控制热输入量，从而控制焊接熔池形状和凝固模型，从而降低热裂纹敏感度；另一方面是兼顾较低的稀释率和效率。本专利技术的优点及有益效果：本专利技术提供了抗裂性能优异的镍基和不锈钢异种金属焊接接头制备方法，解决了现有技术中无法完全消除热裂纹的难题。具体实施方式以下结合优选实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。选用核电级低合金钢SA508，以及不锈钢316L，厚度40mm，开展对接焊。焊丝直径1.2mm。焊接参数见表表1。选用核电级低合金钢SA508，以及不锈钢316L钢管，钢管壁厚16mm，感官直径800mm，进行管管对接。焊丝直径1.0mm。焊接参数见表表1。焊后对焊接接头进行质量检验，焊缝金属化学成分见表2。对焊接接头进行热裂纹测试，分别统计裂纹个数和裂纹总长度，结果见表3。统计方法如下：截取不同位置处的横断面5个，经研磨和抛光后，利用光学显微镜进行统计。实施例1-4：40mm厚的钢板对接，采用V型坡口。选用直径1.2mm焊丝，以重量百分比计，焊丝中S和P≤0.003％，Mn0.5-0.8％，Al≤0.12％，Nb+Ta0.6-0.9％。焊接工艺见表1，脉冲峰值电流为220-250A。焊接后对异种金属焊接接头进行质量检验，焊缝金属化学成分见表2，抗裂性能见表3。实施例5-6：壁厚16mm、直径800mm的钢管的管管对接，采用U型坡口。选用直径1.0mm焊丝，以重量百分比计，焊丝中S和P≤0.002％，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高抗裂镍基和不锈钢异种焊接接头，其特征在于：以总重量百分比计，焊缝金属中S≤0.005%，Si≤0.30%，S+P≤0.01%，Cr 28‑34%，Mo+Cu≤0.03%，Nb+Ta 0.5‑1.5%，Mn 0.4‑1.0%，Si/S≤100，余下为镍。

【技术特征摘要】
1.高抗裂镍基和不锈钢异种焊接接头，其特征在于：以总重量百分比计，焊缝金属中S≤0.005%，Si≤0.30%，S+P≤0.01%，Cr28-34%，Mo+Cu≤0.03%，Nb+Ta0.5-1.5%，Mn0.4-1.0%，Si/S≤100，余下为镍。2.高抗裂镍基镍基和不锈钢异种焊接接头制备方法，其特征在于：焊接参数P...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊，李小宝，潘鑫，
申请(专利权)人：张家港创博金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32