新型馬氏體耐熱鋼SIMP鋼先進(jìn)連接技術(shù)研究

陳云峰 陳思杰 李 報(bào)

（河南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(qiáng)度、良好的耐蒸汽腐蝕性、具有較高導(dǎo)熱性和優(yōu)良的加工性能，被廣泛地應(yīng)用于火電機(jī)組受熱、受壓鍋爐管道中，也成為核力發(fā)電機(jī)組中的關(guān)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(shí)有其獨(dú)特的問(wèn)題，傳統(tǒng)的熔化焊焊接新型馬氏體耐熱鋼時(shí)，接頭冷卻過(guò)程中容易出現(xiàn)焊接裂紋、氣孔等缺陷，大大降低了焊接接頭的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)焊接接頭熱影響區(qū)晶粒粗大，嚴(yán)重降低了新型馬氏體耐熱鋼結(jié)構(gòu)的焊接性能和使用性能。因此采用鎢極氬弧焊、瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊可以克服傳統(tǒng)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(jìn)連接技術(shù)，并展望其發(fā)展現(xiàn)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(shí)需要用氬氣進(jìn)行保護(hù)，焊接時(shí)防止被氧化，需要對(duì)熔池和熱影響區(qū)進(jìn)行保護(hù)，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(duì)熔池和熱影響區(qū)進(jìn)行保護(hù)，且對(duì)母材中雜質(zhì)的含量也有嚴(yán)格的限制。山東大學(xué)吳君、李清明、鄒增大等人采用自行研制的TF-5活性劑對(duì)T91馬氏體耐熱鋼進(jìn)行了A-TIG焊性能研究，結(jié)果表明，采用活性劑能大大增加了焊縫熔深，無(wú)須開坡口，一次性焊透壁厚5mm的T91，提高了焊接生產(chǎn)效率，但是通過(guò)觀察電弧形態(tài)發(fā)現(xiàn)使用SiO2作為活性劑時(shí)有嚴(yán)重的拖弧現(xiàn)象，導(dǎo)致焊縫成形不連續(xù)，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)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(yōu)良的焊接接頭，但在焊接過(guò)程中仍然存在一些問(wèn)題。

圖1

2 固相焊接

2.1 瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊

瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊是一種母材熔點(diǎn)比連接溫度高，焊接變形小，接頭強(qiáng)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(rùn)濕母材，在工件的配合界面之間形成液體，當(dāng)工件在連接溫度下保溫時(shí)，中間層中用來(lái)降低熔點(diǎn)的元素快速擴(kuò)散到母材金屬中，使母材的熔點(diǎn)降低并發(fā)生瞬時(shí)液化，同時(shí)母材中的高熔點(diǎn)元素原子向已熔化為液相的中間層中擴(kuò)散，使中間層合金的熔點(diǎn)升高，隨著發(fā)生等溫凝固而完成連接過(guò)程。新型馬氏體耐熱鋼采用瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊，接頭性能優(yōu)于常規(guī)熔化焊。瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊在航天航空與高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用也比較廣泛。圖1為瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊接的3個(gè)階段。

結(jié)論

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

（2）相比其他先進(jìn)連接方法， 瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊連接馬氏體耐熱鋼可以獲得高強(qiáng)度且沒有缺陷的焊接接頭，瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊焊接馬氏體耐熱鋼具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。