GH3535合金鎢極氬弧焊焊接工藝研究

■ 陸歡軍

1. 概述

GH3535是為了適應新一代核反應堆的燃料及介質的需求，要求殼體必須耐高溫、耐腐蝕而研制出來的一種新型國產化高合金材料，其性能規格相當于美國實驗室研制的Hastelloy N合金。

對于核反應堆來說，殼體長期處于一種耐高溫、耐腐蝕的工況條件下，殼體的焊接往往是需要極為關注的問題，因為焊接接頭存在強烈的組織、成分和力學性能的不均勻性，這就決定了長時間惡劣工況服役中，焊接接頭往往會成為一個薄弱環節。對于該合金不僅公司尚無應用，而且國內也很少有單位接觸該合金，公司近期要對某個核研制項目的GH3535進行投標，因此對其焊接性的研究和了解亟待進行。

2. GH3535焊接工藝試驗

（1）試驗用母材及焊材 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的?2.4mm ERNiMo—2焊絲，化學成分如表1所示。

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

（3）接頭成形 管材內外表面成形如圖2所示?？梢钥闯鐾獗砻婧缚p的成形尚可，但表面存在較為明顯的氧化層，內表面局部存在凹陷，氧化相對較重?？梢酝ㄟ^調整工裝和氣保裝置來提高保護效果。

圖1

圖2 管材焊接接頭內外表面成形

表1 GH3535板材化學成分（質量分數） （%）

表2 管管對接焊接參數

（4）無損檢測 按照NB/T47013.7—2015進行外觀檢測，結果顯示無可視裂紋、咬邊、焊瘤等缺陷， 但在內表面可以看出存在局部凹陷。射線檢查按照NB/T47013.2—2015標準驗收，檢測結果為二級，滿足GH3535合金焊接射線無損檢測技術文件的相關要求，結果合格。

（5）金相檢測 宏觀金相檢測結果顯示：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。

微觀金相檢測結果顯示：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）力學性能 管材焊接接頭按照NB/T47013取樣并進行力學性能測試，由上海材料所測試完成，常、高溫拉伸結果如表3所示。由表3可知，接頭的常、高溫拉伸性能均高于標準驗收值。常溫斷裂位置為焊縫，高溫斷裂位置為母材。

表4為焊接接頭的導向彎曲測試結果。由表4可知，面彎和背彎后焊接接頭及其附近區域沒有出現裂紋，結果滿足標準要求。

表5為焊接接頭0℃的夏比缺口沖擊測試結果，其中缺口位置分別開在焊縫處和熱影響區。結果顯示，焊縫缺口沖擊吸收能量均值為60J，熱影響區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、高溫拉伸性能測試結果

表4 導向彎曲測試結果

表5 接頭0℃夏比沖擊測試結果

3. 結語

本次焊接工藝，對φ150mm×7mm管上進行了平焊工藝試驗，得到了性能較好的焊接接頭。在此基礎上，進行了相關的無損檢測和力學性能測試結果表明：①按照NB/T47013無損檢測標準，焊接接頭質量為I級。②焊接接頭金相結果顯示無缺陷。③接頭的常溫抗拉強度約為760MPa，650℃高溫抗拉強度約為525MPa，700℃抗拉強度約為490MPa，不同溫度下的抗拉強度均高于標準要求驗收值。常溫和高溫拉伸斷裂位置均為焊縫。在三個溫度點下，隨著溫度的升高，屈服強度和伸長率先下降，后上升。④管全位置焊縫和熱影響區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。