新型马氏体耐热钢SIMP钢先进连接技术研究

2018-08-31陈云峰陈思杰

中国新技术新产品 2018年17期

陈云峰陈思杰李报

（河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作 454000）

新型马氏体耐热钢因其具有较高的高温蠕变断裂强度、良好的耐蒸汽腐蚀性、具有较高导热性和优良的加工性能，被广泛地应用于火电机组受热、受压锅炉管道中，也成为核力发电机组中的关键主要钢材。焊接是加工零部件的基本工艺，新型马氏体耐热钢焊接时有其独特的问题，传统的熔化焊焊接新型马氏体耐热钢时，接头冷却过程中容易出现焊接裂纹、气孔等缺陷，大大降低了焊接接头的抗拉强度，同时焊接接头热影响区晶粒粗大，严重降低了新型马氏体耐热钢结构的焊接性能和使用性能。因此采用钨极氩弧焊、瞬时液相扩散焊可以克服传统熔化焊焊接工艺的不足，为新型马氏体耐热钢的焊接工艺寻求到新的焊接途径。本文研究了新型马氏体耐热钢的先进连接技术，并展望其发展现状。

1 熔化焊

1.1 钨极氩弧焊

由于新型马氏体耐热钢焊接时需要用氩气进行保护，焊接时防止被氧化，需要对熔池和热影响区进行保护，所以普通的手工氩弧焊都不能用于新型马氏体耐热钢的焊接。采用钨极氩弧焊需要用高纯度的氩气对熔池和热影响区进行保护，且对母材中杂质的含量也有严格的限制。山东大学吴君、李清明、邹增大等人采用自行研制的TF-5活性剂对T91马氏体耐热钢进行了A-TIG焊性能研究，结果表明，采用活性剂能大大增加了焊缝熔深，无须开坡口，一次性焊透壁厚5mm的T91，提高了焊接生产效率，但是通过观察电弧形态发现使用SiO2作为活性剂时有严重的拖弧现象，导致焊缝成形不连续，严重影响焊接质量。综上所述，新型马氏体耐热钢焊接目前较为成熟的焊接方法为TIG焊，虽然该焊接方法可以得到性能优良的焊接接头，但在焊接过程中仍然存在一些问题。

图1

2 固相焊接

2.1 瞬时液相扩散焊

瞬时液相扩散焊是一种母材熔点比连接温度高，焊接变形小，接头强度的性能与母材比较接近焊接方法，在连接温度下，中间层首先熔化润湿母材，在工件的配合界面之间形成液体，当工件在连接温度下保温时，中间层中用来降低熔点的元素快速扩散到母材金属中，使母材的熔点降低并发生瞬时液化，同时母材中的高熔点元素原子向已熔化为液相的中间层中扩散，使中间层合金的熔点升高，随着发生等温凝固而完成连接过程。新型马氏体耐热钢采用瞬时液相扩散焊，接头性能优于常规熔化焊。瞬时液相扩散焊在航天航空与高新技术领域应用也比较广泛。图1为瞬时液相扩散焊接的3个阶段。