本發(fā)明屬于核電焊接，具體涉及一種適用于核電換熱管的焊接方法及其焊接填充材料。

背景技術(shù)：

1、化石能源的有限性已經(jīng)引起強(qiáng)烈關(guān)注，核能作為一種清潔、高效、可靠的新型能源，是新能源領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。換熱管是高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器最核心部件，進(jìn)行能量傳遞的同時作為一道屏障防止一回路的冷卻劑和放射性物質(zhì)釋放到二回路，決定著蒸汽發(fā)生器的使用壽命。為了節(jié)約核電裝置建設(shè)成本，換熱管材料分段用材；其中高溫段采用耐高溫耐腐蝕的incoloy-800h管材，而溫度低于440℃的換熱管預(yù)熱段和蒸發(fā)段則采用成本較低、性能優(yōu)良的低合金耐熱鋼sa-213t22管材。上述兩種材質(zhì)的管之間通過焊接進(jìn)行連接使用。

2、針對上述換熱管的焊接，由于焊接部位兩側(cè)管材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱率等物理性能存在顯著差異，易使焊接過程中產(chǎn)生應(yīng)力和變形；同時由于800h和t22的化學(xué)成分不同，焊接時容易在焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生復(fù)雜的相變和碳擴(kuò)散現(xiàn)象；最終導(dǎo)致焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定、易產(chǎn)生接頭裂紋，影響焊接接頭的性能。目前針對800h/t22異種材質(zhì)焊接，常用的焊接填充材料為ernicr-3也并不能很好地改善焊縫金屬加工服役性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種適用于核電換熱管的焊接方法及其焊接填充材料，用以解決高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器換熱管中，incoloy-800h管材與sa-213t22管材之間的焊接質(zhì)量缺陷問題。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的。

3、一種焊接填充材料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，其成分為：cr：15.0-18.0，mn：3.5-4.0，nb：3.0-3.5，al：1.5-1.8，fe：≤3.0，si：≤0.5，c：≤0.1，p：≤0.03，s：≤0.015，其余為ni。

4、進(jìn)一步地，成分中ni>67。

5、進(jìn)一步地，用于800h/t22異種材質(zhì)焊接。

6、一種適用于核電換熱管的焊接方法：采用上述焊接填充材料作為熔化環(huán)。

7、進(jìn)一步地，焊接前先進(jìn)行表面處理，去除工件待焊表面的氧化膜。

8、進(jìn)一步地，所述表面處理的步驟包括：水洗、去油、打磨、化學(xué)清洗。

9、進(jìn)一步地，采用tig焊接系統(tǒng)進(jìn)行焊接，其中：峰值焊接電流為80a，基值電流為40a，電弧電壓為12.4v，脈沖占空比為60％，脈沖頻率為1hz，焊接速度為12cm/min，管外焊接保護(hù)氣體成分80％he和20％ar，焊接保護(hù)氣體流量22l/min，管內(nèi)保護(hù)氣體成分ar，背面保護(hù)氣體流量5l/min。

10、進(jìn)一步地，焊接完成后，對焊接接頭部位進(jìn)行熱處理。

11、進(jìn)一步地，所述熱處理的步驟為：先在150～250℃下進(jìn)行預(yù)熱，之后均勻加熱到650℃并保溫40min，最后隨爐緩冷。

12、本發(fā)明的有益效果為：

13、(1)本發(fā)明提供了一種適用于核電換熱管的焊接方法及其焊接填充材料，其中所提出焊接填充材料降低了cr的含量，cr對碳親和力高，減少cr可以降低碳遷移的驅(qū)動力；添加了適量的nb，可以與c結(jié)合成為穩(wěn)定碳化物，減少碳化物析出移動，降低脆化硬化風(fēng)險，也可以細(xì)化晶粒，提高高溫強(qiáng)度；添加了適量的al，可以減少焊縫的含氧量，有效減少氣孔和夾雜物；同時添加了適量mn，可以作為脫硫劑，提高焊縫的韌性和抗裂性。綜上可以增強(qiáng)其高溫性能，減少焊接缺陷的生成，提升其服役壽命。

14、(2)本發(fā)明提出的焊接方法，在焊接完成后增加了一步熱處理工序，能夠降低焊接殘余內(nèi)應(yīng)力，優(yōu)化組織，提升接頭整體性能，使其與母材性能更加匹配，提升換熱管的服役性能和使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種焊接填充材料，其特征在于：按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，其成分為：cr：15.0-18.0，mn：3.5-4.0，nb：3.0-3.5，al：1.5-1.8，fe：≤3.0，si：≤0.5，c：≤0.1，p：≤0.03，s：≤0.015，其余為ni。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接填充材料，其特征在于：成分中ni>67。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接填充材料，其特征在于：用于800h/t22異種材質(zhì)焊接。

4.一種適用于核電換熱管的焊接方法，其特征在于：采用如權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的焊接填充材料作為熔化環(huán)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于核電換熱管的焊接方法，其特征在于：焊接前先進(jìn)行表面處理，去除工件待焊表面的氧化膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于核電換熱管的焊接方法，其特征在于：所述表面處理的步驟包括：水洗、去油、打磨、化學(xué)清洗。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于核電換熱管的焊接方法，其特征在于：采用tig焊接系統(tǒng)進(jìn)行焊接，其中：峰值焊接電流為80a，基值電流為40a，電弧電壓為12.4v，脈沖占空比為60％，脈沖頻率為1hz，焊接速度為12cm/min，管外焊接保護(hù)氣體成分80％he和20％ar，焊接保護(hù)氣體流量22l/min，管內(nèi)保護(hù)氣體成分ar，背面保護(hù)氣體流量5l/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于核電換熱管的焊接方法，其特征在于：焊接完成后，對焊接接頭部位進(jìn)行熱處理。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的適用于核電換熱管的焊接方法，其特征在于：所述熱處理的步驟為：先在150～250℃下進(jìn)行預(yù)熱，之后均勻加熱到650℃并保溫40min，最后隨爐緩冷。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種適用于核電換熱管的焊接方法及其焊接填充材料，其中焊接填充材料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，其成分為：Cr：15.0?18.0，Mn：3.5?4.0，Nb：3.0?3.5，Al：1.5?1.8，F(xiàn)e：≤3.0，Si：≤0.5，C：≤0.1，P：≤0.03，S：≤0.015，其余為Ni。上述填充材料降低了Cr的含量，并添加了適量的Nb、Al和Mn；通過采用上述焊接填充材料作為熔化環(huán)對Incoloy?800H管材與SA?213T22管材進(jìn)行焊接，可以增強(qiáng)高溫性能，減少焊接缺陷的生成，提升其服役壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：賴燁,楊林,羅銳,楊程,李亞帆,翁心悅,姜欣欣,林偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10