A508-309L異種鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂研究.pdf

1、核電站反應(yīng)堆設(shè)備大量采用低合金鋼與奧氏體不銹鋼通過(guò)不銹鋼堆焊層焊接的異種鋼接頭，接頭主要使用在連接反應(yīng)堆壓力容器與不銹鋼管道處，在高溫環(huán)境下使用（200-300℃），接頭的界面處包含復(fù)雜且具有顯著變化的化學(xué)組織，加之設(shè)備運(yùn)行的工作應(yīng)力及由于界面處兩種金屬的熱導(dǎo)率和延伸率的差別引起的熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力，國(guó)內(nèi)外很多報(bào)道都表明了接頭的失效類(lèi)型主要為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）。 本文通過(guò)兩個(gè)方面研究了異種鋼焊接接頭在高溫水中的性能及斷裂行為

2、。第一部分為運(yùn)用ANSYS有限元軟件對(duì)焊接接頭在設(shè)備典型運(yùn)行工況下的應(yīng)力狀態(tài)分析，確定容易失效的危險(xiǎn)界面，并預(yù)測(cè)裂紋萌生的位置；第二部分為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)，考慮溫度與氯離子含量?jī)煞N因素通過(guò)SSRT（慢應(yīng)變速率實(shí)驗(yàn)）確定對(duì)焊接接頭應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性的影響因素的規(guī)律。最后，通過(guò)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算結(jié)果與應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)的結(jié)果總結(jié)出異種鋼焊接接頭在高溫水中的斷裂規(guī)律。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，低合金鋼與不銹鋼焊接接頭的有限元分析表明，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)各工況下的溫度場(chǎng)

3、類(lèi)似，有著相同的分布規(guī)律。 研究表明：根據(jù)有限元分析結(jié)果，由于兩種材料熱物理性質(zhì)的差異，低合金鋼A508與不銹鋼焊縫309L界面處在設(shè)備運(yùn)行各工況下容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，是危險(xiǎn)部位，容易失效；通過(guò)慢應(yīng)變速率實(shí)驗(yàn)（SSRT）對(duì)低合金鋼與不銹鋼焊接接頭在模擬設(shè)備運(yùn)行環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低合金鋼和不銹鋼焊接接頭的焊縫融合區(qū)靠近低合金鋼側(cè)組織對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂比較敏感，試樣均在融合區(qū)靠低合金鋼側(cè)斷裂，且斷裂機(jī)制屬于沿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂；在除氧的高

4、溫水溶液中，當(dāng)溫度低于250℃時(shí)，斷裂機(jī)理以韌性斷裂為主，斷口以韌窩形貌為主，但隨著氯離子濃度增加，斷口脆性區(qū)也會(huì)有所增加；當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度高于250℃時(shí)，低合金鋼與不銹鋼焊接接頭隨著溶液中氯離子濃度的增加，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性明顯加強(qiáng)，當(dāng)氯離子濃度達(dá)到100ppm時(shí)，試樣發(fā)生明顯的沿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，說(shuō)明氯離子濃度可以增加焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性；通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合對(duì)比表明焊接接頭在溫度低于250℃，氯離子濃度小于10ppm時(shí)，斷口主要以韌