耐熱鋼瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接界面結(jié)構(gòu)與強(qiáng)化機(jī)制研究.pdf

1、現(xiàn)代火電機(jī)組正在向著高參數(shù)大容量方向發(fā)展,蒸汽溫度和壓力進(jìn)一步提高,新開發(fā)的一些新型耐熱鋼合金元素含量較以前的鍋爐用鋼更高,焊接性能相比之下有所下降,耐熱材料的研制與相應(yīng)焊接工藝的開發(fā)成為材料科學(xué)面臨的重要課題。耐熱鋼是電站鍋爐常用的耐熱材料,目前主要采用氬弧焊進(jìn)行連接,氬弧焊的主要問題是對(duì)工人技能水平要求高,需要開坡口,熱影響區(qū)容易產(chǎn)生焊接裂紋。瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接界面質(zhì)量高,接頭成分和母材相似,強(qiáng)度高,沒有明顯的界面和焊接殘留物,很適合

2、電站鍋爐耐熱鋼管的連接。 本文介紹了瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接的研究進(jìn)展,對(duì)電站耐熱鋼管瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接過程動(dòng)力學(xué)、連接工藝模型進(jìn)行了理論研究。試驗(yàn)采用電磁感應(yīng)加熱,氬氣保護(hù),用非晶箔合金做瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接中間層,根據(jù)工程背景需要完成了電站鍋爐常用的T91、TP304H/12Cr1MoV、T91/12Cr2MoWVTiB等耐熱鋼的瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接試驗(yàn),研究了開放環(huán)境下瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接的強(qiáng)化機(jī)理。提出了瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接雙溫工藝?yán)碚撃Ｐ?該模

3、型連接的接頭組織性能和母材十分接近。傳統(tǒng)的瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接工藝是在恒定的溫度下進(jìn)行等溫凝固,雙溫工藝先在較高的溫度下短時(shí)加熱一定時(shí)間,然后降到一定溫度進(jìn)行等溫凝固,在液固界面形成成分過冷,接頭結(jié)合更好；不像傳統(tǒng)工藝連接的接頭有一條平直的連接線,提高了接頭的性能。試驗(yàn)表明瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接雙溫工藝消除了傳統(tǒng)擴(kuò)散連接工藝平直的連接界面,利用電子探針(EPMA)測(cè)定了連接界面附近元素分布,使用x-射線能譜儀測(cè)定了連接界面的成分分布,用透射電子顯

4、微鏡分析了接頭區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)特征。研究了T91、TP304H/12Cr1MoV、T91/12Cr2MoWVTiB等耐熱鋼的結(jié)合組織和性能,試驗(yàn)結(jié)果表明,中間層基體的類別、降熔元素的含量與擴(kuò)散能力對(duì)擴(kuò)散連接接頭質(zhì)量有很大影響。 對(duì)耐熱鋼室溫下瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接接頭的力學(xué)性能和顯微組織進(jìn)行了研究。采用掃描電鏡(SEM)分析了T91、TP304H/12Cr1MoV、T91/12Cr2MoWVTiB等常用耐熱鋼瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接結(jié)合狀況和彎

5、曲斷口的微觀形貌。結(jié)果表明,T91鋼瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接選用中間層為FeNiCrSiBI,連接壓力6MPa,傳統(tǒng)工藝為等溫凝固溫度1250℃,保溫3min,雙溫連接工藝為1270℃,加熱30秒,等溫凝固溫度1230℃,保溫3min。TP304H/12Cr1MoV鋼瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接雙溫連接工藝為1260℃,加熱20秒,等溫凝固溫度1230℃,保溫3min,連接壓力6MPa,中間層為FeNiCrSiBII+BNi2。T91/12Cr2MoWVT

6、iB鋼瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接雙溫連接工藝為1260℃,加熱40秒,等溫凝固溫度1230℃,保溫4min,連接壓力6MPa,中間層為FeNiCrSiBI,可以獲得界面充分結(jié)合,彎曲強(qiáng)度較高的連接接頭。相比之下,異種耐熱鋼管的瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接過程中主合金元素?cái)U(kuò)散存在不對(duì)稱性。本文研究了T91、TP304H/12Cr1MoV、T91/12Cr2MoWVTiB等耐熱鋼瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接界面的微觀結(jié)構(gòu)與中間層凝固過程的相變規(guī)律,對(duì)連接界面的強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了