异种金属焊接件组织结构及其对高温水氧化和室温形变行为的影响
发布时间：2020-04-26 16:04
【摘要】：随着时代的发展,核能成为全球解决能源危机的重要手段。安全端异种金属焊接接头是核电主管道的重要部分,其安全性是核电站能够安全运行的关键因素。因此,研究异种金属焊接件的组织结构及其对焊接件的室温形变行为和高温水氧化行为和机理的影响对延长焊接接头的寿命,提高核电安全性具有重要意义。本论文以核电主管道安全端异种焊接焊接件316L不锈钢/Inconel182为研究对象,研究了整个焊接件的组织和微观结构,研究了焊接件的常温腐蚀性能和高温水氧化行为,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、透射电子显微镜等对焊接件高温水氧化后的试样进行表征,系统地揭示了高温水氧化行为与焊接件的组织之间的关系,提出焊接件的高温水氧化规律和氧化机制;利用原位拉伸技术探究拉伸过程中的组织演变对微观裂纹萌生与扩展的影响,系统地研究了焊接件在拉伸过程中的组织演变规律,并提出了组织与形变行为之间的相关性。本文取得的主要结果如下:(1)异种焊焊接件316L不锈钢/Inconel 182存在显著的微观组织的非均匀性。母材和热影响区的微观组织为等轴奥氏体组织。焊缝金属Inconel 182区域的微观组织为奥氏体枝晶。熔合界面区域交替分布着两种不同类型的熔合界面,一种界面为明锐界面(称为Type-A熔合界面),焊缝金属与基体金属直接由熔合线分开,位于两道焊道交界处;另一种是外延生长界面(称为Type-B熔合界面),焊缝金属与基体金属由具有一定宽度的外延生长区域分开;Type-A界面总长度占整个熔合界面的15%;(2)异种焊焊接件的表面电势、残余应变、电化学性能与硬度分布存在不均匀性。显微硬度从母材金属到焊缝金属逐渐升高;由于Type-B熔合界面中存在晶粒尺寸较小的胞晶结构,导致外延生长区硬化现象出现。基体材料的残余应变最大,Type-A熔合界面比Type-B具有更高的残余应变值,焊缝材料的残余应变最小。Type-A熔合界面两侧表面电势差变化值比Type-B熔合界面的表面电势差变化值要大,Type-A熔合界面的电偶腐蚀较强烈。Type-A熔合界面的抗腐蚀性能更低,Type-A熔合界面会优先被腐蚀。.(3)异种焊焊接件的不同组织对高温高压水环境下的氧化产物和氧化机理有不同的影响。基体金属外层的氧化产物为具有尖晶石结构的氧化物,焊缝金属外层的氧化产物为具有择优生长的片状Ni(OH)2,生长方向为[0001];在异种焊接接头上316L不锈钢基体金属表面,Inconel 182合金焊缝及熔合线上的氧化膜均具有双层结构;Type-A界面中的316L不锈钢的内层氧化膜中没有生成Cr2O3,只有八面体结构的尖晶石氧化物存在,导致氧化物之间形成了微孔洞,使腐蚀介质和金属离子更容易扩散,导致腐蚀的加重。(4)异种焊接接头的不同组织对室温形变行为具有不同的影响。基体金属中的孪晶界在拉伸过程中转变为大角度晶界,具有很高的残余应变和位错堆积能导致裂纹沿转变后的晶界萌生,基体金属的断裂模式为韧性断裂。由于焊缝金属组织中没有孪晶,裂纹在具有高应变和位错能的滑移带上萌生,断裂方式为韧性断裂。在两种熔合界面上,裂纹均在Inconel 182一侧的滑移带上萌生,Type-A熔合界面属于韧性断裂;Type-B熔合界面的断裂方式为混合脆性和韧性断裂,由于晶粒取向的影响导致外延生长区域的断裂模式为脆性断裂。
【图文】：
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本文编号：2641660
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