论文部分内容阅读
国际热核聚变实验堆(ITER)被誉为地球上的“人造太阳”,将从根本上解决困扰人类的能源问题。热锚作为ITER重力磁支撑系统关键部件之一,起着维持整个支撑系统温度平衡作用。热锚冷却管壁薄而韧性板板厚的特点,给连接制造引入了难题。电弧钎焊技术具有热输入低、对母材组织和性能影响小的优点,能严格控制热锚冷却管板变形,避免薄壁管发生过量熔蚀,满足热锚冷却管的制造要求。为保证ITER热锚焊接质量,本文采用TIG电弧钎焊工艺连接热锚,通过接头宏观形貌观察、金相微观组织观察、扫描及能谱分析、拉伸性能及显微硬度测试,系统地研究了电弧钎焊热输入对钎料润湿铺展性和对接接头质量的影响,以及焊接角度、位置和钎剂使用对ITER热锚接头质量的影响,分析了接头的组织与性能,并对热锚接头Cu渗透裂纹的产生机理进行了探讨。研究表明,TIG电弧钎焊热输入增加,钎料润湿铺展性增加；Ag45CuSnNi钎料润湿铺展性最好,CuSi3Mn钎料其次,CuSi3钎料相对前两者最小；且随着热输入增加,接头特征由钎焊接头向熔钎焊接头变化；焊接电流为50A时,热输入适中,钎料润湿铺展填缝能力好,焊缝质量好,界面区宽度适中,对接接头抗拉强度达到451MPa。采用CuSi3Mn钎料TIG钎焊热锚,焊接角度、位置及钎剂使用对热锚接头质量影响显著。在无钎剂作用下,焊接角度θ为60°,焊接位置少为1.5mm,x为10mm时,热锚接头特征为熔焊接头；在钎剂作用下,接头为熔钎焊接头。熔钎焊接头具有熔焊和钎焊的双重特征,韧性板熔焊特征区域基材熔蚀严重,界面区宽,而钎焊特征区域基材熔蚀小,界面区窄而平直。界面区为钎料和基材组元的突变区域。熔钎焊接头焊缝组织由α-Cu基体和颗粒状Fe基固溶体组成；颗粒状Fe基固溶体的存在对焊缝起固溶强化效果。界面区组织由Fe基体和颗粒状Cu基固溶体组成；界面区Fe基体固溶了大量钎料组元Cu、Si和Mn等,其显微硬度显著提高,熔焊特征区域界面区显微硬度为412HV20,基材及焊缝分别为209HV20和147.2HV20；钎焊特征区域界面区固溶了更多钎料组元,显微硬度达到487.5HV20。CuSi3、CuSi3Mn及Ag45CuSnNi钎料热锚TIG钎焊接头界面区附近基材处均观察到Cu渗透裂纹,Cu渗透裂纹形成必要条件为高温含Cu液态钎料与奥氏体不锈钢基材紧密接触,且局部应力集中,裂纹扩展主要通过Cu组元降低晶界表面能和裂纹尖端原子间结合力实现。采用不含Cu的316L不锈钢和纯Ni焊丝TIG焊以及采用含Cu钎料焊丝真空钎焊工艺,均未在热锚接头热影响区处观察到液化裂纹以及Cu渗透裂纹的产生。