CLAM鋼T形接頭小角度激光焊接研究.pdf

1、低活化鐵素體/馬氏體鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能和熱物理性能(較低的輻照腫脹與熱膨脹系數(shù)、較高的熱導(dǎo)率),以及相對(duì)成熟的技術(shù)基礎(chǔ),被普遍認(rèn)為是未來聚變示范堆和聚變動(dòng)力堆的首選結(jié)構(gòu)材料。中國低活化馬氏休鋼(CI,AM鋼)是具有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、成分及性能優(yōu)化的低活化鐵素/馬氏體鋼。CLAM鋼被定為中國設(shè)計(jì)研究的ITER試驗(yàn)包層模塊的首選結(jié)構(gòu)材料。由于低活化的要求,CLAM鋼和其他低活化鋼一樣,采用W、Ta和V等合金元素來取代常規(guī)鐵素體/馬氏體鋼

2、中的Mo、Nb和Ni等。
　　 CLAM鋼焊接技術(shù)的解決將為其工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文采用Nd:YAG激光器對(duì)4mm厚的CLAM鋼板T形接頭在采用相同的焊接工藝參數(shù)(輸出功率、焊接速度、離焦量)的情況下,選擇不同的激光入射角度進(jìn)行焊接。對(duì)T形接頭的整體成型和接頭截面的熔深情況進(jìn)行觀察;使用金相顯微鏡和掃描電鏡觀察CLAM鋼T形接頭的微觀組織;利用X射線應(yīng)力測(cè)定儀對(duì)T形接頭的殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試;使用維氏硬度計(jì)、拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)焊接接頭進(jìn)行

3、硬度和力學(xué)性能測(cè)試。
　　 研究結(jié)果表明,在采用相同的焊接工藝參數(shù)(焊接功率、焊接速度、離焦量)的情況下,改變激光的入射角度,在激光入射角度為8°～12°時(shí),可以保證T形接頭完全焊透。通過對(duì)焊縫及熱影響區(qū)組織的分析可以看到,焊縫區(qū)主要為晶粒粗大的板條馬氏體組織,熱影響區(qū)為馬氏體組織和少量殘余奧氏體組織。焊接接頭接頭回火后形成回火馬氏體,并在晶界和馬氏體板條界上析出碳化物。對(duì)焊接接頭殘余應(yīng)力的分析表明,應(yīng)力主要集中在焊縫和熱影響區(qū)

4、,沿焊縫方向的橫向殘余應(yīng)力均為壓應(yīng)力,且數(shù)值很大,最大值可達(dá)487MPa。激光入射角度較大時(shí)翼板的殘余應(yīng)力較大,激光入射角度較小時(shí)腹板殘余應(yīng)力較大。進(jìn)行激光焊接時(shí),由于需要對(duì)焊接接頭進(jìn)行固定,腹板的殘余應(yīng)力總體比翼板的大。對(duì)回火前后的焊接接頭截面硬度分析表明,回火前,焊縫處的硬度與母材相比出現(xiàn)了明顯的硬化現(xiàn)象,達(dá)到了438HV,幾乎是母材硬度的兩倍。熱影響區(qū)的硬度略低于焊縫處硬度。回火后,焊接接頭焊縫處硬度明顯降低,與熱影響區(qū)和母材的硬