摘要：根據(jù)核電設(shè)備用TP439換熱管的特殊要求和鐵素體不銹鋼的材料特性，分析了影響其焊縫質(zhì)量的主要因素，包括焊接工藝、材料理化性能、鋼材等。帶材形貌和成型及質(zhì)量保證體系，這些關(guān)鍵因素控制指標(biāo)和技術(shù)對(duì)TP439換熱管的焊縫形狀、韌性、耐蝕性、焊區(qū)厚度和硬度均勻性非常重要，通過(guò)對(duì)這些因素的分析和研究，為批量生產(chǎn)保證和提高焊縫質(zhì)量提供了理論依據(jù)和工藝改進(jìn)的方向。

關(guān)鍵詞：核電設(shè)備； TP439換熱管； 鐵素體不銹鋼； 激光焊接。

介紹

高壓給水加熱器和汽水分離再熱器是核電常規(guī)島的主要輔助設(shè)備。 介質(zhì)為高溫高壓水蒸氣，換熱管質(zhì)量要求高。 除了要求在高溫高壓條件下具有優(yōu)異的換熱效率外，還需要具有良好的抗應(yīng)力腐蝕和抗晶間腐蝕能力。 此外，還應(yīng)具有良好的冷、熱加工性能和優(yōu)良的耐磨、耐沖蝕性能。 必須嚴(yán)格控制換熱管焊縫質(zhì)量，確保換熱管在安裝時(shí)能順利脹焊。 ，確保換熱管符合設(shè)計(jì)和使用要求。

TP439是鐵素體不銹鋼，導(dǎo)熱系數(shù)高于普通奧氏體不銹鋼，接近碳鋼，抗應(yīng)力腐蝕能力比普通奧氏體不銹鋼好很多，TP439幾乎不含鎳，材料成本相對(duì)較低。 因此在核電機(jī)組的高壓給水加熱器和汽水分離器的換熱管中得到廣泛應(yīng)用。 但鐵素體不銹鋼焊接性差，焊接時(shí)容易產(chǎn)生微裂紋。 其冷熱加工性較差，脆化溫度較高，在制管和管板擴(kuò)管過(guò)程中存在開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。 單相鐵素體組織導(dǎo)致焊接時(shí)焊縫區(qū)晶粒粗大，使韌性急劇下降，同時(shí)也降低了抗晶間腐蝕性能。 這些與生俱來(lái)的特性使TP439換熱管難以制造。

耐蝕合金焊接換熱管是佛山市鑫澤昌不銹鋼有限公司的主要產(chǎn)品之一，公司于2009年開(kāi)始研發(fā)TP439焊接換熱管，通過(guò)對(duì)不同原材料關(guān)鍵技術(shù)的研究分析，形成工藝、焊接工藝、熱處理工藝，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)眾多設(shè)備制造商、設(shè)計(jì)院和用戶的評(píng)價(jià)和認(rèn)可，成功應(yīng)用于百萬(wàn)級(jí)千萬(wàn)級(jí)核電站項(xiàng)目。

焊縫區(qū)的質(zhì)量控制是TP439焊接換熱管制造中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。 焊縫形狀、韌性、耐腐蝕性、焊縫區(qū)域厚度和硬度的均勻性都是至關(guān)重要的。 本文著重對(duì)影響焊縫質(zhì)量的主要因素進(jìn)行了分析和研究，為保證批量生產(chǎn)和提高焊縫質(zhì)量提供理論依據(jù)和工藝改進(jìn)方向。

1 焊接工藝

焊接質(zhì)量的直接影響因素是焊接工藝，其關(guān)鍵控制點(diǎn)是焊接方法的選擇和焊接工藝參數(shù)的制定。 焊接方法主要與材料特性、設(shè)計(jì)、質(zhì)量要求、經(jīng)濟(jì)性和焊接位置等因素有關(guān)。 與規(guī)格和性能要求有關(guān)。

1.1 焊接方法

生產(chǎn)TP439換熱管有兩種焊接方法，不添加填充金屬的鎢極氬弧焊和激光焊，鎢極氬弧焊采用不熔鎢或鎢合金作為電極，電極與工件之間的間隙為產(chǎn)生電弧，焊接接頭被電弧的熱量熔化。 電弧面積大，能量密度相對(duì)較低，熔池冷卻速度慢。 這種焊接方法非常適用于厚度≤3mm的奧氏體不銹鋼。 工裝成本和控制精度低，操作容易掌握。 自動(dòng)化程度不高不銹鋼換熱管的加工生產(chǎn)工藝，焊區(qū)性能完全滿足使用要求。

由于鐵素體不銹鋼的物理特性，這種方法會(huì)導(dǎo)致焊縫區(qū)晶粒尺寸比母材粗很多，導(dǎo)致韌性降低，內(nèi)部焊縫補(bǔ)強(qiáng)控制困難，焊接控制不嚴(yán)參數(shù)。 ，生產(chǎn)效率低等一系列缺點(diǎn)，并增加了后續(xù)制造和安裝的難度，導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)更大。

激光焊接是通過(guò)將光能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)熔化焊接接頭。 激光光斑直徑小，能量集中，焊后冷卻速度快，可以更好地控制和改善鎢極氬弧焊的上述缺點(diǎn)。 激光焊接是一種比較先進(jìn)的焊接技術(shù)，但是這種焊接工藝對(duì)整條生產(chǎn)線的精度和可靠性要求更高。 佛山市鑫澤昌不銹鋼有限公司比較了兩種焊接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)大量的批量試驗(yàn)，最終確認(rèn)TP439換熱管激光焊接效果更好不銹鋼換熱管的加工生產(chǎn)工藝，尤其是母管MSR 翅片管必須采用激光焊接。 以保證翅片的可加工性。

兩種焊接方法的主要焊縫質(zhì)量對(duì)比如下（見(jiàn)圖1、圖2、圖3）：

圖1 焊縫宏觀組織

(a) 鎢極氬弧焊； (b) 激光焊接

圖2 焊縫晶粒度

(a) 鎢極氬弧焊； (b) 激光焊接

另外，由于激光焊焊縫晶粒度更接近母材，焊縫區(qū)與母材的硬度差可控制在±10HV1以內(nèi)，而氬弧焊基本在±20HV1以內(nèi)。

1.2 焊接參數(shù)

激光焊接的主要工藝參數(shù)包括激光發(fā)生器、跟蹤方式、激光功率、保護(hù)氣體、焊接速度、焦距和焦點(diǎn)直徑。 這些參數(shù)決定了焊接效率和焊縫形狀和尺寸。 這些參數(shù)相互影響，需要通過(guò)大量的工藝評(píng)價(jià)來(lái)確定工藝參數(shù)的優(yōu)化組合。

2 材料的理化性質(zhì)

2.1 化學(xué)成分

材料的主要合金元素決定其金相組織和力學(xué)性能，其中微量元素對(duì)各項(xiàng)性能的影響非常顯著。 根據(jù)/A803M[5]標(biāo)準(zhǔn)的要求，TP439的化學(xué)成分范圍見(jiàn)表1。

表1 化學(xué)成分

性能降低，板材標(biāo)準(zhǔn)已將含碳量上限規(guī)定為0.03%。 另外，根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)情況，碳含量的降低有利于管材成型和焊接。

(2)鈦的影響，439材料中含有Ti的主要目的是提高材料的抗晶間腐蝕性能，但Ti含量與脆化溫度有關(guān)。 板塊膨脹不利。

(3)銅的影響。 銅是鐵素體不銹鋼中的殘留元素。 銅含量過(guò)高對(duì)可焊性和耐腐蝕性有負(fù)面影響。

(4)鋁的影響，鋁能促進(jìn)439不銹鋼的回復(fù)再結(jié)晶，細(xì)化晶粒，對(duì)強(qiáng)度和硬度有顯著影響。

標(biāo)準(zhǔn)中各個(gè)成分的范圍很廣，需要針對(duì)不同的用途進(jìn)行細(xì)致的控制。 需要通過(guò)成形和焊接的影響研究，進(jìn)一步控制原材料中碳、鈦、銅、鋁的實(shí)際范圍。

2.2 機(jī)械性能

根據(jù)/A803M標(biāo)準(zhǔn)的要求，TP439的室溫力學(xué)性能見(jiàn)表2。

表2 室溫力學(xué)性能

鋼帶的強(qiáng)度、延伸率和硬度對(duì)冷變形有很大影響。 伸長(zhǎng)率越低，硬度越高，成型越困難。 如果屈服比過(guò)高，在成型、焊接、翅片加工和熱處理等環(huán)節(jié)也會(huì)有開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。 管板膨脹節(jié)性能方面，換熱管表面質(zhì)量容易產(chǎn)生應(yīng)變，影響使用壽命。 需要大量的試驗(yàn)來(lái)確定機(jī)械性能的實(shí)際控制范圍。 同一臺(tái)設(shè)備制造的不同機(jī)械性能的表面存在明顯差異（如圖4所示）。

圖 4 換熱管表面質(zhì)量

(a) 標(biāo)準(zhǔn)板； (b) 受控的機(jī)械性能

待續(xù)。

摘自《第六屆中國(guó)國(guó)際400系不銹鋼會(huì)議論文集》