【摘 要】
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低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢被选为国际热核聚变试验堆(ITER)项目包层模块(TBM)结构材料的候选材料,目前国际上归入RAFM钢范畴的钢种包括9Cr-2WVTa,F82H,JLF-1,ARAA,印度钢等,同时,CLAM钢被选为ITER项目在中国的最有希望的结构材料。CLAM钢工作环境恶劣如Pb-Li腐蚀,氚渗透,氚泄漏和磁流体力学影响等。熔化焊被作为一种关键技术来获得良好的包层模块件,目前
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低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢被选为国际热核聚变试验堆(ITER)项目包层模块(TBM)结构材料的候选材料,目前国际上归入RAFM钢范畴的钢种包括9Cr-2WVTa,F82H,JLF-1,ARAA,印度钢等,同时,CLAM钢被选为ITER项目在中国的最有希望的结构材料。CLAM钢工作环境恶劣如Pb-Li腐蚀,氚渗透,氚泄漏和磁流体力学影响等。熔化焊被作为一种关键技术来获得良好的包层模块件,目前开展的CLAM钢焊接方法包括热等静压扩散焊(HIP)、电子束焊(EBW)、钨极氩弧焊(TIG)、激光焊(LW),但是CLAM钢的激光-TIG复合焊接的研究较少。在本文中,我们通过激光-TIG复合焊接获得了成形和质量良好的CLAM钢焊接接头,然后研究了不同焊后热处理(PWHT)工艺对接头显微组织和力学性能的影响,以获得接头强度和韧度的良好配合;同时,对焊态和焊后热处理接头施以瞬态热加载以模拟未来聚变试验堆中的瞬态事件。研究结果表明,焊态下的焊缝(WM)的微观组织由粗大的板条马氏体和少量的δ铁素体组成,导致较高的拉伸强度和较低的冲击韧性(仅为母材的16.5%)。PWHT后,M23C6型碳化物沿着板条马氏体边界和奥氏体晶界处析出,随着热处理时间的增加,析出物的数量和尺寸逐渐增加,在760℃PWHT 2 h后析出物出现聚集。PWHT接头试样的拉伸强度较焊态略有下降但仍处于可以接受的强度等级(546 MPa-604 MPa),接头的韧性在PWHT后出现显著升高,PWHT接头冲击断口表现为具有大量韧窝的韧性断裂。在材料经历激光瞬态热加载后,表面损伤形式主要表现为裂纹、凹坑、金属重熔和氧化。随着瞬态热加载功率密度的增加,CLAM钢母材和焊缝表面形貌响应出现相应变化,受损环形区域直径增加,中心区域裂纹数量变得多而密,裂纹宽度变大。分析认为焊接接头各区域组织的不均匀性导致了不同形貌的形成,组织不均匀且硬度较大的熔合区(FZ)和完全淬火区(CQZ)交接处金属烧损较焊缝严重,表现更差的抵抗高功率热冲击能力。接头试样在经历高达205.7 MW/m2的瞬态热加载后,760℃保温0.5 h的PWHT接头表现出了更好的抗氧化性能,因而对于激光-TIG复合焊接接头建议在760℃下保温0.5 h的PWHT工艺以获得足够的强度、韧度和抗氧化能力。
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