核电站镍基合金及其焊接焊接技术研究所陈忠兵
目录
一镍基合金及其应用概述
二690合金
三600合金
四镍基合金的焊接
五蒸汽发生器管板镍基合金堆焊工艺评定六蒸汽发生器管子管板焊接工艺评定
一镍基合金及其应用概述
对材料的性能要求
运行环境：¾高温
¾高压
¾辐照
¾腐蚀材料要求：
¾良好的强度
¾良好的塑韧性
¾耐腐蚀性能
¾抗疲劳性能
¾
应力腐蚀破裂
SCC
304L不锈钢SCC裂纹
对镍基材料焊接的要求
熔敷金属化学成分与母材成分相匹配
焊缝金属的力学性能达到母材的水平
腐蚀性能与母材相适应
正确选用焊接材料，避免微裂纹
对镍基堆焊层，满足抗腐蚀性能、力学性能要求
2 蒸汽发生器用耐蚀材料的发展历程
发展初期（1968年以前）：18-8型奥氏体不锈钢 1968年以后：600合金
800合金（德国，1972年，
我国秦山一期、三期） 20世纪70年代后：690合金（美国）
二690合金
3 物理性能
几种材料热导率、
膨胀系数的比较
Ni基
1Cr18Ni9Ti
20G
热传导率系数
5 耐腐蚀性能
抗氧化
抗高温下硫的腐蚀
抗应力腐蚀开裂(SCC)：在许多环境下（氯溶液、高温水、硫酸盐）都有较好的耐应力腐蚀的能力
6 焊接性
焊缝金属热裂纹敏感性大：¾结晶裂纹
¾液化裂纹
¾高温失塑裂纹
¾多边化裂纹
6.1 结晶裂纹
（1）冶金因素：Mn、Nb、Mo、Al、Ti
S、P、Si等杂质元素
N、H、O
（2）工艺因素：热输入量
熔合比
成形系数
6.2 液化裂纹
形成：热影响区或多层焊焊缝层间金属，在高温下奥氏体晶界上的低熔共晶被重新熔化，在拉应力作用下沿奥氏体晶界开裂。
特点：沿奥氏体晶界开裂;
长度一般都在0.5mm以下;
出现在焊缝熔合线凹陷区或多层焊层间;
常作为脆性破坏或疲劳断裂的发源地。
6.3 高温失塑裂纹
1）多出现在单相奥氏体焊缝中，有时候也出现在热影响区。
在焊缝金属中，裂纹走向与一次结晶无对应关系，常以任意方向贯穿于树枝状结晶中。
2）裂纹多发生在重复受热的多层焊层间焊缝金属中及热影响区中，其部位并不都靠近熔合区，说明这种裂纹与晶界液化无关。
3）裂纹附近常伴有再结晶晶粒出现，所以高温低塑性裂纹总是迟于再结晶。
4）断口表面无明显的塑性变形痕迹，为低塑性断裂。
6.4 焊接
同种材料：INCONEL82焊条和INCONEL182焊条。
与碳钢、不锈钢和大多数镍铬和铁镍铬合金的异种材料的焊接时：INCONEL82焊丝、INCONEL182焊条和
INCWELDA焊条
焊接用于高腐蚀性水溶液环境，特别是合金酸洗用的硝酸和氮氟酸的混合液中的690元件时：可采用INCONEL-625
填充金属
三600合金
1 成分
Ni72% Cr16% Fe 9%
2 物理性能
3 焊接
600合金可以使用现有的焊接工艺方便地连接。
电弧焊：Inconell82焊条
氩弧焊和气体保护焊：Inconel82焊丝
埋弧焊：Inconel82焊丝,INCOFLUX 4埋弧药芯焊丝
四镍基合金的焊接
1 镍基合金焊接方法
钨极氩弧焊(GTAW或TIG)
熔化极气体保护焊(GMAW或MIG) 手工电弧焊(SMAW)
埋弧焊(SAW)
堆焊
（2）焊件和焊丝表面的清理
清理不彻底：影响焊缝的性能
在焊缝中造成微观开裂
清理方法：合适的溶剂
特殊成分的清洁剂
包括同样金属表面的氧化物打磨
（3）异种材料焊接
在核设备应用中AWSERNiCr-3类别(1NCONEL82)是一种较适用的异种材料焊接用镍基合金，无论对低合金钢材(如A508-Gr.3)或不锈钢材料(如AISI304)均有较大的适应性，即在较大的稀释情况下还能获得较好的性能和保持较好抗裂性能。
五蒸汽发生器管板镍基合金
堆焊工艺评定
1 蒸汽发生器管板镍基合金堆焊工艺
蒸汽发生器管板为Mn-Ni-Mo钢锻件，厚约500～600mm.
堆焊前需将管板预热，第一层堆焊后进行去氢处理。
通常预热温度控制在100~150℃，去氢处理则为300~350℃，保
温2~4h。
镍基合金堆焊层较易产生热裂纹。
堆焊时，应严格控制母材和堆焊材料中的有害元素含量，加强焊前清理，而且应采用低电弧电压和低焊接热输入量，以抑制晶体粗化，防止热裂纹产生。
2 工艺评定要求
材料：SA508Gr3C12锻板
试板形状与尺寸：100mm×300mm×500mm 堆焊方法：
带极埋弧堆焊, 共三层
第1层堆焊高度3.5~4.0mm
第2\3层堆焊高度3~3.5mm
焊道之间搭接量8~10mm
2 工艺评定要求
焊接材料
焊带：Inconel52，规格60mm×0.5mm
焊剂：Incoflux SAS2
预热温度
堆焊第一层时，预热温度≥120℃，层间温度≤170℃，第一层堆焊后在
300~350℃温度下去氢2h。
堆焊第二及第三层时预热温度≥15℃，层间温度≤130℃。
电流类型及焊接规范
焊接电流为直流反接(DCEP)
焊接规范如下：电流700~750 A，电压26~28 V，焊速115~125mm／min。
焊后热处理
600~620℃保温24h。
3 堆焊工艺评定试验项目
a．对堆焊层表面进行渗透检查及超声检查，应无超标缺陷
b．堆焊层化学分析：
从基本金属表面5mm以上进行成分取样分析，要求如下(%)
C≤0.04，Mn≤1.0，Fe7.0～11.0，Cr28.0~31.5，Ti≤1.0
S≤0.015，P≤0.020，Si≤0.50，Al≤0.10，Nb≤0.10，Ni余量
c. 横向侧弯试验D=4T,α=180°
d．晶间腐蚀试验
在堆焊层表面以下取样S=2mm，经GB4334.5晶间腐蚀试验，正、反两面均应无晶间腐蚀倾向。
e．金相检查：放大200倍，应无微裂纹。
六蒸汽发生器管子管板焊接工艺评定
1 基本金属材料
¾在SAS08Gr3C12钢板上堆焊Inconel690、焊材(带极堆焊)，试板和堆焊层应经受与产品相同的热处理，并作表面渗透检查和超声波无损探伤。
¾管子：Inconel690
2 试板形状和尺寸 试板厚≥100mm，其
中镍基合金堆焊层
6mm，管板上应钻有
至少20个孔，孔径(d)
比管径大0.2mm，试
板上的孔距(W)应与
实际管板上的孔距一致。
3 坡口尺寸
¾管子、尺寸与实际产品相同,φ19.0
mm×1.0mm.
¾管子与试板按实际生产要求微胀定位，焊接坡口形式如右
4 工艺
焊接方法：程序控制加填充丝钨极氩弧焊，全位置焊一道。
焊接材料：
焊丝：德国伯乐蒂森公司的Thermanit690，φ0.6mm
保护气体：纯氩，纯度99.99％。
焊接参数：
脉冲频率：2Hz，脉冲电流：70A，基值电流：30A，电弧电压：9～12V，焊接速度：7cm/min，送丝速度：40cm/min。
预热及焊后热处理：不预热和不要求任何模拟消除应力热处理
5 焊接工艺评定试验项目
a．VT：焊缝外形平坦，无未熔合及气孔等缺陷b.无损检验：
c．金相检验：宏观检验：无裂纹
完全焊透
截面积达到设计要求
微观检验：无裂纹
金相组织完好
谢谢！
陈忠兵
苏州热工研究院
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