本發(fā)明屬于焊接修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無需焊后熱處理的在役核電設(shè)備的焊接修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

核電設(shè)備在高溫高壓、中子輻照、附加載荷等各種復(fù)雜工況環(huán)境下服役過程中，由于機械疲勞、應(yīng)力腐蝕開裂等老化機理的作用使得設(shè)備部件的局部產(chǎn)生缺陷，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運行。為使設(shè)備能正常執(zhí)行服役功能，常采用焊接修復(fù)或更換部件的方法來恢復(fù)失效部位的功能。

一回路主設(shè)備(反應(yīng)堆壓力容器、蒸發(fā)器、穩(wěn)壓器等)通常采用低合金高強度鋼材料，常規(guī)的焊接修復(fù)過程中由于焊接熱循環(huán)的作用，修復(fù)部位焊接熱影響區(qū)存在硬度高、韌性差的粗晶區(qū)(參見圖1)，焊接規(guī)范都要求采用焊后熱處理來改善粗晶區(qū)性能。在多層多道焊接過程中，還會出現(xiàn)臨界粗晶區(qū)。參見圖2，臨界粗晶區(qū)為同一層中后一焊道的臨界區(qū)與前一焊道形成的粗晶區(qū)疊加所形成的區(qū)域。研究結(jié)果表明，臨界粗晶區(qū)是整個焊接接頭中性能最差的區(qū)域，極易引發(fā)局部脆化問題，因此有必要采取焊后熱處理的方式來消除粗晶區(qū)，尤其是臨界粗晶區(qū)。

然而，一些客觀條件限制了焊后熱處理的應(yīng)用：

1)設(shè)備的尺寸、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、現(xiàn)場的焊接修復(fù)條件、熱處理的變形等問題使焊后熱處理實施難度增加，尤其對于在役設(shè)備的焊接修復(fù)很多情況下無法實施焊后熱處理；

2)核電設(shè)備的一回路介質(zhì)具有放射性，而作為厚壁容器實現(xiàn)焊后熱處理往往需要從內(nèi)、外兩側(cè)進行加熱，人員劑量嚴(yán)重超標(biāo)往往限制了焊后熱處理的可行性。

因此，迫切需要一種免除焊后熱處理的焊接修復(fù)低合金高強鋼制成的核電設(shè)備方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決由低合金鋼制成的核電設(shè)備焊接修復(fù)過程中造成的熱影響區(qū)中存在的硬度高、韌性差的薄弱區(qū)域，由于客觀條件限制，很難甚至無法實施焊后熱處理來改善性能的技術(shù)問題，提出一種無需焊后熱處理來恢復(fù)其性能的焊接修復(fù)方法。

本發(fā)明提出的免除焊后熱處理的焊接修復(fù)方法，通過有效控制第一層/第二層焊 道的焊接熱循環(huán)，達到改善母材熱影響區(qū)粗晶區(qū)性能的目的，從而免除焊后熱處理。

本發(fā)明提供的焊接修復(fù)方法采用第二層焊道形成的焊接熱循環(huán)使第一層焊道形成的母材熱影響區(qū)的粗晶區(qū)實現(xiàn)回火過程。

優(yōu)選的，所述的第一層焊道覆蓋焊接部位的母材，所述第二層焊道及第二層以上的焊道相應(yīng)的覆蓋前一層焊道的焊縫。根據(jù)目前焊接的條件，第三層及以上焊道的熱影響區(qū)不再涉及易脆化的低合金鋼母材，而主要是性能優(yōu)異的焊縫金屬，因此，第三層及以上的焊道均無焊接線能量的要求。

優(yōu)選的，第一層焊道及第二層焊道的焊接線能量為8.25kJ/cm～16.2kJ/cm。根據(jù)焊接規(guī)范，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇合適的送絲速度，例如16.5cm/min～80cm/min來完成相應(yīng)的焊接修復(fù)。

優(yōu)選的，第二層焊道形成的焊接熱循環(huán)使第一層焊道形成的母材熱影響區(qū)的粗晶區(qū)在600℃～700℃之間實現(xiàn)回火處理。

實際焊接制造過程中，與母材相鄰的第一層焊道不可避免的出現(xiàn)粗晶區(qū)，第一層相鄰焊道間還會產(chǎn)生臨界粗晶區(qū)；參見圖3，粗晶區(qū)及臨界粗晶區(qū)的沖擊韌性較差、顯微硬度較高，是焊接接頭中最為薄弱的區(qū)域。利用本發(fā)明的方法，通過采用合適的焊接線能量,使得第一層焊道的粗晶區(qū)和臨界粗晶區(qū)的峰值溫度為600℃～700℃,在該溫度下使第一層焊道的粗晶區(qū)和臨界粗晶區(qū)實現(xiàn)回火處理，可以較好的改善粗晶區(qū)和臨界粗晶區(qū)的性能。

優(yōu)選的，所述焊接采用GTAW焊接方法，焊接采用的填充材料為與修復(fù)部位母材匹配的低合金鋼TIG焊絲。

本發(fā)明通過有效控制第一層/第二層焊道的焊接線能量、焊接送絲速度，使第二層焊道臨界區(qū)以下的有效回火區(qū)域覆蓋第一層焊道形成的粗晶區(qū)范圍，可有效消除粗晶區(qū)，特別是臨界粗晶區(qū)，從而達到對粗晶區(qū)的回火。為保證回火效果，焊接線能量應(yīng)在8.25kJ/cm～16.2kJ/cm。本發(fā)明通過控制焊接線能量，得到的焊接接頭的熱影響區(qū)粗晶區(qū)的沖擊吸收功和常規(guī)制造工藝相當(dāng)，完全可以滿足制造質(zhì)量的需求，無需進行焊后熱處理。

附圖說明

圖1、焊道粗晶區(qū)示意圖。

圖2、同層相鄰焊道臨界粗晶區(qū)示意圖。

圖3a和圖3b分別為熱影響區(qū)沖擊吸收功及顯微硬度。

圖4a、實施例1焊接接頭粗晶區(qū)斷口照片。

圖4b、實施例1焊接接頭粗晶區(qū)斷口形貌。

圖5a、實施例1焊接接頭粗晶區(qū)的顯微形貌。

圖5b、實施例1焊接接頭臨界粗晶區(qū)的顯微形貌。

圖6、實施例2焊接試件的斷面照片。

圖7a、實施例1焊接接頭粗晶區(qū)的顯微形貌。

圖7b、實施例1焊接接頭臨界粗晶區(qū)的顯微形貌。

圖8、本發(fā)明焊接修復(fù)方法各焊道位置示意圖。

具體實施方式

實施例1：

本實施例采用本發(fā)明的方法在SA508-3鋼鍛件的表面進行自動TIG堆焊，母材規(guī)格為500mm×500mm×60mm。焊接材料為商用低合金高強鋼焊絲，直徑為1.2mm。第1層焊道及第2層焊道焊接線能量均為9.9kJ/cm，送絲速度為40cm/min，焊接層數(shù)為2層多道，不采取焊后熱處理。前述的2層多道焊接示意圖參見圖8，第一層焊道覆蓋焊接部位的母材，所述第二層焊道及第二層以上的焊道相應(yīng)的填滿前一層焊道的焊縫。

對焊接完成后的的粗晶區(qū)顯微硬度及沖擊吸收功試驗結(jié)果進行測試，其顯微硬度HV_0.5為300-323，明顯得到了提高，其沖擊吸收功KV₂(-20℃)為173-178J，也明顯得到了提高。試驗結(jié)果表明，按照本發(fā)明的方法焊接的接頭熱影響區(qū)粗晶區(qū)沖擊吸收功與經(jīng)過熱處理的性能相當(dāng)。

參見圖4a和圖4b，焊接接頭的斷裂模式為韌性斷裂；參見圖5a和圖5b，焊接接頭的粗晶區(qū)及臨界粗晶區(qū)均獲得了綜合性能優(yōu)異的回火索氏體組織，粗晶區(qū)顯微硬度略高于常規(guī)工藝接頭，但完全滿足制造質(zhì)量要求，當(dāng)焊接修復(fù)過程中難以或無法實施焊后熱處理時，完全可以作為免除焊后熱處理的焊接修復(fù)方法。

實施例2：

采用本發(fā)明的方法對60mm厚SA508-3鋼鍛件表面型缺陷模擬焊接修復(fù)，采用自動TIG焊接工藝，母材規(guī)格為500mm×500mm×60mm，坡口深度12mm，坡口角度30o，第1層焊道及第2層焊道焊接線能量均為12.6kJ/cm，送絲速度為60cm/min，焊接材料為商用低合金高強鋼焊絲，直徑為1.2mm。

采用本發(fā)明的模擬焊接修復(fù)的試件斷面照片見圖6。

本實施例的粗晶區(qū)顯微硬度HV_0.5為303-330，并且參見圖7a和圖7b，晶區(qū)及臨界粗晶區(qū)均獲得了綜合性能優(yōu)異的回火索氏體組織。

與常規(guī)工藝相比，本發(fā)明方法焊接的接頭熱影響區(qū)粗晶區(qū)及臨界粗晶區(qū)均獲得了綜合性能優(yōu)異的回火索氏體組織，粗晶區(qū)顯微硬度略高于常規(guī)工藝接頭，但完全滿足制造質(zhì)量要求，當(dāng)焊接修復(fù)過程中難以或無法實施焊后熱處理時，完全可以作為免除焊后熱處理的焊接修復(fù)方法。