摘要：根據(jù)核電設備用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)鍵因素控制指標和技術(shù)對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，通過對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)和工藝改進的方向。

關(guān)鍵詞：核電設備； 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力腐蝕和抗晶間腐蝕能力。 此外，還應具有良好的冷、熱加工性能和優(yōu)良的耐磨、耐沖蝕性能。 必須嚴格控制換熱管焊縫質(zhì)量，確保換熱管在安裝時能順利脹焊。 ，確保換熱管符合設計和使用要求。

TP439是鐵素體不銹鋼，導熱系數(shù)高于普通奧氏體不銹鋼，接近碳鋼，抗應力腐蝕能力比普通奧氏體不銹鋼好很多，TP439幾乎不含鎳，材料成本相對較低。 因此在核電機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用。 但鐵素體不銹鋼焊接性差，焊接時容易產(chǎn)生微裂紋。 其冷熱加工性較差，脆化溫度較高，在制管和管板擴管過程中存在開裂風險。 單相鐵素體組織導致焊接時焊縫區(qū)晶粒粗大，使韌性急劇下降，同時也降低了抗晶間腐蝕性能。 這些與生俱來的特性使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年開始研發(fā)TP439焊接換熱管，通過對不同原材料關(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)過眾多設備制造商、設計院和用戶的評價和認可，成功應用于百萬級千萬級核電站項目。

焊縫區(qū)的質(zhì)量控制是TP439焊接換熱管制造中的一個關(guān)鍵點。 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。 本文著重對影響焊縫質(zhì)量的主要因素進行了分析和研究，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、設計、質(zhì)量要求、經(jīng)濟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，這種方法會導致焊縫區(qū)晶粒尺寸比母材粗很多，導致韌性降低，內(nèi)部焊縫補強控制困難，焊接控制不嚴參數(shù)。 ，生產(chǎn)效率低等一系列缺點，并增加了后續(xù)制造和安裝的難度，導致焊縫開裂的風險更大。

激光焊接是通過將光能轉(zhuǎn)化為熱能來熔化焊接接頭。 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。 激光焊接是一種比較先進的焊接技術(shù)，但是這種焊接工藝對整條生產(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，經(jīng)過大量的批量試驗，最終確認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)量對比如下（見圖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、保護氣體、焊接速度、焦距和焦點直徑。 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，需要通過大量的工藝評價來確定工藝參數(shù)的優(yōu)化組合。

2 材料的理化性質(zhì)

2.1 化學成分

材料的主要合金元素決定其金相組織和力學性能，其中微量元素對各項性能的影響非常顯著。 根據(jù)/A803M[5]標準的要求，TP439的化學成分范圍見表1。

表1 化學成分

性能降低，板材標準已將含碳量上限規(guī)定為0.03%。 另外，根據(jù)實際試驗情況，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。 銅含量過高對可焊性和耐腐蝕性有負面影響。

(4)鋁的影響，鋁能促進439不銹鋼的回復再結(jié)晶，細化晶粒，對強度和硬度有顯著影響。

標準中各個成分的范圍很廣，需要針對不同的用途進行細致的控制。 需要通過成形和焊接的影響研究，進一步控制原材料中碳、鈦、銅、鋁的實際范圍。

2.2 機械性能

根據(jù)/A803M標準的要求，TP439的室溫力學性能見表2。

表2 室溫力學性能

鋼帶的強度、延伸率和硬度對冷變形有很大影響。 伸長率越低，硬度越高，成型越困難。 如果屈服比過高，在成型、焊接、翅片加工和熱處理等環(huán)節(jié)也會有開裂的風險。 管板膨脹節(jié)性能方面，換熱管表面質(zhì)量容易產(chǎn)生應變，影響使用壽命。 需要大量的試驗來確定機械性能的實際控制范圍。 同一臺設備制造的不同機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) 標準板； (b) 受控的機械性能

待續(xù)。

摘自《第六屆中國國際400系不銹鋼會議論文集》