核电焊接专题ｒ鳝掳 核用ｌｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝ＴＩＧ焊微 裂纹产生机理研究 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所（１５００８０） 霍树斌陈佩寅 陈燕吴伟 摘要针对国际上核用Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝ＴＩＧ焊微裂纹问题，利用扫描电镜、俄歇电子分析等方法对微裂纹断 口微观组织形貌、特征点的成分进行研究。结果表明，Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝ＴＩＧ焊微裂纹主要是结晶裂纹，原因是由ｓ， Ｐ在晶界偏析引起的低熔点共晶物。通过对结晶裂纹的产生机理和影响因素的系统研究，指出Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝 ＴＩＧ焊微裂纹主要是由Ｓ，Ｐ引起的结晶裂纹，而不是只有ＤＤＣ裂纹，通过定量分析Ｓ，Ｐ与裂纹关系，提出了防止微 裂纹产生的条件，并制造出无微裂纹的ＨＳ６９０，ＨＳ６９０Ｍ焊丝。 关键词： Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝ＴＩＧ焊微裂纹 Ｓ＋Ｐ含量判据ＨＳ６９０ Ｈｓ６９０Ｍ 中图分类号：ＴＧ１１６ ０前 言 善，但在国内某骨干企业的产品焊接中仍然存在问题。 就是ＦＭ５２和ＦＭ５２Ｍ焊丝在产品焊接时也不是完全没 镍基合金焊接微裂纹问题，尤其是核电用镍基焊 有问题，在ＴＩＧ堆焊的边缘，偶尔也出现个别微裂纹， 接材料微裂纹问题是行业内公认的难题与顽症，主要 说明顽症并没有被根除。 表现为长度小于０．５ ｍｍ的结晶裂纹和高温低塑性裂 从２００３年开始研究Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝，经过多年的 纹（简称ＤＤＣ）。Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝的微裂纹问题尤为突 努力，终于发现了问题的本质、产生的原因和条件，并 出，虽然研究者众多，却没有彻底解决问题。 研究出了解决问题的方法。 美国ＳＭＣ公司至今仍在进行Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝的 改进，从２０世纪９０年代开发出ＦＭ５２焊丝，２００３年推 １ 试验方法 出ＦＭ５２Ｍ焊丝，２００９年又推出ＦＭ５２ＭＳＳ，其研究的重 试验焊丝采用研制的所有Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝，其化 点一直是如何解决焊接微裂纹问题，但他们认为焊接 学成分如表１所示。 微裂纹是ＤＤＣ。 试验是在３０ ｍｍ厚平板表面采用ＴＩＣ堆焊，焊接 从国内应用的情况看，除ＳＭＣ和Ｓａｎｄｉｖｋ公司的 电流，＝１８０～２２０ Ａ，焊接速度１００～１２０ ｒａｍ／ｒａｉｎ，送丝 产品比较理想外，其它公司的６９０焊丝都存在焊接微 速度９００～ｌ １００ ｍｍ／ｍｉｎ，堆焊熔敷金属尺寸为１０（３ 裂纹，例如ＷＥＬ—ＴＩＧ一５２焊丝。早期的Ｓａｎｎｉｃｒｏ ｍｍ Ｘ４０ ｍｍ Ｘ １２ ｍｍ，每种材料截取金相试样４件，尺 ６８ＨＰ的微裂纹倾向比较严重，经过改进后有明显改 寸为４０ ｍｍ×１２ ｍｍ Ｘ １０ ｍｍ。 表１ Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝的化学成分（质量分数，％） 金相试样在磨床上加工后着色探伤检验，首先记 利用能谱仪和ＰＨＩ一７００俄歇电子分析仪对裂纹表面 录每个面上红点的数目，然后将红点圈起来在２００倍 区域进行成分分析，从而确定产生微裂纹的原因。 金相显微镜下观察，确定缺陷的类型。将确定的裂纹 断口在ＦＥＩ Ｓｉｒｉｏｎ扫描电镜下观察，确定裂纹的类型， ２结果与分析 ２．１ 典型断口微观组织与分析 收稿日期：２０１２—０７—１９ 试验过程中发现，将金相试样利用手砂轮打磨、台 ２０１２年第９期 ３１ 偿搭核电焊接专题 。 ． 一 的含量条件下就可以产生结晶裂纹，但只要将Ｓ＋Ｐ的 含量控制到３０ Ｘ １０－６以下，同时让Ｎ的含量大于１００ Ｘ１０～，Ａ１＋Ｔｉ的含量大于１．２％，就不会产生焊接微 裂纹。制成两个批次的ＨＳ６９０和两个批次的ＨＳ６９０Ｍ 焊丝，经确认没有焊接微裂纹，并已经得到应用。 求 咄 憾 ＋ Ｎ￣１０ （质量分数，％） 图６ Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝熔敷金属ＤＤＣ与Ｎ，Ａ１＋Ｔｉ含量 的关系 ２．３ Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝ＴＩＧ焊微裂纹产生机理 经过对Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝焊接微裂纹进行系统研究 分析，认为Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝焊接产生微裂纹的原因如 下： （１）由于Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝成分过于纯净，晶界析出 物很少，使得Ｓ，Ｐ在晶界的偏析（偏聚）系数增大，结果 造成微量的平均成分就能够产生裂纹。由此推断：晶 界析出物有利于防止镍基合金（奥氏体）焊缝的结晶裂 纹。 对比试验表明，Ｉｎｃｏｎｅｌ ６００焊丝、３２７焊丝和６２５ 焊丝微裂纹倾向较小，主要原因是这些焊丝晶界析出 物较多，阻碍了结晶裂纹的产生。 （２）常规ＴＩＧ焊由于送丝速度较低，容易引起熔 池过热，给结晶裂纹的产生带来了有利条件。 试验表明，加大送丝速度，裂纹倾向变小。同样焊 条电弧焊由于相对送进量较大而裂纹倾向小，ＭＩＧ焊 裂纹倾向同样较小。 ２，４ ｌｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝ＴＩＧ焊微裂纹的影响因素分析 Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝焊接微裂纹，主要表现为结晶裂 纹。晶间低熔点共晶物是引发结晶裂纹最主要的冶金 因素，同时结晶裂纹也与焊接工艺有关。 ２．４．１ Ｓ，Ｐ含量对结晶裂纹的影响 Ｓ和Ｐ是钢中最有害的元素，能够形成低熔点共晶 ３４ ２０１２年第９期 物，在结晶过程中极易形成液膜，从而降低材料的塑 性。Ｓ和Ｐ容易发生偏析，从而增大脆性温度区间 （ＢＴＲ）的范围，增加结晶裂纹的敏感性。文献［１］认 为，Ｓ或Ｐ与Ｆｅ或Ｎｉ形成低熔点共晶偏析于晶界处， 导致结晶裂纹的产生。Ｍｎ能够通过增加液相和固相 的界面能从而降低Ｐ和ｓ对结晶裂纹的影响，另外Ｍｎ 的加入还能够影响低熔点共晶物的形成、形成的数量 和这些低熔点共晶物的熔点有关。 该研究指出，Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝中，当Ｓ＋Ｐ＜３０× １０ 时，便可防止由Ｓ，Ｐ引起的结晶裂纹的产生。 ２．４．２合金成分对结晶裂纹的影响 关于合金元素对结晶裂纹的影响问题，已经有了 较多的文献。主要表现为合金元素可以增加晶界析出 物，抑制低熔点共晶组织的形成，降低结晶裂纹敏感 性。 文献［２，３］对镍基合金结晶裂纹进行了研究，指出 Ｎｉ—Ｎｂ低熔点共晶是产生结晶裂纹的主要原因，Ｍｎ 的加入可抑制Ｎｂ在晶界的偏析，提高Ｉｎｏｎｅｌ ６９０合金 熔敷金属抗结晶裂纹能力。 对比研究发现，Ｉｎｃｏｎｅｌ ６００，６２５，３２７等镍基合金 结晶裂纹倾向较小，是由于这些合金中含有较多的合 金元素如Ｍｏ，Ｎｂ以及Ｍｎ等，在晶界形成大量析出物， 阻碍了结晶裂纹的产生。 ２．４．３焊接工艺对结晶裂纹的影响 焊接电流对结晶裂纹的影响较大，小电流（如１４０ Ａ）焊接时，基本上不会产生结晶裂纹，随着焊接电流的 增大，结晶裂纹敏感性增大。正常电流（１８０—２２０ Ａ， 工厂实际使用电流）焊接时，结晶裂纹敏感性较大。 送丝速度对结晶裂纹也有一定的影响，试验表明， 当焊接电流不变（如２００ Ａ），随着送丝速度的增加，结 晶裂纹敏感性减小。对比试验发现，焊条电弧焊和 ＭＩＧ焊结晶裂纹敏感性明显小于ＴＩＧ焊，从另一方面 验证了试验结果的可靠性。 焊接工艺对结晶裂纹的影响，主要表现为降低焊 接热输入，减少高温停留时间。由于自动ＴＩＧ焊焊接 电流和焊接电压基本固定，可增加焊接速度从而达到 降低焊接热输入的目的。另外，适当增加送丝速度降 低结晶裂纹敏感性。 ２．４．４ Ｂ和ｚｒ含量对结晶裂纹的影响 对Ｉｎｅｏｎｅｌ ６９０焊丝力学性能和裂纹敏感性研究过 程中，发现Ｂ和ｚｒ并未对Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０Ｍ的性能有多大 改善，同时，少量的Ｂ和Ｚｒ极易引起结晶裂纹，而且随 着Ｂ和ｚｒ含量的增加，结晶裂纹敏感性增大。文献 ｒ蜉掳核电焊接专题 。 ａｎｄ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｎ ｎｉｃｋｅｌ ｂａｓｅ ｗｅｌｄｍｅｎｔｓ『Ｊ １．Ｓｃｉ． ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｊｏｉｎｉｎｇ，２００３，８（１）： ３结 论 ３９． （１）Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝ＴＩＧ焊微裂纹主要是由Ｓ，Ｐ 薄春雨，杨玉亭，丑树国，等．６９０镍基合金焊接结晶裂纹 引起的结晶裂纹，而不是只有ＤＤＣ裂纹，通过定量分 析Ｓ，Ｐ与裂纹关系，提出了防止微裂纹的条件，并制造 出无微裂纹的ＨＳ６９０、ＨＳ６９０Ｍ焊丝。 （２）对Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝而言，当Ｓ＋Ｐ的含量小于 形成机理分析［Ｊ］．焊接学报，２００７，２８（１０）：６９—７４． 薄春雨，杨玉亭，李向阳，等．Ｎｂ对６９０镍合金带极堆焊金 属结晶裂纹的影响［Ｊ］．焊接，２００６（６）：４１—４６． Ｈａｎｎｕ Ｈａｎｎｉｎｅｎ，Ａｎｓｓｉ Ｂｒｅｄｅｒｈｏｌｍ，Ｔａｐｉｏ Ｓａｕｋｋｏｎｅｎ．Ｍｅｔ— ａｌｌｕｒｇｙ ｏｆ ＢＭＷｓ ａｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ．Ｒａｎｇｅ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｅｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ Ａｌｌｏｙ １８２／８２ ａｎｄ Ａｌｌｏｙ １５２／５２ ３０ ｘ １０－６时，就不会产生结晶裂纹；同时，当Ｎ含量大 于１００ ｘ １０～，且Ａｌ＋Ｔｉ含量大于１．２％，就不会产生 ＤＤＣ。 ［Ｃ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｎａｒ ｏｎ Ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｎｏｎ—Ｄｅｓｔｒｕｃ— ｔｉｖｅ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔｓ，２００９，６，２７—７．１， Ｓｕｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ． （３）ｌｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝结晶裂纹产生机理是Ｓ，Ｐ在 晶界的偏析而引起的低熔点共晶物，ＴＩＧ焊送丝速度对 结晶裂纹有一定的影响。 Ｃｏｌｌｉｎｓ Ｍ Ｇ，Ｒａｍｉｒｅｚ Ａ Ｊ，Ｌｉｐｐｏｌｄ Ｊ Ｃ．Ａｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｄｉｐ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｉｎ ｎｉｃｋｅｌ ｂａｓｅｄ ｗｅｌｄ ｍｅｔａｌｓ—ｐａｒｔ １１ （４）在Ｉｎｃｏｎｅｌ ６９０焊丝中，少量的Ｂ和ｚｒ就极易 引起结晶裂纹。 ［Ｊ］．Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００３（９）：３４８ｓ一３５４ｓ． 作者简介： 霍树斌，１９７５年出生，硕士，高级工程师。主要从 『＿ｒＬ 参ｒＬ考 文献 ｒｌ 事镍基焊接材料及工艺的研究，已发表论文１０多 篇。 ［１］Ｋｕｏ Ｔ Ｙ，Ｌｅｅ Ｈ Ｔ，Ｔｕ Ｃ Ｃ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｎｉｂｉｕｍ 核电厂不锈钢覆面带垫板焊缝中焊接 缺陷的ＲＴ定位检测技术 北京四达贝克斯工程监理公司（０５００１９） 摘要马新朝 论述了核电厂不锈钢覆面衬里的带垫板焊缝中焊接缺陷的ＲＴ定位检测方法，总结了该检测的检测重 点，采取二次联合曝光方法，并运用几何作图法进行缺陷的准确定位，以判断该缺陷的埋藏深度，为建造阶段缩短 了判定周期，从而指导工程的正常进行。同时，对于焊件中的缺陷给出了一种立体拍片定位方法，可准确判定缺陷 的位置；该技术的应用，可适用于各类钢结构中带垫板的焊接接头的缺陷定位，更利于压力容器、锅炉的封口焊缝 的缺陷定位，减少不必要的返修，并缩短生产周期。 关键词： 不锈钢覆面（ＳＳ覆面） 垫板中图分类号：ＴＧ４４１．７ ＲＴ定位检测技术对照检测缺陷模拟 ０前 言 底片的缺陷判定过程中容易出现垫板缺陷及焊缝缺 陷的误判现象，为减少此类现象对核电项目生产工 期及质量验收的影响，需要对此问题做出明确的处 理依据，以符合“凡是有据可查，凡是有人验证”的 对于带垫板的焊接接头的射线检测，在实际ＲＴ 收稿日期：２０１２—０５—１９ 质保要求。 ３６ ２０１２年第９期