新型马氏体耐热钢SIMP钢先进连接技术研究

陈云峰 陈思杰 李 报

（河南理工大学材料科学与工程学院，河南 焦作 454000）

新型马氏体耐热钢因其具有较高的高温蠕变断裂强度、良好的耐蒸汽腐蚀性、具有较高导热性和优良的加工性能，被广泛地应用于火电机组受热、受压锅炉管道中，也成为核力发电机组中的关键主要钢材。焊接是加工零部件的基本工艺，新型马氏体耐热钢焊接时有其独特的问题，传统的熔化焊焊接新型马氏体耐热钢时，接头冷却过程中容易出现焊接裂纹、气孔等缺陷，大大降低了焊接接头的抗拉强度，同时焊接接头热影响区晶粒粗大，严重降低了新型马氏体耐热钢结构的焊接性能和使用性能。因此采用钨极氩弧焊、瞬时液相扩散焊可以克服传统熔化焊焊接工艺的不足，为新型马氏体耐热钢的焊接工艺寻求到新的焊接途径。本文研究了新型马氏体耐热钢的先进连接技术，并展望其发展现状。

1 熔化焊

1.1 钨极氩弧焊

由于新型马氏体耐热钢焊接时需要用氩气进行保护，焊接时防止被氧化，需要对熔池和热影响区进行保护，所以普通的手工氩弧焊都不能用于新型马氏体耐热钢的焊接。采用钨极氩弧焊需要用高纯度的氩气对熔池和热影响区进行保护，且对母材中杂质的含量也有严格的限制。山东大学吴君、李清明、邹增大等人采用自行研制的TF-5活性剂对T91马氏体耐热钢进行了A-TIG焊性能研究，结果表明，采用活性剂能大大增加了焊缝熔深，无须开坡口，一次性焊透壁厚5mm的T91，提高了焊接生产效率，但是通过观察电弧形态发现使用SiO2作为活性剂时有严重的拖弧现象，导致焊缝成形不连续，严重影响焊接质量。综上所述，新型马氏体耐热钢焊接目前较为成熟的焊接方法为TIG焊，虽然该焊接方法可以得到性能优良的焊接接头，但在焊接过程中仍然存在一些问题。

图1

2 固相焊接

2.1 瞬时液相扩散焊

瞬时液相扩散焊是一种母材熔点比连接温度高，焊接变形小，接头强度的性能与母材比较接近焊接方法，在连接温度下，中间层首先熔化润湿母材，在工件的配合界面之间形成液体，当工件在连接温度下保温时，中间层中用来降低熔点的元素快速扩散到母材金属中，使母材的熔点降低并发生瞬时液化，同时母材中的高熔点元素原子向已熔化为液相的中间层中扩散，使中间层合金的熔点升高，随着发生等温凝固而完成连接过程。新型马氏体耐热钢采用瞬时液相扩散焊，接头性能优于常规熔化焊。瞬时液相扩散焊在航天航空与高新技术领域应用也比较广泛。图1为瞬时液相扩散焊接的3个阶段。

结论

（1）钨极氩弧焊（TIG）接热输入大， 焊缝及热影响区组织粗大。 活性氩弧焊（ A-TIG ），通过在焊件表面涂敷活性剂，可以增加熔深，提高焊接质量。

（2）相比其他先进连接方法， 瞬时液相扩散焊连接马氏体耐热钢可以获得高强度且没有缺陷的焊接接头，瞬时液相扩散焊焊接马氏体耐热钢具有巨大的应用价值和发展前景。