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  • 316L不銹鋼焊接接頭抗輻照損傷機制的研究

    本文采用TIG填絲的焊接方法,實現了316L奧氏體不銹鋼的焊接,系統研究了316L奧氏體不銹鋼焊接接頭離子輻照后微觀結構、表面形貌及顯微硬度的變化規律,并對輻照過程中焊接接頭的微觀結構演化機理及輻照硬化機理進行了分析,得出的主要結論如下:

    1)焊接熱輸入分別為3 KJ/cm、2.5 KJ/cm、2 KJ/cm的焊接接頭經劑量為2×10 17n/cm2He+輻照后,其微觀結構和表面形貌變化:

    2×10 17 n/cm 2劑量的He+輻照后的焊縫產生了大量的位錯環、黑點和氦泡等微觀結構。結合以往的研究可知,大尺寸的位錯環是間隙型的,而小黑點主要由小尺寸間隙位錯環和小尺寸空位型位錯環組成。由于輻照在常溫下進行,較低的溫度限制了氦泡的長大,其平均尺寸在1 nm左右。

    隨著焊接熱輸入的減小,焊縫拉殘余應力也隨之增大,316L不銹鋼殘余拉應力促進了間隙原子的聚集,使得焊縫位錯環密度和尺寸也隨之增大,三組樣品的位錯環平均尺寸分別為7.64108 nm、11.82726 nm、13.20321 nm。繪制位錯環尺寸和焊縫殘余應力的關系曲線發現,位錯環尺寸隨著殘余應力增大而增大。

    輻照后的焊縫表面出現了納米尺寸的浮凸和四面體小孔洞,且表面浮凸和四面體小孔洞的尺寸和密度隨著焊接熱輸入的減小略有增大。表面浮凸是由He-V團聚集形成,四面體小孔洞則是由層錯四面體(SFT)和其他空位型缺陷在表面聚集而形成。焊接熱輸入減小導致空位型位錯環的密度增大,則向表面聚集的He-V團和空位缺陷越多,進而導致表面浮凸和四面體孔洞尺寸和密度增大。

    2)焊接熱輸入為2.5 KJ/cm的焊接接頭經4×10 16 n/cm 2、2×1017 n/cm 2、1×10 18n/cm 2三個劑量的He+輻照后,其微觀結構和表面形貌變化:

    隨著輻照劑量的增加,焊接接頭位錯環尺寸和密度也隨之增大,并且在高劑量下發現了較大尺寸的層錯四面體(SFT)和位錯纏結結構。在4×10 16 n/cm 2劑量下,焊接接頭表面形貌幾乎無變化;2×10 17 n/cm 2劑量下,焊縫表面開始出現SFT和空位聚集形成的四面體孔洞和He-V團聚集形成的小尺寸浮凸;1×10 18 n/cm 2劑量下,焊縫表面出現了明顯的剝落和密集的氣泡,熱影響區則無明顯的氣泡形成,但剝落區域尺寸較焊縫區更大。隨著輻照劑量增大,氦濃度和空位缺陷也隨之增大,氦泡的聚集與合并導致了表面的納米尺寸浮凸向氣泡的轉變。熱影響區的損壞程度低于焊縫區,是由于焊縫具有更高密度的晶界和亞晶界,促進了大尺寸氦泡的形核和聚集。

    (3) 焊接熱輸入和輻照劑量對輻照硬化增量的影響規律和影響機制:

    焊接熱輸入為2.5 KJ/cm的焊接接頭經4×10 16 n/cm 2、2×1017 n/cm 2、1×10 18 n/cm 2三個不同劑量輻照后,其顯微硬度隨著輻照劑量的增大而增大。這是由于隨著輻照劑量的增大,氦泡濃度和尺寸、位錯環密度和尺寸也隨之增大,對位錯運動的阻礙作用增強,進而使得輻照硬化增量增大。

    焊接熱輸入分別為3 KJ/cm、2.5 KJ/cm、2 KJ/cm的焊接接頭經2×10 17 n/cm 2He+輻照后,其顯微硬度的增量隨著焊接熱輸入的減小而增大。引起這種現象的原因有三個,即熱輸入減小會導致焊縫晶粒尺寸減小、殘余拉應力增大、晶界密度增大。晶粒尺寸越小,輻照后的樣品發生塑性變形時形成的位錯通道密度越高,則位錯運動過程中更易于形成位錯纏結,導致硬化增量增大。殘余拉應力促進間隙原子聚集,使位錯環尺寸和密度升高,導致硬化增量增大。高密度晶界促進氦泡的聚集,位錯密度越高則大尺寸氦泡的密度越高,導致輻照硬化增量增大。

    焊接熱影響區的硬化增量低于焊縫區,是由于熱影響區晶粒粗大以及殘余應力低于焊縫區所致。此外,焊縫的高密度晶界及亞晶界能促進大尺寸的氦泡的形核和長大,對位錯運動阻礙作用增強,也會導致焊縫區硬化增量高于熱影響區。

    文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|不銹鋼換熱管

    文章地址:http://www.educacao-fisica.com/Info/View.Asp?Id=1007

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