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1、在激光作用下核压力容器钢焊接接头的显微组织和力学性能摘要:设计间接热冲压工艺，利用有限元法对零件的几何尺寸和力学性能进行了预测。在间接热冲压过程的情况下，生产性能与适应车身部件，冷却路径造成扩散和扩散控制的相变。通过人脸的相变引起的体积膨胀为面心立方（FCC）为体心立方（BCC）和体心四方（BCT）马氏体的形成导致相变诱导株的整体应力热冲压的车身部件的计算是很重要的。计算的应力和应变状态正确，它是必要的模型的扩散和扩散控制的相变现象，考虑到间接热冲压过程的边界条件。现有的材料模型进行分析和扩展以提高计算铁氧体、珍珠岩的数量和分布，其预测的准确性，整个退火过程中贝氏体和马氏体。工业用新方法在有限
2、元程序LS-DYNA 971实现关键词： 核钢 稳压器 压水反应堆 反应堆压力容器 结构完整性 焊接韧性 SA508钢通常用于民用核反应堆的关键部件，如反应堆压力容器。核部件通常采用电弧焊接工艺，但与设计为未来的新建设项目超过60年的生活，新的焊接技术正在寻求。在这种探索性的研究，为第一时间，自体激光焊接6毫米厚的进行SA508 Cl.3钢板使用16千瓦激光系统在4千瓦的功率运行。这个显微组织和力学性能（包括显微硬度、抗拉强度、延伸率等夏比冲击韧性）的特点和结构进行了比较电弧焊接。基于移动体热的三维瞬态模型源模型也发展到模拟激光焊接热循环，以估计冷却速率的过程。初步结果表明，激光焊接工艺可以无
3、宏观缺陷的焊缝，激光焊接的强度和韧性在这项研究中的联合，得到的值，在焊接的母材条件。 反应堆压力容器的寿命和安全运行（RPV），这是核电站中最关键的部件之一。取决于高温压力容器材料的耐久性，高压力和放射性环境。具有较高强度，韧性和抗辐照脆化的材料的需要是上升的，由于增加的发电容量和核电厂的设计寿命 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 7 ， 8 和 6 。SA508钢已经用于许多RPV?的压水反应堆制造因为他们提供的结合强度，延展性好，断裂韧性，相对于机械性能的均匀性，和他们的经济 9 、 10 、 11 和 12 。无人机是采用焊接厚环形锻件或SA508钢板在一起。这些通常是采用电弧焊接
4、实现，其次是为焊后热处理以恢复在热影响区（HAZ）韧性。而电弧焊接技术以及建立这些组件，在高功率激光器的可用性增加，能够以较高的焊接速度，减少焊接变形中厚截面钢，提供激励考虑激光焊接焊接部件制造SA508钢提供任何优势. 传统的焊接方法制造的核压力容器用钨极氩弧焊（GTAW）和埋弧焊（SAW） 13 、 14 和 15 。在版本N et al.?的 14 研究评估应力释放在HAZ裂纹敏感性，多次看到来为每一个通过1.8 kJ /毫米的热输入焊接140毫米厚的SA508 2级钢。基姆等。 16 报道常规看到3 kJ /毫米每通过一个热输入SA 508级3钢的焊接。Murty等人。 13 发现，多
5、通过SA533B钢埋弧焊接，焊缝金属的热影响区宽度，分别为26和12毫米，分别。locsdon 17 焊接64毫米厚的钢板SA533组环境2使用多道窄间隙钨极氩弧焊用10毫米宽的槽和1.6 kJ /毫米每通过一个热输入。可以看出，这些传统的焊接技术相比，激光焊接一般采用较高的热输入，这会增加热影响区宽度和焊后导致更大的扭曲和较高的残余应力。这将是复合的，如果更多的焊接通道和添加更多的填充材料是必需的，由于就业的更广泛的焊接槽，这些因素也可能有助于增加生产成本。与传统的焊接技术相比，激光焊接具有其自身的优势，高功率密度等，以及相关的能力，具有窄的热影响区做一个窄的焊缝，采用较低的热输入和焊接速度
6、高，达到较低水平的残余应力和变形，同时消耗更少的填充材料 18 和 19 。此外，激光焊接可以实现使用远程控制，因为激光束可以使用光纤和焊接头可以安装在一个工业机器人。这种特性使得激光焊接适合生产高质量的焊缝，所需的核环境。事实上，激光焊接到中等厚的部分奥氏体不锈钢的应用已经探讨过。张等。 20 首先报道了8毫米厚的316毫米厚的50毫米厚钢板的窄间隙焊接。elmesalamy等人。 21 成功焊接了20毫米厚的316不锈钢使用1千瓦IPG单模光纤激光器的超窄间隙（1.5 mm间隙宽度），双方采用多道窄间隙焊接的方法。尽管如此，没有被报道在SA508钢激光焊接特性。在低合金钢焊接过程中发生的固
7、态相变可能是非常复杂的，在某些钢中，它可以很难预测焊接接头的不同子区域的组织结构。冷却速率在不同的子区域将确定相变发生在连续冷却转变组合焊接过程中（CCT）在调查中对钢图。在焊接过程中的温度历史可以记录使用热电偶。然而，热电偶只能测量离散点的温度历史。它也很难保证测量位置的温度可以正确地记录下来。有限元建模是一种替代的方法，在焊接过程中的热循环调查。 在本研究中，单次自体激光焊接是参加SA508条款3钢板。自体GTA焊接的开展提供这种钢的激光焊接的基准。显微组织和力学性能，如拉伸强度、硬度、和在焊接条件下研究了冲击韧性的焊接构件。基于移动体积热源模型模拟也进行了量化的焊接热循环对微观结构的变化
8、在自体激光焊接在SA508钢的影响。数值的解决方案是使用商业软件ANSYS生成，并与实验结果进行了比较，验证了数值模型。验证的模型，然后用于预测的激光焊接的热历史。本文介绍了实验和建模，并报告了这项工作所产生的初步结果。2。材料与实验程序作为收到的基体材料（BM）在这项研究中使用的是调质SA508 Cl.3钢。SA508条款3钢的化学成分如表1。碳当量（CE）是一个参数，通常用于评价钢的焊接性，它被定义为合金元素除碳的碳当量浓度的百分比，从钢的淬透性的观点。根据参考文献 22 计算调查的钢的CE，并给出： 从表1看出，SA508 CE 0.60。MS（马氏体转变开始温度在420 C）根据铃木?
9、的连续冷却转变曲线（CCT）508级3图。条款1钢 23 。AC1和Ac3温度约700C和800C，分别。光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对基地SA508钢的显微组织图像都显示在图1（a）和（b），分别。标本机械抛光和蚀刻在2%硝酸溶液。基体材料的微观结构（BM）是一个暴躁的上贝氏体结构。细小的析出物由不同的研究人员已经确定，他们是M7C3和M23C6 6 、 12 和 24 。 作为收到SA508 Cl.3块切成几个6毫米和2毫米厚的板线放电加工（EDM）焊接试验。自体激光焊接材料的尺寸大约是6毫米，100毫米和50毫米手动自体GTA焊接约2毫米50毫米100毫米。实验使用连续波光纤激光
10、器进行（IPG yls-16000）与一个16千瓦的最大功率。光束参数乘积为10毫米毫弧度的处理纤维300米直径。从光纤的一端发射的激光束被准直由一个150毫米焦距的镜头，然后聚焦到试样表面用镜头用400毫米焦距。测得的聚焦尺寸和瑞利长度分别为0.8毫米和15毫米，分别。激光头安装在一个六轴库卡机器人。激光焊接的示意图如图所示。 350 GTA焊接电源是用于手动自体GTA焊接实验。在焊接前，样品被喷砂去除氧化物层。喷砂处理后，用丙酮清洗表面，然后将基体材料固定，以保证充分的约束。自体激光焊接和点焊进行。在焊接过程中保护熔池，用氩气保护试样的顶部和背面。焊接接头的宏观结构和焊缝的微观结构是利用光
11、学金相显微镜检查（KEYENCE vhx-500f）和飞利浦XL 30扫描电子显微镜（SEM）。表面硬度测量使用Struers duramin-2维氏显微硬度计进行。在焊缝的显微硬度分布进行测量，分别位于顶部，在激光焊接接头的宏观截面中部和底部，并在焊接在板厚中间位置为手动GTA焊接接头。使用负载3公斤，停留一段时间10 s的维氏显微硬度机测试硬度（Struers duramin-2）。三测量每个缩进以最小化误差进行。硬度遍历进行跨焊缝在0.2毫米在熔合区和热影响区间隔的凹槽，并在BM 0.4毫米的间隔。对接收的母材和焊接试样的静态拉伸强度评价标本根据ASTM E8M-04产生。子尺寸夏比冲击
12、试验样品的制备在BS EN 10045-1:1990意图。缺口位于熔合区，以测试激光焊接样品的焊接金属的韧性。这些冲击试样的宽度是由板块焊接厚度的限制，即6毫米。每一个测试是重复的三个单独的和名义上相同的优惠券，以减少不确定性。夏比和交叉焊缝拉伸试样从电火花加工过程中使用的焊接稳定状态的区域提取。所提取的样品的基体材料和焊接样品的大小和形状如图3所示。焊接钢筋的脸和根部焊缝试样的地区由手工打磨砂纸在拉伸和夏比冲击试验进行删除。进行拉伸试验在Instron 4507号模型电子万能试验机在室温下。夏比冲击试验的基础材料和焊接的样品上进行兹维克Roell夏比冲击试验机在?40C，?20C、0 C和室
13、温。每一张优惠券在测试前的半小时内举行相关的测试，以确保整个样品的温度均匀一致。以下的拉伸强度和冲击韧性试验，所有的断裂面测试标本用Zeiss EVO 50 SEM设有X射线能谱仪（EDX），研究了断口形貌和确定断裂模式。 最初的试验进行了使用珠的板的配置，而不是加入两个不同的板，以优化焊接参数。的激光功率为4千瓦，选择和焊接速度从0.84米/分钟到1.08米/分钟不等。激光焦点设置在板的顶部表面的2毫米。使用氩气保护气体，气体流速为12升/分钟和8升/分钟，分别保护使用的顶部表面和在焊缝侧的焊缝。激光头由8个倾斜倾斜，以防止反射。焊接后，焊缝被切割，并准备作为金相样品，以评估焊接珠的完整性。
14、在图4中给出了不同焊接参数的结果。 检查的焊接参数的不同的焊接参数显示，可以接受的焊缝轮廓，实现与焊接速度为0.84米/分钟，0.96米/分钟，在顶部的焊缝金属区域的切边观察到1.02米/分钟的速度，并观察到在一个速度为1.08米/分钟。优化的焊接参数在表2中概述。自体激光对接焊接6毫米SA508钢采用这些优化的焊接参数进行。 350 GTA焊接电源是用于焊接2毫米厚的钢板508。手动自体GTA焊接进行提供最好的比较自体激光焊接。与2毫米的厚度板被用在GTA焊接固有的浅层渗透，双面焊接进行了。焊接参数在表3中概述。3。结果3.1。宏观结构特征SA508钢焊接接头的自体激光对接结构，采用优化的参
15、数，如图5所示。可以看出，焊缝两侧的熔合线几乎是平行的，这是小孔焊接的特点。没有任何证据的缺陷，如孔隙度或削弱。焊缝的宽度约为1.8毫米，和热影响区的宽度大约为0.8毫米。接头可以分为几个不同的区域，如冶金，熔合区（FZ）在中心，热影响区（HAZ）与基体材料（BM）。熔合区由粗大的柱状枝晶颗粒组成，其与垂直于熔合边界的方向对准。最大热流方向为垂直于熔合边界，晶粒趋向于向上生长最快，在熔合区内的柱状晶组织中有25和26。在光学显微镜下，它被观察到的晶粒尺寸随距离从焊缝中心线。焊接热影响区可进一步划分为三个不同的区域：粗晶热影响区（CGHAZ）（靠近熔合线），细晶热影响区（FGHAZ）和两相区（I
16、CHAZ）相邻的BM。一个宏观部分通过手工自体GTA焊接2毫米厚的SA508钢如图6所示。由于有限的穿透深度在GTA焊接，双面自手动GTA焊接应用。熔合区的宽度约为2.4毫米，和热影响区的宽度大约为2.8毫米。在熔合区和热影响区宽度大于6毫米厚的激光焊缝宽得多。3.2。微观结构特征焊接接头各子区域内的显微组织演变主要由焊接热循环过程中的峰值温度和每个相应的子区域的冷却速度 27 和 28 确定。作为焊接结构在6毫米厚的激光焊接2毫米厚的手册进行自体GTA焊接熔合区和在每一个不同的子区域内的热影响区（CGHAZ，FGHAZ ICHAZ）使用SEM结果在图7和图8分别给出了。对焊接工艺的焊接热影响区内的不同子带的结构是相似的。然而，更细小
