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电站钢管TLP扩散连接界面特征与连接过程研究

作　者: 王振江
导　师: 陈思杰
学　校: 河南理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: TLP扩散连接耐热钢界面特征连接过程降熔元素
分类号: TG457.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着我国电站机组容量、规模和参数的不断提高,锅炉管道承受的蒸汽温度和压力不断增大,新型耐热钢的研发和相应焊接工艺成为制约电站发展的关键课题。采用传统的焊接方法,容易产生焊接变形以及焊接残余应力,瞬时液相扩散焊连接温度低,界面连接强度高,应用到电站锅炉管道的焊接具有很好的市场前景。本文介绍了电站三种常用钢管的TLP扩散连接,用新研制的FeNiCrSiB非晶箔作中间层,氩气保护,连接压力均为2MPa,连接工艺为:20/20钢,单温工艺,等温温度1200℃,等温时间3min;T91/T91钢,双温工艺,高温温度1260℃,加热0.5min,等温温度1230℃,等温时间3min;T91/12Cr2MoWVTiB钢,双温工艺,高温温度1260℃,加热1/3min,等温温度1250℃,等温时间3min。研究表明,等温温度和等温时间对TLP连接接头界面特征影响显著,上述好的工艺下降熔元素扩散比较充分,没有脆性相形成,随着温度升高,接头中心硬度明显下降。三种TLP连接接头的整体特征是:20/20钢连接界面比较明显,T91/T91钢连接界面模糊不清,而T91/12Cr2MoWVTiB异种钢的连接界面在T91一侧模糊不清,在12Cr2MoWVTiB钢一侧比较明显。界面特征不同的原因为:一是中间层与母材成分上的差异,二是降熔元素和主要合金元素扩散的充分性。根据三种TLP连接接头不同的界面特征,对电站钢管典型的TLP扩散连接界面进行了定义以及区域划分,TLP连接接头可分为接头中心区、接头扩散区、母材扩散区三部分。从试验角度研究了20钢管TLP扩散连接的动力学过程,推测出了连接过程的四个阶段。等温凝固时间10s时焊缝宽度达到最大,此时中间层熔化以及增宽已经完成;等温凝固时间60s时,界面变得平直,等温凝固阶段完成,随后进入接头的均匀化阶段。用EPMA测定了降熔元素的扩散过程,发现在等温凝固时间10s时,降熔元素B、Si的扩散已经很明显,而在10s到60s的等温凝固阶段,B、Si的扩散变化不大,到180s时,B、Si的扩散都比较充分。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-23
  1.1 TLP 扩散连接技术  11-16
    1.1.1 定义与原理  11-13
    1.1.2 TLP 扩散连接的工艺参数  13-14
    1.1.3 TLP 扩散连接的主要优点  14-16
  1.2 TLP 扩散连接技术研究进展  16-21
    1.2.1 TLP 扩散连接连接工艺及接头组织性能研究  16-18
    1.2.2 TLP 扩散连接连接机理及连接过程动力学研究  18-20
    1.2.3 本领域存在的问题  20-21
  1.3 本文研究的目的与意义  21-22
  1.4 本文研究内容  22-23
2 试验材料与研究方法  23-32
  2.1 试验材料  23-25
    2.1.1 试验用钢管  23-24
    2.1.2 中间层合金  24-25
  2.2 TLP 扩散连接工艺与设备  25-28
    2.2.1 TLP 扩散连接工艺  25-26
    2.2.2 TLP 扩散连接设备  26-28
  2.3 试验及研究方法  28-31
    2.3.1 试样温度的测量  28-29
    2.3.2 TLP 扩散连接接头力学性能测试  29-30
    2.3.3 接头显微硬度测试  30
    2.3.4 TLP 扩散连接接头的界面特征、成分分析  30-31
  2.4 本章小结  31-32
3 不同钢管TLP 扩散连接工艺与界面特征  32-59
  3.1 工艺参数的选择  33-38
    3.1.1 中间层的选择  33-35
    3.1.2 连接温度与等温时间的确定  35-37
    3.1.3 连接压力的确定  37-38
  3.2 20 钢管TLP 扩散连接  38-43
    3.2.1 20 钢管TLP 扩散连接工艺与结果  38
    3.2.2 连接温度对20 钢管连接界面特征的影响  38-40
    3.2.3 等温时间对20 钢管连接界面特征的影响  40-41
    3.2.4 20 钢管连接接头两侧元素分布与硬度分布  41-43
  3.3 T91 钢管TLP 扩散连接  43-48
    3.3.1 T91 钢管TLP 扩散连接工艺与结果  44
    3.3.2 连接温度对T91 钢管连接界面特征的影响  44-45
    3.3.3 等温时间对T91 钢管连接界面特征的影响  45-47
    3.3.4 T91 钢管连接接头两侧元素分布与硬度分布  47-48
  3.4 T91/12CR2MOWVTIB 异种钢管TLP 扩散连接  48-54
    3.4.1 T91/12C12MoWVTiB TLP 扩散连接工艺与结果  49
    3.4.2 连接温度对T91/12C12MoWVTiB TLP 扩散连接界面特征的影响  49-51
    3.4.3 等温时间对T91/12C12MoWVTiB TLP 扩散连接界面特征的影响  51-52
    3.4.4 T91/12C12MoWVTiB TLP 扩散连接接头两侧元素分布与硬度分布  52-54
  3.5 三种TLP 扩散连接接头的界面特征综合分析  54-56
  3.6 典型TLP 扩散连接界面定义与区域划分  56-57
  3.7 本章小结  57-59
4 钢管TLP 扩散连接过程研究  59-74
  4.1 TLP 扩散连接理论基础—扩散理论  59-63
    4.1.1 扩散的宏观规律  60-61
    4.1.2 扩散的微观理论  61-63
  4.2 TLP 扩散连接过程  63
  4.3 20 钢管TLP 扩散连接过程的试验研究  63-68
    4.3.1 试验方法与工艺  63-64
    4.3.2 20 钢管TLP 扩散连接过程  64-68
  4.4 20 钢管TLP 扩散连接降熔元素扩散过程  68-72
    4.4.1 不同等温时间的SEM 图  68-70
    4.4.2 降熔元素的扩散过程分析  70-72
  4.5 本章小结  72-74
5 结论及创新性  74-76
参考文献  76-81
作者简历  81-82
学位论文数据集  82

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