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核电蒸汽发生器使用SA508Gr.3Cl.2大厚度锻件作为壳体材料,开发高效和高质量的厚板焊接技术是保证核电蒸汽发生器运行安全性的关键因素之一。本文主要对SA508Gr.3Cl.2核电用钢进行了超窄间隙激光填丝焊的试验研究。首先研究了焊接工艺措施对激光填丝焊缝的气孔缺陷和焊缝成形的影响规律。然后进行了焊接裂纹倾向的研究,分析了裂纹的类型和形成机理。最后研究了50 mm厚焊接接头焊后热处理态的微观组织和力学性能特征。在气孔倾向试验中主要研究了焊接工艺措施对气孔率的影响规律。结果表明焊道数对气孔率的影响最为显著,当焊道数从6.72减小到5.07时,气孔率增加了8倍左右,在本试验中取送丝速度为2.0m/min,激光功率为4.3 kW时可有效抑制气孔缺陷。气孔率随预热温度的增加、坡口角度的增加而减小,取预热温度为200℃,双边坡口角度为8°较为合适。核电用钢超窄间隙激光填丝多层焊中出现的气孔为激光匙孔不稳定时所形成的工艺型气孔。接着研究了焊接工艺措施对焊缝成形的影响规律。当焊道数减小或坡口角度减小时,焊缝堆高增大,焊缝熔深减小,侧壁熔深基本保持不变。当预热温度增加时,焊缝熔深和侧壁熔深都有所增加,可有效抑制未熔合缺陷的形成。然后在裂纹倾向试验中研究了焊接工艺参数对裂纹率的影响规律。裂纹率随激光功率的增加,焊接速度的减小而变大,随送丝速度的增加而变小。裂纹均处于焊缝表面,并且沿焊缝的中心线纵向开裂。在裂纹断口起裂区出现了树枝晶形貌等明显的热裂纹特征,在裂纹末端出现了一小部分由热裂纹诱发的冷裂纹。为了有效抑制结晶裂纹,选择激光功率为3.9~4.2 kW左右,焊接速度为0.42~0.48 m/min左右,送丝速度为3.0~3.5 m/min左右。最后进行了50 mm厚SA508Gr.3Cl.2核电用钢的超窄间隙激光填丝多层焊。中部填丝焊部位的焊缝中心组织主要为上贝氏体和竹叶状下贝氏体,填丝焊焊缝母材侧的HAZ粗晶区组织为粗大的高温回火马氏体。中部填丝焊焊缝母材侧的HAZ粗晶区为接头中部焊道硬度最高的位置,硬度达280 HV。焊接接头常温拉伸试验以及360℃高温拉伸试验中,拉伸试样的拉伸断裂位置均位于焊缝以外,焊接接头抗拉性能良好。焊接接头的1/4T、1/2T、3/4T厚度方向三个位置的焊缝区冲击功最小62 J,最大106 J,均低于母材,但焊缝处的冲击试样断口仍具有一定的韧性断裂特征。