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焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响

乔永丰 雷玉成 姚奕强 王泽宇 朱强

乔永丰, 雷玉成, 姚奕强, 王泽宇, 朱强. 焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响[J]. 焊接学报. doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001
引用本文: 乔永丰, 雷玉成, 姚奕强, 王泽宇, 朱强. 焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响[J]. 焊接学报. doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001
QIAO Yongfeng, LEI Yucheng, YAO Yiqiang, WANG Zeyu, ZHU Qiang. Effect of welding method on irradiation damage resistance of 316L stainless steel weld[J]. TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION. doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001
Citation: QIAO Yongfeng, LEI Yucheng, YAO Yiqiang, WANG Zeyu, ZHU Qiang. Effect of welding method on irradiation damage resistance of 316L stainless steel weld[J]. TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION. doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001

焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响

doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51875264)
详细信息
    作者简介:

    乔永丰,博士研究生;主要研究方向为材料辐照效应;Email: 2111905003@stmail.ujs.edu.cn

    通讯作者: 雷玉成,教授,博士研究生导师;Email: yclei@ujs.edu.cn
  • 中图分类号: TG 442

Effect of welding method on irradiation damage resistance of 316L stainless steel weld

  • 摘要: 为探究焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响,采用原子力显微镜(atomicforce microscopy, AFM )、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM )、掠入射X射线衍射(grazing incidence X-ray diffraction,GIXRD )、拉伸和纳米压痕技术等方法,对不同焊接方法制备的经能量为70 keV、剂量为1 × 1017 ions/cm2的He + 辐照后的316L奥氏体不锈钢焊缝损伤情况及力学性能进行了研究. 结果表明,离子辐照后不同焊缝表面均产生了空洞等微观缺陷,力学性能呈现不同程度的降低. 辐照后TIG焊缝表现出更优异的抗辐照损伤性能. TIG焊缝中更多的缺陷阱有效阻碍了辐照点缺陷的相互聚集,使辐照后焊缝内形成的缺陷数量更少、尺寸更小. 表明改变焊接方法、细化焊缝晶粒来提高焊缝抗辐照损伤性能及抗辐照硬化性能,是一种可行的思路与方法.
  • 图  1  焊缝取样示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of weld sampling

    图  2  拉伸样示意图(mm)

    Figure  2.  Schematic diagram of tensile specimen

    图  3  辐照损伤与氦浓度沿深度分布

    Figure  3.  Distribution of irradiation damage and helium concentration along depth

    图  4  不同焊缝辐照前后表面AFM图及粗糙度统计图

    Figure  4.  Surface AFM diagram and roughness statistics of different welds before and after irradiation. (a) SAW before irradiation; (b) SMAW before irradiation; (c) TIG before irradiation; (d) SAW after irradiation; (e) SMAW after irradiation; (f) TIG after irradiation; (g) Roughness of SAW; (h) Roughness of SMAW; (i) Roughness of TIG

    图  5  不同焊缝辐照前后表面SEM图及空洞统计图

    Figure  5.  Surface SEM diagram and voids statistical diagram of different welds before and after irradiation. (a) SAW before irradiation; (b) SMAW before irradiation; (c) TIG before irradiation; (d) SAW after irradiation; (e) SMAW after irradiation; (f) TIG after irradiation; (g) Voids of SAW; (h) Voids of SMAW; (i) Voids of TIG

    图  6  不同焊缝辐照前后GIXRD图

    Figure  6.  GIXRD diagram of different welds before and after irradiation. (a) Full peak diffraction pattern; (b) Diffraction pattern of (111) crystal plane

    图  7  不同焊缝辐照前后抗拉强度图

    Figure  7.  Tensile strength of different welds before and after irradiation

    图  8  辐照前后不同焊缝经拉伸后的表面形貌图

    Figure  8.  Surface SEM of different welds after stretching before and after irradiation. (a) SEM of SAW before irradiation; (b) SEM of SMAW before irradiation; (c) SEM of TIG before irradiation; (d) SEM of SAW after irradiation; (e) SEM SMAW after irradiation; (f) SEM of TIG after irradiation

    图  9  不同焊缝辐照前后纳米压痕测试曲线

    Figure  9.  Nano-indentation test curves of different welds before and after irradiation. (a) load-depth curve; (b) Nano hardness-depth curve; (c) elastic modulus-depth curve

    图  10  源硬化过程示意图

    Figure  10.  Schematic diagram of source hardening process

    图  11  摩擦硬化过程示意图

    Figure  11.  Schematic diagram of friction hardening process. (a) dislocation cutting through precipitate particles; (b) dislocation cutting through voids

    表  1  316L不锈钢及填充材料化学成分(质量分数,%)

    Table  1.   Chemical compositions of 316L stainless steel and filler materials

    材料CrMnSiMoNiPSCFe
    316L16.671.070.362.0610.560.030.020.02余量
    ER316L18.731.850.382.3612.50.030.020.02余量
    E316L18.851.960.392.4312.10.030.020.02余量
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    表  2  316L不锈钢焊接工艺参数

    Table  2.   Welding parameters of 316L stainless steel

    参数埋弧焊焊条电弧焊钨极氩弧焊
    坡口形状(mm)
    焊接电流I/A420 ~ 500120 ~ 15080 ~ 120
    焊接电压U/V28 ~ 3220 ~ 308 ~ 15
    填充材料ER316LE316LER316L
    焊丝直径d/mm43.22
    焊剂或保护气SJ601AAr(体积分数为99.9%)
    焊接速度v/(mm·s−1)450 ~ 520100 ~ 180100 ~ 160
    焊缝截面积S/mm2403.9313.2258.2
    下载: 导出CSV
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图(11) / 表 (2)
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-28
  • 网络出版日期:  2023-04-24

焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响

doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(51875264)
    作者简介:

    乔永丰,博士研究生;主要研究方向为材料辐照效应;Email: 2111905003@stmail.ujs.edu.cn

    通讯作者: 雷玉成,教授,博士研究生导师;Email: yclei@ujs.edu.cn
  • 中图分类号: TG 442

摘要: 为探究焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响,采用原子力显微镜(atomicforce microscopy, AFM )、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM )、掠入射X射线衍射(grazing incidence X-ray diffraction,GIXRD )、拉伸和纳米压痕技术等方法,对不同焊接方法制备的经能量为70 keV、剂量为1 × 1017 ions/cm2的He + 辐照后的316L奥氏体不锈钢焊缝损伤情况及力学性能进行了研究. 结果表明,离子辐照后不同焊缝表面均产生了空洞等微观缺陷,力学性能呈现不同程度的降低. 辐照后TIG焊缝表现出更优异的抗辐照损伤性能. TIG焊缝中更多的缺陷阱有效阻碍了辐照点缺陷的相互聚集,使辐照后焊缝内形成的缺陷数量更少、尺寸更小. 表明改变焊接方法、细化焊缝晶粒来提高焊缝抗辐照损伤性能及抗辐照硬化性能,是一种可行的思路与方法.

English Abstract

乔永丰, 雷玉成, 姚奕强, 王泽宇, 朱强. 焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响[J]. 焊接学报. doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001
引用本文: 乔永丰, 雷玉成, 姚奕强, 王泽宇, 朱强. 焊接方法对316L不锈钢焊缝抗辐照损伤性能的影响[J]. 焊接学报. doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001
QIAO Yongfeng, LEI Yucheng, YAO Yiqiang, WANG Zeyu, ZHU Qiang. Effect of welding method on irradiation damage resistance of 316L stainless steel weld[J]. TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION. doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001
Citation: QIAO Yongfeng, LEI Yucheng, YAO Yiqiang, WANG Zeyu, ZHU Qiang. Effect of welding method on irradiation damage resistance of 316L stainless steel weld[J]. TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION. doi: 10.12073/j.hjxb.20220528001
    • 316L奥氏体不锈钢具有优良的理化性能,在反应堆建设领域被广泛应用[1]. 金属材料经高能粒子辐照后,组织及结构发生变化,造成材料力学性能下降[2-3]. 针对这一问题,国内外学者开展了大量研究.

      研究表明,辐照后材料组织发生变化,产生大量微观缺陷,造成力学性能下降[4]. 对于同种材料随着辐照剂量的增加,缺陷密度也会增加,力学性能持续下降[5]. 相较于母材,辐照后焊缝内部产生的缺陷密度更高,辐照后焊缝硬度的增量远高于母材[6]. 焊缝作为焊接构件的薄弱区域,往往比母材表现出更差的抗辐照损伤性能. 因此,提升焊缝的抗辐照损伤性能十分重要.

      针对不同的工况条件,焊接方法的选择很重要. 当前的研究仅局限于焊缝及母材抗辐照损伤性能的差异化对比,尚缺乏对不同焊接方法制备的焊缝在辐照环境下损伤情况的研究. 针对这一问题,采用AFM,SEM,GIXRD,拉伸和纳米压痕技术等方法,对采用不同焊接方法制备的316L奥氏体不锈钢焊缝经He + 辐照后的损伤情况及力学性能进行了分析. 表征了不同焊接方法制备的焊缝在辐照环境下的损伤情况,以探究焊接方法对抗辐照损伤性能的影响. 通过研究,探究不同焊缝抗辐照损伤的能力,为核反应堆生产和可控核聚变建设时焊接方法的选择提供了依据. 通过对不同焊缝抗辐照损伤及辐照硬化规律的研究,提出改变焊接方法、细化焊缝晶粒,来提高焊缝抗辐照损伤性能的思路.

    • 316L奥氏体不锈钢母材和填充金属的化学成分见表1. 采用埋弧焊(submerged arc welding, SAW)、焊条电弧焊(shielded metal arc welding, SMAW ),钨极氩弧焊(tungsten inert gas welding, TIG )制备了不同焊缝. 焊接工艺参数和坡口加工形式如表2所示,该参数及坡口形状被中国广核集团在核电设备建造过程中广泛使用.

      表 1  316L不锈钢及填充材料化学成分(质量分数,%)

      Table 1.  Chemical compositions of 316L stainless steel and filler materials

      材料CrMnSiMoNiPSCFe
      316L16.671.070.362.0610.560.030.020.02余量
      ER316L18.731.850.382.3612.50.030.020.02余量
      E316L18.851.960.392.4312.10.030.020.02余量

      表 2  316L不锈钢焊接工艺参数

      Table 2.  Welding parameters of 316L stainless steel

      参数埋弧焊焊条电弧焊钨极氩弧焊
      坡口形状(mm)
      焊接电流I/A420 ~ 500120 ~ 15080 ~ 120
      焊接电压U/V28 ~ 3220 ~ 308 ~ 15
      填充材料ER316LE316LER316L
      焊丝直径d/mm43.22
      焊剂或保护气SJ601AAr(体积分数为99.9%)
      焊接速度v/(mm·s−1)450 ~ 520100 ~ 180100 ~ 160
      焊缝截面积S/mm2403.9313.2258.2

      焊接完成后使用DK7745型线切割机床对焊缝取样,取样位置如图1所示. 分析试样规格为10 mm × 10 mm × 1 mm,拉伸试样尺寸如图2所示. 样品经180 号 ~ 2000 号的SiC砂纸手工打磨后,使用颗粒度为W1(0.025 ~ 0.012 μm)的抛光剂进行机械抛光. 将抛光后的试样浸泡入丙酮和无水乙醇中进行超声波清洗. 干燥后使用LC16B 型离子注入机在室温下,用能量70 keV、束流60 μA、剂量为1 × 1017 ions/cm2的He + 对样品进行辐照.

      图  1  焊缝取样示意图

      Figure 1.  Schematic diagram of weld sampling

      图  2  拉伸样示意图(mm)

      Figure 2.  Schematic diagram of tensile specimen

      SRIM-2013可以用来模拟计算辐照后入射离子的浓度分布和靶材原子的离位数(displacements per atom, dpa). 根据辐照参数与模拟结果,计算出的辐照损伤量和离子浓度沿深度的分布如图3所示.

      图  3  辐照损伤与氦浓度沿深度分布

      Figure 3.  Distribution of irradiation damage and helium concentration along depth

    • AFM是一种具有高分辨率的显微镜,使用MFP-3D型AFM对样品辐照前后的表面三维形貌及粗糙度进行分析. SEM可以用来观察分析试样及拉伸试样辐照前后的表面形貌. FEI Nova Nano450型SEM被用来对辐照前及辐照后的样品表面进行拍照观察. GIXRD可有效降低衬底信号对分析结果的影响. 使用日本理学Smart Lab 型GIXRD对辐照前及辐照后的试样进行物相分析. DDL100型电子万能试验机被用来测试拉伸试样的拉伸性能. Agilent Nano Indenter G200型纳米压痕仪对辐照前后样品表面的硬度进行表征. Nano measurer是一款广泛用于SEM等电镜图片粒径大小的分布情况进行统计等操作的工具软件. 使用Nano measurer 1.2对辐照前后扫描电镜下观察到的缺陷进行统计.

    • 研究表明,辐照会引起靶材表面粗糙度的变化,随着辐照剂量的增加,表面粗糙度也增加[7].为研究辐照对不同焊缝表面粗糙度的影响,采用AFM对焊缝辐照前后的表面粗糙度进行了分析表征,结果如图4所示. 如图4a ~ 4c所示,辐照前,焊缝表面粗糙度较低. 如图4d ~ 4f所示,辐照后,表面粗糙度增加. 粗糙度统计如图4g ~ 4i所示. 最大值反映轮廓线峰顶偏离基准线的高度,最小值为轮廓线峰谷偏离基准线的深度,RMS为粗糙度平均值的均方根,可表征表面整体粗糙度. 辐照前,SAW,SMAW和TIG焊缝表面最大值分别为:18.441,16.063和14.129 nm;最小值分别为:−16.027,−11.420和−13.822 nm;粗糙度RMS分别为:3.870,3.661和3.751 nm. 辐照后,SAW,SMAW和TIG焊缝表面最大值分别为:98.441,69.180和46.390 nm;最小值分别为:−49.079,−36.407和−25.904 nm;粗糙度RMS分别为:20.351,15.818和9.890 nm. 结果表明,辐照后,SAW焊缝的表面最粗糙,RMS增长了近526%,TIG焊缝的表面粗糙度最小,RMS增长了近264%.

      图  4  不同焊缝辐照前后表面AFM图及粗糙度统计图

      Figure 4.  Surface AFM diagram and roughness statistics of different welds before and after irradiation. (a) SAW before irradiation; (b) SMAW before irradiation; (c) TIG before irradiation; (d) SAW after irradiation; (e) SMAW after irradiation; (f) TIG after irradiation; (g) Roughness of SAW; (h) Roughness of SMAW; (i) Roughness of TIG

      当靶材受高能粒子辐照时,表面原子遭到轰击从表面逸出,导致表面刻蚀,粗糙度增加. 同时表面迅速升温与靶材内部产生温度梯度,形成热应力梯度. 辐照点缺陷在热应力作用下发生聚集并迁移至材料表面形成空洞. 三类焊缝当中TIG焊缝热输入最低,冷却速度更快,焊缝晶粒尺寸更小,晶界密度更高. 辐照时,晶界成为缺陷阱大量吸收点缺陷,阻止点缺陷之间的相互聚集,避免了材料表面生成较大尺寸的空洞,故辐照后TIG焊缝表面的粗糙度最小

    • 不同焊缝辐照前后的SEM表面形貌及空洞统计如图5所示. 如图5a ~ 5c所示,辐照前焊缝表面无空洞存在. 如图5d ~ 5f所示,辐照后不同焊缝表面都弥散分布着空洞.对空洞的尺寸和数量进行统计,结果如图5g ~ 5i所示. 辐照后,SAW焊缝金属表面产生的空洞数量为2.1 × 1013 m−2,空洞平均直径为32.2 nm;SMAW焊缝金属表面产生的空洞数量为1.1 × 1013 m−2,空洞平均直径为29.5 nm;TIG焊缝金属表面产生的空洞数量为8.3 × 1012 m−2,空洞平均直径为27.3 nm. 辐照时,焊缝金属中形成空位,空位以三维的方式不断长大,在金属内产生空洞. 离子辐照过程中,高能粒子轰击试样表面,试样表面温度高于其内部温度,由于温度梯度的存在,空位缺陷向试样表面扩散,最终在试样表面形成空位团簇. 空位团簇不断聚集、长大最终在试样表面形成空洞.

      图  5  不同焊缝辐照前后表面SEM图及空洞统计图

      Figure 5.  Surface SEM diagram and voids statistical diagram of different welds before and after irradiation. (a) SAW before irradiation; (b) SMAW before irradiation; (c) TIG before irradiation; (d) SAW after irradiation; (e) SMAW after irradiation; (f) TIG after irradiation; (g) Voids of SAW; (h) Voids of SMAW; (i) Voids of TIG

      随着焊接方法的改变,直径在10 ~ 30 nm的空洞占比不断增加,而直径在40 ~ 70 nm的空洞占比不断降低. 这表明TIG焊缝能更好的阻止空位团簇聚集、长大成为尺寸较大的空洞.

    • 图6a为辐照前后的GIXRD全峰衍射图,由Jade软件分析可知,不同焊缝经辐照后均有(111)、(200)和(220)晶面.

      图  6  不同焊缝辐照前后GIXRD图

      Figure 6.  GIXRD diagram of different welds before and after irradiation. (a) Full peak diffraction pattern; (b) Diffraction pattern of (111) crystal plane

      根据谢乐公式,有

      $$ D = \frac{{{{K}}{\gamma }}}{{B{\text{cos}}\theta }} $$ (1)

      式中:K为Scherrer常数;D为晶粒垂直于晶面方向的平均厚度;B为实测样品衍射峰半高宽度;θ为布拉格角;γ为X射线波长,γ = 0.154 056 nm.

      使用Jade软件中相关程序计算得出,三类焊缝的平均晶粒尺寸分别为:198,97和63 nm. SAW焊缝平均晶粒尺寸最大,TIG焊缝平均晶粒尺寸最小. 这是由于SMAW焊缝与TIG焊缝熔敷金属的填充量只占SAW焊缝填充量的77%和64%. 焊接方法的不同,导致三种焊缝热输入不同,最终造成焊缝平均晶粒尺寸不同. 图6b为γ相(111)晶面局部放大图. 结果表明,辐照后不同焊缝衍射峰角度向高角度发生了微小的偏移. TIG焊缝的衍射峰偏移量最小,SAW焊缝的衍射峰偏移量最大.

      由布拉格方程,即

      $$ 2d\sin \theta = n{\lambda } $$ (2)

      式中,d为316L不锈钢焊缝的晶面间距;θ为衍射角;n为反射级数;λ为X射线波长.

      θ变大,晶面间距d将变小. 这表明辐照后,TIG焊缝晶面间距d最大,SAW焊缝晶面间距d最小. 辐照时,焊缝内生成大量间隙原子和空位[8]. 空位聚集形成空位团簇或空洞,而间隙原子聚集,造成晶面间距d减小. 但空位和间隙原子的扩散能力不同,间隙原子会优先在辐照区域扩散、聚集为间隙原子团簇,晶面间距减小,导致衍射峰向高角度偏移. 晶面间距减小,晶格产生畸变,晶格畸变能升高. 晶格畸变能升高使材料内能增加,微观应力增大,阻碍位错运动,表现为金属硬度升高、韧性和塑性下降. TIG焊缝的衍射峰偏移量更小,表明TIG焊缝晶粒更小、缺陷阱更多的特点,阻止了间隙原子的扩散、聚集,降低了晶格产生的畸变.

    • 图7所示,辐照前后SAW焊缝的抗拉强度均最低,TIG焊缝抗拉强度均最高. 同类焊缝辐照前后抗拉强度差别较小. 辐照前,随着热输入增加,焊缝晶粒尺寸变大,力学性能降低[9]. 辐照后,焊缝内产生大量缺陷,硬度增加,力学性能降低. 离子辐照入射浅,使同类焊缝辐照前后的拉伸性能变化较小.焊缝拉伸后表面形貌如图8所示. 辐照前不同焊缝表面均出现密集的滑移线,如图8a ~ 8c所示. 辐照后焊缝表面产生了微裂纹,如图8d ~ 8f所示. 三类焊缝中,SAW焊缝表面的微裂纹数量更多,TIG焊缝表面的微裂纹更少,表明辐照后TIG 焊缝的塑性、韧性更好,抗辐照硬化能力更好.

      图  7  不同焊缝辐照前后抗拉强度图

      Figure 7.  Tensile strength of different welds before and after irradiation

      图  8  辐照前后不同焊缝经拉伸后的表面形貌图

      Figure 8.  Surface SEM of different welds after stretching before and after irradiation. (a) SEM of SAW before irradiation; (b) SEM of SMAW before irradiation; (c) SEM of TIG before irradiation; (d) SEM of SAW after irradiation; (e) SEM SMAW after irradiation; (f) SEM of TIG after irradiation

    • 图9为纳米压痕测试结果. 载荷—深度曲线如图9a所示. 辐照前SAW,SMAW和TIG焊缝的最大载荷值为:58.2,53.8和52.6 mN. 辐照后SAW,SMAW和TIG焊缝的最大载荷值为:78.0,71.2和66.1 mN. 不同焊缝辐照前后最大载荷差值为:19.8,17.4和13.5 mN. SAW焊缝的最大载荷差值更大,TIG焊缝的最大载荷差值更小. 表明SAW焊缝的辐照硬化效果最强,TIG焊缝的辐照硬化效果最弱.

      图  9  不同焊缝辐照前后纳米压痕测试曲线

      Figure 9.  Nano-indentation test curves of different welds before and after irradiation. (a) load-depth curve; (b) Nano hardness-depth curve; (c) elastic modulus-depth curve

      硬度—深度曲线如图9b所示. 辐照前与辐照后,三种焊缝的硬度随深度的增加而减小,最后趋于稳定. 在同一深度下,焊缝辐照后的硬度高于辐照前的硬度,且无论辐照前还是辐照后,SAW焊缝的纳米硬度始终最高,TIG焊缝的纳米硬度最低. 表明TIG焊缝的抗辐照硬化能力更优异,在辐照前及辐照后始终具有更低的硬度.

      图9c是弹性模量—深度曲线. 由于材料的均匀程度不一,且晶粒存在各向异性,曲线不稳定且周期性波动[10]. 宏观上,弹性模量表示单向应力状态下应力除以该方向的应变. 这表明在辐照前后,在相同应力下,SAW焊缝应变最小,TIG焊缝应变最大. TIG焊缝在辐照前后始终具有更优异的塑性与韧性. 微观上,弹性模量表征原子间结合力的大小. 经辐照后焊缝内部产生高密度点缺陷,造成点阵畸变,晶体的内能增加. 辐照前后SAW焊缝的弹性模量更高,TIG焊缝的弹性模量更低. 表明TIG焊缝内辐照缺陷密度更低,焊缝晶格畸变能更小,晶体内能增量更少、结构更稳定,具有更好的抗辐照硬化性能.

      辐照可以使金属以两种不同的方式产生硬化现象[11-12]. 源硬化理论认为,辐照可以使一个位错在其滑移面上开始运动所需的应力增加,该应力称为解扎应力,如图10所示. 当一个位错在其滑移面上移动时,还可能被处在滑移面上经辐照产生的障碍物所阻碍,这种阻碍位错继续移动而使金属硬度增加的方式称为摩擦硬化,如图11所示. 源硬化理论中位错启动时的解扎应力,以及摩擦硬化中位错切过障碍时所需要的剪切应力,都与内部障碍物间隔l成反比. 焊缝金属经离子辐照后,金属内部产生大量缺陷,使l不断减小,进而增大了位错运动的阻力,使焊缝金属的硬度不断增加.

      图  10  源硬化过程示意图

      Figure 10.  Schematic diagram of source hardening process

      图  11  摩擦硬化过程示意图

      Figure 11.  Schematic diagram of friction hardening process. (a) dislocation cutting through precipitate particles; (b) dislocation cutting through voids

    • (1) 辐照后焊缝表面均产生微观缺陷. TIG焊缝晶粒更小、晶界密度更高,更多的缺陷阱抑制了点缺陷聚集,使辐照后的焊缝表面粗糙度更小,表面空洞直径更小,衍射峰偏移量也更小.

      (2) 辐照后焊缝表面硬度增加. TIG焊缝拉伸后表面微裂纹更少,且辐照前及辐照后,表面硬度始终更低,具有较好的抗辐照硬化能力.

      (3) 晶粒组织更小、晶界密度更高的TIG焊缝具有更优异的抗辐照损伤能力,在核电生产建设中可以优先采用TIG焊接. 通过细化晶粒、增加晶界密度的方法提高焊缝的抗辐照损伤性能是可行的.

参考文献 (12)

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