[发明专利]一种抗中子辐照钢用金属粉芯型药芯焊丝

说明书

一种抗中子辐照钢用金属粉芯型药芯焊丝，所述的药芯焊丝外皮为低碳钢，所述的药芯焊丝的直径为1.0‑1.4mm，药芯填充率为14％‑17％，所述的药芯由如下质量比的材料混合而成：铬粉55％‑60％、钨粉8％‑12％，钒铁2％‑4％，低碳锰铁2％‑5％，五氧化二钽1％‑2％、硼铁0.05％‑1％，金红石2％‑6％、长石0.5‑2％，余量为铁粉。本发明所述的一种抗中子辐照钢用金属粉芯型药芯焊丝适应于采用75‑85％的Ar和15‑25％的CO₂混合气体(M21)保护焊接的抗中子辐照钢焊接，焊接工艺性好，力学性能稳定。

技术领域

本发明涉及一种抗中子辐照钢用金属粉芯型药芯焊丝。

背景技术

随着世界经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。能源界普遍认为，核电是唯一能够大规模替代火电的基础能源。相对于火电发电方式，核电具有不排放污染气体，能源转换效率高等优势，相对于水电和风电等能源，核电具有不受季节和气候影响，发电高效稳定等优势。

目前，已经利用的核能主要有核裂变能和核聚变能。核裂变与核聚变是在特定条件下原子核发生的反应，其中核聚变相对于核裂变具有核燃料资源丰富、更安全、清洁无污染等优势，成为目前核能研究的焦点。核能利用过程中建造核反应堆对所用材料必须有特殊要求，其中抗中子辐照是材料所需性能要求之一。

抗中子辐照钢具有几何尺寸稳定性良好、辐照肿胀率和热膨胀系数较低、热导率和力学性能优异等优点被国际上普遍认为是国际热核聚变实验堆包层实验模块以及商用聚变示范堆第一壁和包层模块的首选结构材料。我国中科院合肥物质科学研究院核能安全所在中国抗中子辐照钢（CLAM钢）研究方面也已经取得了重要进展，可应用于聚变堆、聚变裂变混合堆和裂变铅基堆等先进核能系统。

任何材料的成功应用不仅取决于其自身的独特性能，而且也依赖于二次加工（如连接、机加等）问题的解决，如果不能解决材料自身以及与其它材料的连接问题，其应用范围将受到很大的限制。

在核反应堆建造过程中焊接是必须用到的连接技术，但是由于核电技术属于高端技术，目前，国内外关于抗中子辐照钢焊接研究的文献及专利报道较少，其中关于抗中子辐照钢专用焊接材料的文献和专利更是鲜有报道。中国专利CN106312268 A公开了一种低活马氏体钢和316L不锈钢异种钢接头的焊接工艺，采用的是氩弧焊技术，使用的填充焊丝是普通的ER309不锈钢实心氩弧焊丝。中国专利CN 102259241 A公开了一种低活化马氏体钢熔化焊用填充焊丝及使用方法，发明提供了一种应用于CLAM 钢氩弧焊的实心焊丝。该焊丝和中科院合肥物质科学研究院报道的开发的中国抗中子辐照钢专用焊丝一样都是氩弧焊（TIG）用实心焊丝，该实心焊丝的成分和CLAM 钢板的化学成分几乎一样，和CLAM 钢板区别之处在于熔炼之后的钢锭加工方式不同，CLAM 钢板生产工艺流程主要是钢锭轧制成板材，CLAM 钢专用焊丝生产工艺流程主要是钢锭拉拔成丝材，板材和丝材使用原料和前期加工方式相同，后期加工方式不同。

目前抗中子辐照钢普遍采用氩弧焊（TIG）进行焊接，氩弧焊（TIG）具有操作灵活、熔池保护效果好等优点。但是氩弧焊焊接效率较低，尤其对于焊接厚壁反应堆需要较长的焊接施工周期和较多的焊工。

金属粉芯型药芯焊丝是药芯焊丝中的一种，兼顾实心焊丝和药芯焊丝的优点，是未来填充丝材发展的主要方向。相对于氩弧焊（TIG）用实心焊丝金属粉芯型药芯焊丝截面具有更高电流密度，因此带来更高的焊接效率，且具有多层多道焊不用清渣，大大提高工作效率的优点。金属粉芯型药芯焊丝具有更好的润湿性、渗透性和侧壁熔合性能，特别在V型焊缝和角焊缝方面，可减少未熔合缺陷倾向，焊缝表面光滑美观，焊接接头质量高。另外，药芯焊丝和实心焊丝生产使用的原料和生产过程完全不同，药芯焊丝采用粉末和钢带为原料生产，可以根据需要设计成分和性能不同于抗中子辐照钢板的专用焊丝。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抗中子辐照钢用金属粉芯型药芯焊丝，其焊接工艺性好，力学性能稳定。