HastelloyC276哈氏合金

HastelloyＣ一２７６鎳基合金因?yàn)榫哂袕?qiáng)度高、非磁性、 耐腐蝕、 電阻率高、 導(dǎo)熱性能好和焊接性能優(yōu)等特點(diǎn)已成為ＡＰｌ０００核主泵屏蔽套的首選材料。 定子屏蔽套的厚度一般為０． ３～０． ５ ｍｍ，長度在３０００ ｍｍ以上， 直徑為５６５ ｍｍ， 而且其直徑所允許的偏差僅為± ０． ０７６ ｍｍ， 所以其焊接成形制造工藝精度要求極高。 激光焊接具有功率密度高、 熱輸入低、 焊縫窄且晶粒細(xì)小、 熱影響區(qū)小以及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)， 滿足ＡＰｌ０００核主泵屏蔽套焊接成形的基本要求。 不過激光焊接是一個(gè)快速而不均勻的熱循環(huán)過程， 焊縫附近會(huì)出現(xiàn)很大的溫度梯度， 焊后的結(jié)構(gòu)中也會(huì)出現(xiàn)不同程度的殘余應(yīng)力和變形， 它們是影響焊接結(jié)構(gòu)制造精度和使用性能的重要因素。 而在影響焊接殘余應(yīng)力和變形的各種因素中， 夾具拘束對被焊工件焊縫及附近區(qū)域的非協(xié)調(diào)應(yīng)變有顯著影響， 尤其對于超薄板結(jié)構(gòu)的焊接影響更加明顯。

Hastelloy C-276化學(xué)成分

冶韓合金

%

鎳

Ni

鉻

Cr

鐵

Fe

鉬

Mo

鎢

W

鈷

Co

碳

C

錳

Mn

硅

Si

硫

S

磷

P

釩

V

鈦

Ti

Hastelloy C-276

最小

余量

15.0

4.0

15.0

3.0

0.1

最大

16.5

7.0

17.0

4.5

2.5

0.01

1.0

0.08

0.03

0.04

0.3

目前， 國內(nèi)外對厚度大于ｌ ｍｍ薄板結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力和變形已經(jīng)開展了較多的研究工作。采用模擬和實(shí)驗(yàn)的方法研究了工件厚度和焊接速度對焊接變形的影響， 發(fā)現(xiàn)焊接縱向和橫向收縮變形都隨工件厚度和焊接速度的減小而增大。通過建立工件和支撐夾具的有限元模型， 研究了連續(xù)激光焊接變形及殘余應(yīng)力的分布特點(diǎn)， 發(fā)現(xiàn)工件與支撐夾具之間摩擦系數(shù)及吸附力的變化對焊接平面外變形的影響較小。通過模擬和實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)夾具的不同布置形式對焊接變形的控制效果不同， 以及夾具拘束作用的處理方式不同對焊接變形的趨勢也具有一定的影響。 雖然上述研究表明了夾具拘束對薄板結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力和變形有重要的影響， 但是目前關(guān)于厚度在ｏ． ５ ｍｍ及以下的超薄板結(jié)構(gòu)的研究較少。

Hastelloy C-276在常溫下合金的機(jī)械性能的最小值

冶韓合金

抗拉強(qiáng)度σb/MPa

屈服強(qiáng)度σp0.2/MPa

延伸率σ5 /%

布氏硬度 HBS

固溶處理

758

363

62

≤100

本文針對ＡＰｌＯＯＯ核主泵屏蔽套焊接成形對直徑尺寸精度要求極高的制造難點(diǎn)， 對ｏ． ５ ｍｍ厚的Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ一２７６薄板脈沖激光焊接溫度場和拘束焊接殘余變形進(jìn)行了有限元模擬計(jì)算， 并搭建焊接溫度和變形測試系統(tǒng)， 驗(yàn)證了所建立的有限元模型的可靠性。 同時(shí)， 利用驗(yàn)證的有限元模型進(jìn)一步研究了夾具拘束距離對Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ一２７６薄板焊接變形的影響規(guī)律。

采用ＡＮＳＹＳ軟件建立三維熱彈塑性有限元模型模擬了０． ５ ｍｍ厚的Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ一２７６薄板的脈沖激光焊接過程。 模擬過程中先計(jì)算焊接溫度場， 再將溫度場結(jié)果作為邊界條件讀人力學(xué)分析模型進(jìn)行焊接變形的計(jì)算。

幾何模型簡化 為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間， 同時(shí)保證所提取的簡化幾何模型能反映實(shí)際焊接應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)， 對焊接結(jié)構(gòu)的原始幾何模型進(jìn)行了合理簡化， 本文采用如圖１所示的簡化幾何模型進(jìn)行模擬計(jì)算。