由于锆拥有优异的耐侵蚀性，锆在醋酸、、PTA、、醋酐、、聚甲醛以及氯化聚乙烯等装置中得到了大量的利用［1-4］ 。。近年来，随着我国工业技术的发展以及对锆材的深刻钻研，从海绵锆的冶炼到板材、、锻件、、管材的出产均实现了国产化 ［5-6］ 。。随着我国化工行业大型化的发展，锆材的使用量也随之增多，国内也美满了自己的资料尺度及设计制作尺度。。2010 年，国度质量监督检验检疫总局与国度尺度化委员会共同颁布了 《锆及锆合金商标和化学成分》(GB/T 26314) 尺度，同年国度能源局颁布了 《锆制压力容器》(NB/T 47011) 尺度，为锆制容器设备的设计制作提供规范化及尺度化尺度，《固定式压力容器安全技术监察规程》(TSG 21—2016) 也将 NB/T 47011 尺度列入协调尺度中。。锆材的焊接是设备制作过程中的关键工艺，合格的焊接接头质量是保障设备安全使用的关键。。

1 、、R60702 锆机能介绍

1.1 物理机能

锆的活性高，极易受空气的氧化，在锆的理论形成一层致密的氧化膜，提高其耐侵蚀性。。锆的密度为 6.49g/c^m3，熔点为 1845℃，其熔点高于钛、、镍、、钢、、铜、、铝等资料。。锆在常温时的热导率约为20.8W/(m·K)，比铜、、铝、、镍都低，与钛和奥氏体不锈钢相靠近。。锆的室温热膨胀系数比钛更低，约为 5.8 ×10^－6 ℃。。锆的弹性模量较低，室温时约为99.3GPa，仅为钢的一半，在同样的应力作用下，锆的弹性变形量约为钢的两倍 ［7］ 。。

1.2 化学成分及力学机能

R60702 锆为工业级锆，其化学成分及力学机能满 足 ASME SB—551 标 准 的 要 求，SB—551R60702 锆相当于我国 GB/T 26314—2010 尺度中的Zr-3。。R60702 锆由于其优良的耐侵蚀性与力学机能，常用于非核能级压力容器的选材，其具体的化学成分及力学机能见表 1、、表 2。。

1.3 晶体结构

R60702 锆在常温下为密排六方晶体结构，即α-Zr 结构。。R60702 锆在 865℃ 时产生相变，从 α相 (密排六方晶格) 结构转变为 β 相 (体心立方晶格) 结构。。R60702 锆中的氧元素、、氮元素为 α相不变动元素，提高 α 相到 β 相转变的温度［8］ 。。

2 、、锆的焊接

2.1 锆的焊接性

锆的焊接性较好，但由于其熔点较高，焊接时必要选取较大的焊接电流施焊，又由于锆的导热性差，电弧停顿功夫过长，会导致热影响区粗晶，因而锆的焊策应选取适当的大电流急剧焊工艺。。在高温下，锆与氢、、氧、、氮、、碳等间隙元素产生反映，产生脆性化合物，导致沿晶开裂。。为预防氢的吸附，必须将所有湿气从锆的理论断根，焊接珍视气体露点温度应在 －50℃或更低。。氧、、氮重要起源于大气，焊接时必须做好珍视，预防焊缝吸氧、、吸氮。。碳通常来自清洁过程中没有被齐全去除的污垢或油脂，同时焊接区域算帐得不干净也会增长焊接气孔的偏差。。

2.2 锆的焊接珍视

锆焊接时，GTAW 焊应选取 99.999% 的高纯度氩气进行珍视，珍视喷嘴应选取大直径的喷嘴，最好使用带有气体均匀化丝网的透镜喷嘴，如图 1所示。。锆焊接时，除焊接熔池必要珍视外，背面焊缝及尾部焊缝也同时必要珍视，氩弧焊枪要带有尾部拖罩，如图 2 所示。。拖罩使温度高于 400℃的焊接接头置于惰性气体的珍视之下，预防高温时与空气接触，受到空气传染。。

2.3 锆焊接珍视成效的要求

锆的焊缝和热影响区的理论色彩是锆焊缝验收的重要指标， 《锆制压力容器》(NB/T 47011) 尺度与 《锆及锆合金熔焊指南》(AWS G2.5) 尺度均对锆焊接珍视成效提出了要求，锆焊缝和热影响区理论色彩的划定见表 3。。对于锆的焊接理论色彩的要求，AWS G2.5 尺度选取了更为直观的图片大局表白，如图 3 所示。。对于图 3 (a) 中的银白色为正确珍视后的色彩，图 3 (b) 中的金黄色批注受到轻微的传染，但能够接受，其理论的金黄色可选取干净的不锈钢刷去除。。图 3(c)、、(d)中的深蓝色、、紫色批注焊缝及热影响区受到中度传染，必要将理论焊缝去除。。图 3(e)、、(f)中的黄灰色、、灰色批注焊缝及热影响区受到严重的传染，不仅必要将理论焊缝去除掉，还必要将焊缝每侧的热影响区去除掉。。

2.4 锆的焊接环境

锆的焊策应在空气干净、、无传染、、无烟、、无金属粉尘的干净环境下进行，焊接场所应为独立的区域，须预防与碳钢资料接触，预防被铁锈传染。：：：腹ご┳判笔痔椎扔η褰辔薮尽、鞋底干净。。

3 、、焊接试验

R60702 锆焊接后通常不必要进行焊后热处置，但制作过程中受部件的冷加工变形率过大的影响，焊缝必要随部件进行消应热处置，或者因成形工艺的必要，部门部件焊后选取了热成形的工艺，因而凭据设备制作的必要，进行了焊态、、550℃ ×6h 热处置以及 620℃ ×6h 热处置的工艺评定试验，试验对应编号别离为 G-1、、G-2、、G-3。。

3.1 坡口制备

焊接过程中由于焊策应力的作用，不成预防会产生焊接变形，为了减小试板的焊接变形，试板的坡口设计成双面坡口大局，试验所用的 R60702 锆板材厚度为 13.5mm，具体的坡口大局如图 4 所示。。为了保障焊接坡口精度与质量，坡口加工选取铣床机械加工的步骤。。

3.2 焊材的选用

工艺评定试验选取与 R60702 锆化学成分及力学机能相匹配的 EＲZr-2 焊丝进行焊接，焊丝满足AWS A5.24 尺度要求。。EＲZr-2 焊丝焊后得到的焊缝金属拥有优良的强度和塑性，其抗拉强度值≥380MPa ［11］ 。。

3.3 试板的焊接

试板焊接前，选取电动合金磨头对坡口及其两侧 25mm 的母材进行刮磨，去除坡口及母材理论的氧化膜，并选取丙酮对坡口面及坡口两侧的母材进行洗濯，以保障焊接区域无油污。。

试板焊接选取 GTAW 焊接步骤，焊枪喷嘴直径为 Φ20mm，焊枪尾部带有珍视拖罩，背面氩气珍视 罩 长 度 与 试 板 长 度 相 同，保 护 气 体 均 为99.999%高纯度氩气，试板具体的焊接规范参数见表 4。。试板焊后焊缝及热影响区理论色彩为银白色，批注焊接过程中珍视优良，未受到传染，试板焊后理论色彩如图 5 所示。。

3.4 试板焊后无损检测

试板焊接后，依照 NB/T 47013 尺度对 G-1、、G-2、、G-3 焊接试板进行 100% 渗入检测以及 100%射线检测。。渗入检测后未发现理论缺点，射线检测后，试板内部未发现裂纹、、气孔、、未熔合、、未焊透等缺点，渗入检测及射线检测了局满足尺度的要求。。

3.5 焊后热处置

G-2、、G-3 焊接试板选取电炉进行焊后热处置，热处置时每块试板安插 2 支热电偶，具体的热处置工艺见图 6、、图 7。。

4、、 试验了局与分析

G-1、、G-2、、G-3 焊接试板依照 《锆制压力容器》(NB/T 47011) 尺度的附录 B 进行焊接工艺评定试验，每个试板进行拉伸试验 2 件、、面弯及背弯试验各 2 件，同时又增长了硬度、、宏观金相、、微观金相称试验。。

4.1 拉伸试验

对 G-1、、G-2、、G-3 焊接试板依照 NB/T 47011附录 B 图 B.6 制取紧凑型板接头带肩板形拉伸试样，在全能拉伸试验机上进行试验，拉伸试验了局见表 5。。从表 5 的拉伸试验了局来看，拉伸试验的抗拉强度值均大于 R60702 母材尺度的下限值380MPa，满足尺度的要求。。

4.2 弯曲试验

弯曲试验依照 NB/T 47011 附录 B 图 B.10(a)、、(b) 图样，每个试板取 2 个面弯试样和 2 个背弯试样。。经 180°弯曲后，均无裂纹。：：：附咏油肪淝湫魏，理论没有任何开裂，这批注焊接接头在焊态和经历过 550℃ × 6h、、620℃ × 6h 热处置态后均拥有优良的致密性和塑性。。

4.3 硬度试验

硬度是锆焊接的一个重要机能指标，焊缝及热影响区硬度的升高除受自身微观组织的影响外，还和焊接珍视成效有关。。锆焊接过程中如珍视不当，造成焊缝及热影响区吸收了氢、、氧、、氮元素，也会导致硬度升高。。硬度试验依照 《金属资料—维氏硬度试验》(GB/T 4340.1) 尺度对 G-1、、G-2、、G-3试板的焊缝、、热影响区、、母材进行硬度试验，硬度试验了局 (HV10) 见表6。。G-1、、G-2、、G-3 试板焊缝及热影响区的硬度与各自母材硬度之差均不超过50HV10，满足工程规范的要求，这进一步证明在焊接过程中，焊接珍视优良，焊缝及热影响区未造成传染。。

4.4 宏观金相试验

宏观金相试验依照 《金属资料焊缝粉碎性试验—焊缝宏观和微观检验》(GB/T 26955—2011)尺度对 G-1、、G-2、、G-3 试板的焊接接头进行试验。。

G-1、、G-2、、G-3 宏观金相如图 8 ～ 图 10 所示，三个宏观金相试样的焊缝金属与母材熔合优良，无裂纹、、道间未熔合、、未焊透等缺点，证明 R60702 锆选取 GTAW 焊接步骤，焊接接头质量靠得住不变。。

4.5 微观金相试验

微观金相试验依照 《金属资料焊缝粉碎性试验—焊缝宏观和微观检验》(GB/T 26955—2011)尺度对 G-1、、G-2、、G-3 试板的焊缝、、热影响区、、母材进行试验。。微观金相试样在电子显微镜下放大200 倍观察，焊缝及热影响区未见显微缺点，微观金相如图 11 ～ 图 13 所示。。

从图 11(a)、、图 12(a)、、图 13(a)母材的微观组织来看，均为 α 相称轴晶。。图 11(b)与图 12(b)热影响区的微观组织，图 11(c)与图 12(c)焊缝的微观组织根基一致，热影响区与焊缝均为片状 α'相(即锆的马氏体相)。。图 11 ( b)、、图 11 ( c) 与图 12(b)、、图 12(c)微观组织的一致性也讲了然焊接接头在经历了 550℃ ×6h 的热处置后，组织上未产生显著的再结晶。。图 13(b)、、图13(c)焊接热影响区及焊缝微观组织同样为片状的 α'相，但相对于图11(b)、、图11(c)，图12(b)、、图12(c)的微观组织其晶粒组织越发藐小，批注经过 620℃ ×6h 的焊后热处置后，焊缝及热影响区产生了再结晶。。

锆的相变点温度为 865℃，在相变温度之上锆的组织为 β 相，受焊接热源的作用，焊缝及热影响区的温度均高于 865℃，焊后高温状态的焊缝和热影响区从 β 相急剧冷却至室温时，组织的晶格结构产生切变，形成片状的马氏体，以至焊缝和热影响区的组织状态最终为马氏体组织。。

4.6 综合分析

相对比 G-1 试板焊态的抗拉强度，G-2 试板550℃ ×6h 以及 G-3 试板 620℃ ×6h 热处置后的抗拉强度均有所降落，这批注焊后热处置睬导致焊接接头强度降落。。通过 G-2 试板与 G-3 试板拉伸试验数据对比，550℃ ×6h 热处置后的抗拉强度降落要比 620℃ × 6h 热处置后的抗拉强度降落显著。。从G-2 试板与 G-3 试板焊接接头的微观组织对比来看，经过 620℃ ×6h 焊后热处置后的组织产生了再结晶，晶粒得到了细化，因而 G-3 试板焊接接头抗拉强度降落较少。。

通过对微观组织的观察，焊缝及热影响区硬度的升高重要是由于焊缝、、热影响区与母材的组织差距性导致的。。相对于母材的 α 相而言，α'相其硬度相对较高，焊缝及热影响区 α'相的天生使焊缝和热影响区硬度升高。。从硬度数据的了局能够看出，α'相导致的硬度升高是有限的，从弯曲试验的了局来看，α'相的产生并不会导致焊接接头塑性有显著的降落。。

5、、 结语

本文通过对 R60702 锆的物理机能、、化学成分、、力学机能、、焊接机能进行分析，并凭据上述一系列试验了局及有关分析，能够得出以下4 个结论:

(1) R60702 锆选取钨极氩弧焊焊接，焊枪选取尾部拖罩珍视，背面也选取氩气珍视罩进行珍视，可获得银白色的焊缝金属。。无损检测的合格性以及宏观金相试验的合格性，均批注选取钨极氩弧焊焊接步骤质量靠得住不变。。

(2) R60702 锆选取钨极氩弧焊焊接，焊材选取 EＲZr-2 焊丝，在焊态、、550℃ × 6h 热处置态、、620℃ ×6h 热处置态下的抗拉强度与弯曲机能均能满足尺度的要求。。与焊态相比，经历 550℃ ×6h 热处置后的焊接接头其抗拉强度降落显著，经历620℃ ×6h 热处置后的焊接接头其组织产生了再结晶，晶粒得到了细化，抗拉强度降落不显著。。

(3) 焊缝及热影响区的硬度值不高于母材硬度值 50HV10，满足工程规范的要求，证明焊接时珍视优良，焊缝及热影响区未受到氢、、氧、、氮的传染。：：：阜旒叭扔跋烨捕鹊纳，重要是由于微观组织中天生的 α'相导致的。。

(4) R60702 锆焊态及 550℃ ×6h、、620℃ ×6h热处置后的焊缝及热影响区组织均为片状 α'相，但经历 620℃ ×6h 热处置后的焊缝及热影响区产生了再结晶，组织得到了细化。。

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