本文選題：鋯合金交叉焊點(diǎn)　切入點(diǎn)：多脈沖激光點(diǎn)焊　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鋯合金格架是核反應(yīng)堆芯中的重要組件,其制備技術(shù)及服役過程中耐腐蝕性是實(shí)現(xiàn)高燃耗的關(guān)鍵因素。鋯合金化學(xué)性質(zhì)活潑,焊接過程中對(duì)氣氛中水氧非常敏感,因此格架焊接需在充氬艙中進(jìn)行,但是多焊點(diǎn)連續(xù)焊接過程中艙室內(nèi)熱量和煙塵排出是保證焊點(diǎn)質(zhì)量的首要問題。此外,為避免磨損燃料棒及降低冷卻介質(zhì)的壓降差,需嚴(yán)格控制格架中交叉焊點(diǎn)的尺寸。更為關(guān)鍵的是,激光焊接后焊點(diǎn)的組織與鋯合金母材相比差異較大,焊點(diǎn)的耐腐蝕性成為制約格架服役性能的關(guān)鍵因素。本文針對(duì)鋯合金格架結(jié)構(gòu),開展鋯合金交叉焊點(diǎn)多脈沖激光點(diǎn)焊工藝及焊點(diǎn)氧化膜生長(zhǎng)機(jī)制研究,基于數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)化充氬艙內(nèi)保護(hù)氬氣的流動(dòng)行為,保證焊接氣氛達(dá)標(biāo);提出多脈沖激光點(diǎn)焊的方法嚴(yán)格控制焊點(diǎn)尺寸,確定控制交叉焊點(diǎn)尺寸的關(guān)鍵激光工藝參數(shù)及優(yōu)化的工藝區(qū)間;分析激光作用下快速凝固條件對(duì)鋯合金材料微觀組織的影響;開展鋯合金焊點(diǎn)高溫高壓蒸汽環(huán)境下腐蝕后氧化膜特性研究,分析焊點(diǎn)耐腐性較母材降低的原因,揭示激光焊點(diǎn)表面氧化膜的生長(zhǎng)機(jī)制,并提出可改善其耐腐蝕性的措施。提出采用科恩達(dá)空氣刀調(diào)節(jié)艙室內(nèi)氣流行為,設(shè)計(jì)固定和可旋轉(zhuǎn)兩把空氣刀結(jié)構(gòu)提升艙室換氣量,使一部分射流氣附著于工件表面上流動(dòng),實(shí)現(xiàn)焊接過程中工件表面的可靠保護(hù)和快速冷卻。設(shè)計(jì)主排氣口與輔助排氣口相配合的結(jié)構(gòu)在焊前快速降低艙室中的水氧含量,加速焊接過程中艙室的換氣與散熱。當(dāng)可旋轉(zhuǎn)Coanda空氣刀角度為30-45°,進(jìn)氣流量為60-120 L/min時(shí),獲得了最優(yōu)的氣體流動(dòng)形態(tài)。為實(shí)現(xiàn)格架焊點(diǎn)尺寸的精確控制,提出了多脈沖激光點(diǎn)焊的方法,確定了控制交叉焊點(diǎn)尺寸的關(guān)鍵激光工藝參數(shù)及優(yōu)化的工藝區(qū)間。為獲得熔寬及余高滿足要求的焊點(diǎn),需采用適當(dāng)較大的脈沖峰值功率和脈沖個(gè)數(shù),以及較小的脈沖寬度。得到了優(yōu)化的工藝參數(shù):脈沖激光的單脈沖能量約為22-27 J,脈沖寬度約為6-9 ms,脈沖個(gè)數(shù)為4-7個(gè)。激光作用于鋯合金后,焊點(diǎn)晶粒尺寸增大,原母材中第二相粒子β-Nb和Zr(Nb,Fe)2消失。焊點(diǎn)經(jīng)過退火處理后,晶粒取向一致性增加,在柱狀晶內(nèi)和晶間析出第二相粒子β-Nb和Zr(Nb,Fe)2,原焊點(diǎn)組織中殘留的β-Zr相發(fā)生分解,轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Zr相和β-Nb相。進(jìn)一步,揭示了鋯合金激光焊點(diǎn)氧化膜生長(zhǎng)機(jī)制,發(fā)現(xiàn)氧化膜組織相轉(zhuǎn)變和第二相粒子是影響氧化膜生長(zhǎng)的主要原因。焊點(diǎn)表面氧化膜/基體金屬界面起伏度較小,界面處的應(yīng)力降低,促進(jìn)了界面及氧化膜內(nèi)四方Zr O2相向單斜相ZrO2相轉(zhuǎn)變,加速了腐蝕介質(zhì)中氧向基體金屬的擴(kuò)散速率,使氧化膜的生長(zhǎng)速率加快;另外激光作用后,原母材中耐腐蝕性能高于基體α-Zr相的第二相粒子消失,加速了焊點(diǎn)表面氧化膜的生長(zhǎng)。采用650℃保溫時(shí)間150 min的退火工藝,促進(jìn)了焊點(diǎn)內(nèi)耐腐蝕性能更好的第二相粒子析出,抑制焊點(diǎn)表面氧化膜的生長(zhǎng),改善焊點(diǎn)的耐腐蝕性。
[Abstract]:Zirconium alloy frame is an important component of nuclear reactor core, its preparation technology and corrosion resistance of the service process is a key factor to achieve high burnup. Zirconium alloy chemical active, welding process of water and oxygen in atmosphere is very sensitive, so the frame welding to be carried out in the argon chamber, but the continuous multi spot in the process of welding chamber heat and smoke exhaust is the key problem to guarantee welding quality. In addition, in order to avoid wearing the fuel rod and reduce the pressure drop of the cooling medium, the need to strictly control the framework of cross solder joint size. More importantly, after laser welding joint microstructure and zirconium alloy compared differences. Control grid service performance is the key factor of the corrosion resistance of a solder joint. This paper zirconium alloy frame structure, carry out the zirconium alloy cross multi pulse laser spot welding process and solder solder oxide films on the growth mechanism, based on the number of The value simulation technology to optimize the argon argon filled the cabin atmosphere flow behavior, ensure the welding standard; multi pulse laser spot welding method is proposed to strictly control the welding size, determine the key parameters of laser processing and optimization of process control interval cross joint size; analysis of the impact of rapid solidification conditions under the action of laser on the microstructure of zirconium alloy material; development study on the film characteristics of high pressure steam environment zirconium alloy solder joint under high temperature corrosion, corrosion resistance of solder joint due to lower than the parent material, the growth mechanism of oxide film laser welding surface, and proposed can improve the corrosion resistance of the proposed measures. The Coanda air knife regulating cabin airflow behavior, design of fixed and rotating two air cabin ventilation structure lifting knife, a part of gas flow in the attachment on the surface of the work piece, the welding process in the surface of the workpiece can be guaranteed by Support and rapid cooling. The structure of main exhaust port and the exhaust port of the auxiliary design is matched with the rapid decrease of the oxygen content in the water compartment before welding in the welding process, accelerate the cabin ventilation and cooling. When the rotating Coanda air knife angle is 30-45 degrees, the inlet flow rate is 60-120 L/min, the optimal gas flow patterns. To realize accurate control of frame joint size, and puts forward the method of multi pulse laser spot welding, determine the key process parameters of laser and optimization of process control interval size. In order to obtain the cross weld bead width and reinforcement to meet the requirements of the solder joint, and the number of pulses by using appropriate larger pulse peak power, and the smaller the pulse width. The optimized process parameters were obtained: pulse laser pulse energy is about 22-27 J, the pulse width is about 6-9 MS, the pulse number is 4-7. The laser beam on the zirconium alloy solder, the grain size increases Large, original material in the second phase particles of beta -Nb and Zr (Nb, Fe) 2 solder joints disappear. After annealing, the grain orientation consistency increased in columnar grains and intergranular precipitation of second phase particles of beta -Nb and Zr (Nb, Fe) 2, the original residual tissue in beta phase of -Zr solder joint decomposed into a -Zr phase and -Nb phase beta. Further, reveals the laser spot film of zirconium alloy oxide film growth mechanism, found organization and phase transformation of second phase particles is the main factor influencing the growth of oxide film. The oxide / metal interface of solder surface waviness is smaller, at the interface of low stress, and promote the interface in the film Zr O2 tetragonal to monoclinic phase ZrO2 phase transformation, accelerate the diffusion rate of oxygen corrosion medium to the base metal, the film growth rate is accelerated; in addition after laser irradiation, higher than that of the matrix of a -Zr phase corrosion resistance of original material in second phase particles disappear, accelerated The oxide film of solder joint surface growth. The annealing process by 650 DEG C for 150 min, promotes the precipitation of second phase particles and better corrosion resistant solder joint surface oxide film, inhibition of growth, improve the corrosion resistance of the solder joint.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG457.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 薛淑娟,王云惠,趙文金,應(yīng)詩浩;鋯、鋯-4合金及新鋯合金的熱膨脹[J];核動(dòng)力工程;2004年03期

2 郭蓉;廖志海;;火焰原子吸收光譜法測(cè)定新鋯合金中的鎘[J];光譜實(shí)驗(yàn)室;2009年02期

3 李獻(xiàn)軍;;鋯及鋯合金概述[J];鈦工業(yè)進(jìn)展;2011年01期

4 王峰;王快社;馬林生;張兵;孔亮;林兆霞;;核級(jí)鋯及鋯合金研究狀況及發(fā)展前景[J];兵器材料科學(xué)與工程;2012年01期

5 王濤;;銅-鉻-鋯合金研究[J];世界有色金屬;2012年05期

6 徐有光;;鎂—釔—鋯合金的性質(zhì)及相平衡[J];稀土與鈮;1979年01期

7 李長(zhǎng)華;;處理鋯及鋯合金管的化學(xué)新工藝[J];國際科技交流;1993年12期

8 ;含有鎢和鎳的鋯合金[J];中國金屬通報(bào);1998年04期

9 寧興龍;烏克蘭開發(fā)原子能電站用的鋯合金管材[J];稀有金屬快報(bào);2000年08期

10 寧興龍;俄羅斯鋯及鋯合金產(chǎn)品[J];稀有金屬快報(bào);2001年10期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 劉建章;;我國鋯和鋯合金材料及其加工的進(jìn)展[A];中國有色金屬學(xué)會(huì)第三屆學(xué)術(shù)會(huì)議論文集——科學(xué)技術(shù)論文部分[C];1997年

2 趙文金;龐華;;鋯合金研究的國際動(dòng)態(tài)[A];2006全國核材料學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

3 孫寶蓮;李波;李海燕;;原子吸收光譜法測(cè)定鈮鈦鋯合金中的銅[A];全國第八屆稀有金屬難熔金屬分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

4 劉榮麗;;鎂鋯合金中鋯的測(cè)定[A];全國有色金屬理化檢驗(yàn)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2011年

5 熊小梅;安寶蘭;李波;高紅波;;二甲酚橙光度法鈮鋯合金中鋯的測(cè)定[A];全國第八屆稀有金屬難熔金屬分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

6 周軍;李中奎;劉榮臻;張建軍;田鋒;;氫含量對(duì)新鋯合金室溫循環(huán)變形行為的影響[A];中國有色金屬學(xué)會(huì)第十二屆材料科學(xué)與合金加工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

7 李一磊;張慶明;;一種新型鈦鋯合金的動(dòng)態(tài)拉伸本構(gòu)特性研究[A];第十七屆全國反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)會(huì)議論文集[C];2012年

8 史麗生;;鋯及鋯合金的吸氫[A];中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告（第二卷）——中國核學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集第4冊(cè)（核材料分卷、同位素分離分卷、核化學(xué)與放射化學(xué)分卷）[C];2011年

9 吳華;范洪遠(yuǎn);應(yīng)詩浩;黃新泉;;鈮含量對(duì)鋯合金組織和性能的影響[A];第六屆21�。ㄊ�、自治區(qū)）4市鑄造學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

10 張建軍;李中奎;周軍;田峰;王文生;石明華;;新鋯合金高溫變形行為[A];中國有色金屬學(xué)會(huì)第十二屆材料科學(xué)與合金加工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前7條

1 王穎慧;鈦鋯合金應(yīng)用前景廣闊[N];中國有色金屬報(bào);2010年

2 本報(bào)記者 吳苡婷;核電站用鋯合金要實(shí)現(xiàn)“中國造”[N];上�？萍紙�(bào);2013年

3 袁改煥 李恒羽;鋯材在核電站的應(yīng)用[N];中國有色金屬報(bào);2006年

4 ;用于核燃料包復(fù)層的含鈮鋯合金[N];中國有色金屬報(bào);2003年

5 中化六建公司;鋯及鋯合金管道焊接工法[N];中華建筑報(bào);2000年

6 程峰;勇于探索務(wù)實(shí)創(chuàng)新[N];科技日?qǐng)?bào);2006年

7 鐘良 記者 劉傳書;中國自己的核級(jí)鋯合金產(chǎn)品完成工藝試制[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 燕春光;鋯合金在離子輻照下的微觀結(jié)構(gòu)及性能的研究[D];北京科技大學(xué);2016年

2 寧進(jìn)良;鋯合金電子結(jié)構(gòu)與物性關(guān)聯(lián)的第一性原理研究[D];燕山大學(xué);2015年

3 申華海;鋯合金帶電離子輻照效應(yīng)及氦泡演化行為研究[D];電子科技大學(xué);2015年

4 蔡創(chuàng);鋯合金交叉結(jié)構(gòu)脈沖激光點(diǎn)焊特性及焊點(diǎn)氧化膜生長(zhǎng)機(jī)制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

5 張欣;加工工藝及合金元素Cu對(duì)鋯合金耐腐蝕性能影響的研究[D];上海大學(xué);2015年

6 趙旭山;鋯合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用[D];北京有色金屬研究總院;2012年

7 鐘華勇;鋯合金管校直工藝機(jī)理及其成套設(shè)備研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

8 彭德全;鋯合金的輻照改性及機(jī)理研究[D];清華大學(xué);2004年

9 秦永強(qiáng);高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅—鉻—鋯合金的設(shè)計(jì)、制備及性能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

10 鄭健;鋯合金中的氫氦行為研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 曹國欽;鋯合金析出相的結(jié)構(gòu)特征及形成過程研究[D];鄭州大學(xué);2015年

2 張敏;新型鋯合金關(guān)鍵三元體系相圖研究[D];廣西大學(xué);2015年

3 范清松;Zr-Sn-Nb-Fe鋯合金顯微組織研究[D];成都理工大學(xué);2015年

4 謝夢(mèng);N36鋯合金的氫化物應(yīng)力再取向及環(huán)向拉伸性能研究[D];成都理工大學(xué);2015年

5 王曉力;鋯合金管材微觀組織、織構(gòu)及氫化物取向因子分析[D];重慶大學(xué);2015年

6 周錫林;鋁鋯合金的微波消解及鋯的極譜測(cè)定方法研究[D];成都理工大學(xué);2011年

7 劉二偉;合金成分及加工工藝對(duì)鋯合金微觀組織與織構(gòu)影響的研究[D];重慶大學(xué);2011年

8 王麗霞;核電用鋯合金管材在加工過程中的組織及織構(gòu)研究[D];重慶大學(xué);2012年

9 胡健;銅鋯和銅鉻鋯合金組織與性能研究[D];中南大學(xué);2012年

10 高莎莎;不同初始取向鋯合金壓縮變形行為研究[D];重慶大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：1649657