锆合金机器人拼焊工艺试验研究(2)

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4.2 锆R60702焊接接头微观组织分析 20

4.3 锆R60702焊接接头成分分析 22

4.4 本章小结 23

结论 25

致谢 26

参考文献 27

1 绪论

1.1 锆及锆合金特性及应用现状

锆(Zr)位于元素周期表第IV-B族，是由Klaproth在1789年首先发现的，并由Berzelius于1824年首先制备出纯态的锆合金金属粉末[1]。锆元素含量丰富，总含量位列第十九位。锆优异的理化性能主要体现在以下几点：论文网

(1) 锆无毒、敏感、化学性质活泼[2]耐腐蚀性强，能耐大多数有机酸、无机酸、强碱、熔融盐、高温水及液态金属的腐蚀。但不耐氢氟酸、浓硫酸、浓磷酸、王水、溴水、温氯及氧化性氯化物(如氯化铜、氯化铁溶液) 的腐蚀[3]。经常被用作合金元素，提高合金的耐腐蚀性能[4-6]。

(2) 优良的热导性和力学性能，作为石化行业中十分重要的有色金属结构材料，锆的热传导性和力学性能也十分优良，硬度较大，适合作为压力容器的壳体材料以及塔器部件、换热器管板和管道等等。

(3) 优良的核性能，锆属于难熔的稀有金属，熔点较高，拥有良好的抗热中子辐射脆化性能[7]，因此常用于核工业设备。锆材中通常含有微量的元素铪，两者的冶金性质及化学性质都非常的相似，但核性能差距很大，锆的抗热中子辐射脆化性能远远强于铪的抗热中子辐射脆化性能，因此核工业用锆中铪的含量基本为零，但非核工业级用锆中铪的质量分数可以达到4.5%[4]。

(4) 耐腐蚀性能，锆隶属于钝化金属，在常温下能与空气中的氧气发生反应，生成一层致密的氧化膜覆盖在金属表面，阻止金属与腐蚀试剂相接触，由于这层氧化膜十分致密，因此锆具有很强的耐腐蚀性，可以抵抗大多数的无机酸、有机酸以及强碱等溶剂的腐蚀，其耐腐蚀性能要优于不锈钢、钛、镍等合金[8]。随着设备制造技术和材料科学金属的不断向前发展，锆材正越来越多的应用于硝酸、盐酸、醋酸、尿素以及过氧化氢等装置中的强腐蚀设备。

锆材在工程实际中主要应用于两个领域：以其良好的抗热中子辐射脆化性能在核工业中得到良好的应用；以其优异的耐腐蚀性能，在石油化工设备中得到良好的应用。这两种用途使得锆材分为两大类，一种为核工业级用锆，一种为一般工业级用锆，也就是化工级用锆。目前在我国有关锆制压力容器的相关行业标准和国家标准正在逐步完善当中，国外有关锆制压力容器的相关标准包含在ASME标准之中[9]，我国目前也参照ASME标准中的规定来设计制造压力容器。

1.2 锆及锆合金焊接性研究现状

1.2.1 锆及锆合金的焊接特点

1.2.2 锆及锆合金国内外常用的焊接方法

1.3 等离子弧焊技术

等离子弧是常规的自由电弧在外部拘束下其弧柱被强烈压缩而形成的能量高度集中的电弧，通过将常规电弧的一极缩进至喷嘴中，喷嘴孔径较小，当电弧通过喷嘴孔时，弧柱的截面积受到限制，使其不能自由扩展，这样就使得电弧弧柱受到了外部拘束作用[24]，电弧在径向上受到了强烈压缩，形成等离子弧，等离子弧又称为“拘束电弧”或“压缩电弧”[25]，如图1.1所示。等离子弧的温度、能量密度、等离子流速相对于常规电弧而言都有显著的增加，对喷嘴热作用较强，通常等离子枪需要水冷保护，这样能更好的保证电弧拘束能力和焊枪的使用性能。