锆702是什么材料 HZr702（R60702）圆钢

1、前言

锆属于高熔点稀有金属，热中子吸收截面小，辐照稳定性高，在大多数有机酸、无机酸、强碱和一些熔融态的盐中均具有优良的抗蚀性，是原子能工业、化工、石油化学工业中的一种重要结构材料。锆是在核工业中大量使用的一种金属材料，用于化工类的抗腐蚀材料，在我国尚处于起步阶段，缺乏成熟焊接经验。

锆是高活性金属，在相当低的温度就开始吸收大量的氧、氮、氢，反应速度随温度的增加而增加，其反应温度分别为200,400,300℃。氢、氧、氮与锆形成脆性化合物，不但使锆的塑性和韧性明显变差，而且使锆的耐腐蚀性能急剧降低。

锆具有熔点高、导热性差等特点，焊接时高温区不能长时间维持，否则因晶粒长大而使焊接区的塑性下降，同时热影响区扩大，容易出现气孔，直接导致性能下降。从裂纹敏感性来说，锆的焊接性能良好，产生裂纹的倾向很小。锆的线膨胀系数比钛小（约为钛的2/3），焊接变形小，应力会降低，利于焊接。

由此可以看出，锆及其合金焊接的关键是适当的保护，避免焊接过程中吸收空气中的氧、氢和氮而使焊缝脆化，并采取适当的工艺参数和冷却措施，防止焊缝和热影响区的晶粒粗大。

锆材中非合金锆702用量最大，它具有最好的抗均匀腐蚀的能力，但其强度最低。管道广泛用于化工等各种工业部门，为了掌握锆702管的焊接技术，对φ114.3mm×6.02mm规格管材的环焊缝焊接工艺及其组织、性能进行了实验研究。

2、实验方法

试验用锆管母材和焊丝的牌号、规格和化学成分见表1。焊接方法为钨极氩弧焊，焊接位置为水平固定（2G）全位置向上焊。焊接坡口为单面V形，采用单面焊双面成形技术。试件焊接的主要条件见表2。

焊缝及其两侧热影响区的保护，主要依靠焊枪保护气及附在焊枪后面的尾部拖罩来实现。焊缝背面的保护采取两侧封堵通氩气保护。保护气体采用纯度大于99.99%其露点低于－40℃的高纯氩。焊枪、拖罩和背面保护装置附加多层铜丝网，防止紊流的产生，保证气体分布均匀，气管用干净的聚乙烯管。焊枪、尾部拖罩和背面保护罩要提前通气，去除气管内和拖罩内的空气，彻底置换背面保护区内的空气。焊后要采用滞后停气，保证收弧处焊缝及其周围母材温度降至300℃以下。

由于TIG焊接速度较慢，焊接时间较长，加上材料管壁又较薄，散热慢，不仅使保护效果变差，而且导致焊缝增宽，热影响区增大，焊缝和热影响区(HAZ)晶粒粗大，降低焊接接头的塑性和耐蚀性能。因此采用图1所示的工装，加强冷却和保护效果。

焊后对试件解剖取样，从管子环焊缝接头上取样进行理化性能检测，检测标准参考美国ASME规范第Ⅸ卷《焊接及钎焊评定》进行。其中接头拉伸试样取自一、三象限，采用15mm宽的全壁厚板带状试样；

弯曲试样采用10mm宽全壁厚板状试样，二、四象限各取一件面弯和背弯试样；焊缝化学成分分析试样取自焊缝中心，采用化学法进行分析；接头硬度试样取自立焊位置，测试点间距约0.5mm，截面硬度测试点距上表面2mm。

组织分析试样观察面腐蚀采用60HClO3溶液电化学抛光，然后再用0.5%HF溶液化学腐蚀，分析采用显微镜。另外，采用S-360扫描电镜和NSS300型X射线能谱仪进行背散射电子像分析和成分扫描。

3、结果讨论

图2为环焊缝焊接接头宏观表面照片。从焊后的外观来看，正面和背面的焊缝及其附近呈光亮的银白色。

环焊缝接头的主要性能和焊缝的化学成分检测结果见表3。从表3的结果来看，接头的抗拉强度均大于母材抗拉强度的下限（450MPa），断口位于母材。10倍弯轴直径，弯曲180°受拉面完好，没有任何裂纹，接头有良好的塑性和致密性。结果表明，选用的焊接材料适当，焊接工艺热输入产生、及其保护措施适当，接头没有受到污染，接头质量符合美国ASME规范第Ⅸ卷《焊接及钎焊评定》要求。

材料的显微硬度便于测量，可以反映不同宏观或微观部位的硬度特征，硬度与材料的脆性又有着一定的对应关系。锆的焊接可以采用硬度指标判断焊缝污染的程度，规定焊缝及热影响区的硬度与母材相比不得超过30点（即洛氏B5个点）。如果超过，则说明污染严重，不论焊缝表面颜色如何，均不合格。

接头表面和横截面上母材、焊缝及热影响区的硬度分布曲线见图3。可以看出，与母材相比，焊缝的硬度虽然较高，但HV10kg均不超过300MPa，热影响区的硬度相对母材较小。由此可以判断，焊缝及热影响区没有受到明显污染而导致的硬化和脆化现象。

从表3焊缝金属的成分可以看出，焊缝中C,H,O,N等杂质元素的含量非常低，与表1中母材的成分相比没有明显的增加。图4是焊缝和母材的X射线能谱分析结果。可以看出，焊缝和母材的O和N元素的含量在同一等级上，焊缝O含量虽然稍高，但是不超出母材的20％。图5为焊缝和热影响区的背散射电子像。在较高的放大倍数下，灰度比较均匀，未观察到明显的成分析出相。说明焊接保护措施得当，保护效果良好。

采用光学金相显微镜观察到的焊缝、热影响区和母材的显微组织见图6。焊缝区域的微观组织由大量的β相组成。靠近焊缝的热影响区的显微组织虽然发生了一定程度的晶粒粗化，但是，由于焊接工艺采取了强制冷却措施，其粗化程度很小，从而保证了热影响区具有良好的性能。

4、结论

1）锆材的焊接性良好，但是其保护要求比钛材更严。

2）采取的工艺和工装措施效果良好，焊缝及其附近的母材得到有效的保护，管子环焊缝接头性能良好。