[发明专利]一种提高核电690合金应力腐蚀抗性和耐磨性的激光处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高核电690合金应力腐蚀抗性和耐磨性的激光处理方法,属于激光材料加工领域。

背景技术

相对于传统的火电、水电等能源系统，核电作为一种安全、清洁、经济的新型能源，对人类的能源供给起着不可代替的作用。压水堆核电站蒸汽发生器传热管的面积占一回路承压边界面积的80％左右，传热管壁厚一般为1mm～1.2mm，是整个一回路压力边界中最薄弱的部分，国外运行经验表明，大约30％～40％的压水堆因为蒸汽发生器传热管损伤而影响正常运行、降低功率运行或被迫停堆。传热管的破损是由各类腐蚀造成的，包括点蚀(Pitting)、晶间腐蚀(IGA)和晶间应力腐蚀(IGSCC)，其中，60％的问题属应力腐蚀问题。同时压水堆核电站正常工作时，由于流致振动导致的传热管与衬板发生微动磨损，也增加了传热管腐蚀开裂的倾向。

Inconel690合金是高Cr镍基合金，主要用于腐蚀性水介质和高温空气介质环境，而且具有高强度、好的冶炼稳定性和良好的制造特性，广泛使用在核电站蒸汽发生器传热管上。但到目前为止，最早的采用690TT作为传热管材的蒸汽发生器运行也只有不到30年的历史，并且在国外也已经有少量这种材质的传热管出现应力腐蚀开裂问题以及微动磨损问题。因此解决蒸汽发生器破管事故是关系到核电站的安全性及使核电站具有竞争性和生命力的关键问题。

在对已有专利的检索中，发现了名为“一种提高Inconel690合金传热管抗应力腐蚀能力的方法”的发明专利(专利号101974773A，以下称“对比专利”)，该发明采用电镀铬加激光辐照的方法进行表面改性。但该专利采用的电镀铬工艺，其镀铬层容易脱落，且电镀过程中容易对环境造成污染，而且电镀铬与激光加工的分离也增加了运输成本，不利于现场处理。

发明内容

本发明的目的就是为了解决传热管应力腐蚀开裂以及微动磨损问题，提供一种提高核电690合金传热管应力腐蚀抗性和耐磨性的方法，它可使传热管抵抗应力腐蚀的能力和耐磨性能得到大幅提高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高核电690合金应力腐蚀抗性和耐磨性的激光处理方法,其特征在于采用波长为800-1070nm连续激光热源熔凝处理690合金传热管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，，激光功率300-1000W，激光扫描线速度为200-800mm/min，光斑直径0.5-3mm，搭接率20-60％，激光熔凝690合金管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，氮气流量为20-30L/min，氮气喷嘴到传热管表面的距离为5-12mm，喷嘴出口氮气压强为0.5-1MPa,690传热管内孔辅助流量为20-30L/min的氩气进行保护内孔表面和冷却管壁。

获得厚度为20-100μm致密渗氮层,硬度提高到HV200-400。

该工艺包括具体如下步骤：

1.Inconel690合金传热管表面预先采用酒精清洗，除去表面杂质。

2.将传热管固定在机床转台上，转台转动的同时对690合金传热管表面进行激光熔凝，并用喷嘴向熔凝区通高纯氮气进行渗氮处理。

3.渗氮处理同时传热管内配以纯氩气进行保护，防止热影响区合金发生氧化。

激光熔凝渗氮(Laser Melting and Nitriding，LMN)参数如下：

激光器为半导体或光纤激光器,激光波长800-1070nm

激光功率300-1000W

激光扫描速度200-800mm/min

光斑直径0.5-3mm

搭接率20-60％

喷嘴处氮气压强0.5-1MPa

氮气流量为20-30L/min

氩气流量为20-30L/min

氮气喷嘴到传热管表面的距离为5-12mm

本发明的有益效果是：用本发明方法可对较细长的压水堆核电站蒸汽发生器传热管进行表面处理，且得到的激光渗氮层结构致密、组织均匀，其应力腐蚀抗性和耐磨性显著提高，而采用短波长激光渗氮，光可以更有效的被基体吸收，提高渗氮效率。

附图说明

图1是激光熔凝渗氮示意图

1、690传热管外表面；2、机床转台；3、激光系统；4、渗氮喷嘴；5、氩气喷嘴(与传热管内壁密封接合)；6、氮化层；7、传热管内壁；8、熔凝区；9、热影响区

图2不同载荷下的磨痕深度图

具体实施方式

实施例1：