權(quán)利要求

1.氧化物彌散強(qiáng)化鋼的電阻焊方法，其特征在于，當(dāng)焊接對象為ODS鋼板時，電阻焊焊接工藝參數(shù)為：焊接電流6.0-11.0kA，焊接時間50-700ms，電極壓力2-6kN；當(dāng)焊接對象為ODS鋼管材與端塞時，電阻焊焊接工藝為：焊接電流20-50kA，焊接時間10-400ms，電極壓力5-11kN。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻焊方法，其特征在于，對于厚度小于1.5mm的ODS鋼板進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為焊接電流6.0-8.4kA，焊接時間50-500ms，電極壓力2-5kN。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電阻焊方法，其特征在于，對于厚度小于1.5mm的ODS鋼板進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為：焊接電流6.0-7.0kA，焊接時間400-500ms，電極壓力2-3kN；或者設(shè)置為：焊接電流7.0-8.0kA，焊接時間200-400ms，電極壓力3-4kN ；或者設(shè)置為：焊接電流7.5-8.4kA，焊接時間50-200ms，電極壓力3.5-5kN。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻焊方法，其特征在于，對于厚度1.5-3.0mm的ODS鋼板進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為焊接電流7.6-11.0kA，焊接時間200-700ms，電極壓力3-6kN。 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電阻焊方法，其特征在于，對于厚度1.5-3.0mm的ODS鋼板進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為：焊接電流7.6-9.0kA，焊接時間500-700ms，電極壓力3-4kN；或者設(shè)置為：焊接電流9.5-11.0kA，焊接時間200-400ms，電極壓力5-6kN；或者設(shè)置為：焊接電流8.5-10.0kA，焊接時間300-500ms，電極壓力3.5-5kN。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻焊方法，其特征在于，對于壁厚小于1.5mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度小于1.5mm的端塞進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為焊接電流20-35kA，焊接時間10-200ms，電極壓力5-9kN。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電阻焊方法，其特征在于，對于壁厚小于1.5mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度小于1.5mm的端塞進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為：焊接電流20-25kA，焊接時間100-200ms，電極壓力5-7kN；或者設(shè)置為：焊接電流30-35kA，焊接時間10-50ms，電極壓力7-9kN；或者設(shè)置為：焊接電流25-33kA，焊接時間30-130ms，電極壓力6-8kN。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻焊方法，其特征在于，對于壁厚1.5-3.0mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度1.5-3.0mm的端塞進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)為焊接電流30-50kA，焊接時間50-400ms，電極壓力7-11kN。 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電阻焊方法，其特征在于，對于壁厚1.5-3.0mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度1.5-3.0mm的端塞進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為：焊接電流30-35kA，焊接時間300-400ms，電極壓力7-9kN；或者設(shè)置為：焊接電流45-50kA，焊接時間50-200ms，電極壓力9-11kN；或者設(shè)置為：焊接電流35-45kA，焊接時間100-300ms，電極壓力8-10kN。 10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻焊方法，其特征在于，ODS鋼板的焊接過程為：將ODS鋼板搭接放置于上、下電極之間，且電極位于搭接部分的中心位置，通過控制面板調(diào)節(jié)電極壓力、焊接電流及焊接時間，完成焊接過程。 11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電阻焊方法，其特征在于，ODS鋼板搭接重疊部分寬度為10mm至板寬，可根據(jù)被焊鋼板厚度及寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻焊方法，其特征在于，所述焊接電流和焊接時間大小根據(jù)被焊的鋼板、端塞焊接位置與管材厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，被焊的鋼板、端塞焊接位置和管材壁厚越厚或管材越長，焊接電流越大或焊接時間越長。 13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻焊方法，其特征在于，電阻焊方法所采用的電阻焊機(jī)為型號DTBZ-160KA的中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)，額定功率為160kVA，最大短路電流為52kA，最大電極壓力為12000N。 14.用于權(quán)利要求1所述的電阻焊方法的電阻焊裝置，其特征在于，該電阻焊裝置適用于焊接對象為ODS鋼管材與端塞的焊接過程，該電阻焊裝置包括上電極和下電極以及帶有電極桿的電阻焊機(jī)，下電極下部和上電極上部均為楔形結(jié)構(gòu)，且倆楔形結(jié)構(gòu)分別用于與電阻焊機(jī)的兩個電極桿連接；下電極的上表面有定位孔，可用于定位及壓緊端塞，焊接前位于端塞下部中心位置的定位銷放置于此定位孔內(nèi)；上電極的下表面無孔，用于壓緊管材；焊接時電阻焊機(jī)上設(shè)置的焊接電流及電極壓力通過電阻焊機(jī)電極桿傳遞到上、下電極上，進(jìn)而借助上、下電極進(jìn)一步施加到被焊接對象，以便完成焊接過程。 15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電阻焊裝置，其特征在于，下電極的定位孔內(nèi)有絕緣套，以防止點(diǎn)焊時端塞與孔內(nèi)壁接觸通電造成分流。 16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電阻焊裝置，其特征在于，下電極的外徑、定位孔的直徑和深度與端塞的尺寸相匹配。 17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電阻焊裝置，其特征在于，焊接過程為：將ODS鋼端塞放置于下電極上并將端塞定位銷置于下電極定位孔內(nèi)，之后將ODS鋼管材放置于端塞上的合適位置，通過控制面板調(diào)節(jié)電極壓力、焊接電流及焊接時間，完成焊接過程。 18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電阻焊裝置，其特征在于，所述電阻焊機(jī)為型號DTBZ-160KA的中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)，額定功率為160kVA，最大短路電流為52kA，最大電極壓力為12000N。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）鋼的電阻焊方法以及相關(guān)的裝置。

背景技術(shù)

為滿足急速增長的能源需求，解決世界范圍內(nèi)的能源短缺問題，先進(jìn)核能系統(tǒng)即第四代裂變堆和未來聚變堆應(yīng)運(yùn)而生，其要求堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料承受更高的工作溫度、壓力和輻照通量，以及更復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料在該環(huán)境下性能無法滿足要求，因此，新型結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)成為制約核技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)鋼因其極具熱穩(wěn)定性的納米氧化相的存在而具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、突出的抗輻照性能及良好的耐腐蝕性和抗氧化性，被認(rèn)為是未來先進(jìn)核能系統(tǒng)堆內(nèi)關(guān)鍵部件的最佳備選結(jié)構(gòu)材料。

材料的焊接性是決定其能否在核工業(yè)中應(yīng)用的一個關(guān)鍵因素，以O(shè)DS鋼制造的核用組件不可避免地要進(jìn)行焊接裝配，如燃料包殼和端塞的裝配焊接。目前還未有成熟的ODS鋼焊接方法，采用傳統(tǒng)的熔焊方式，如氬弧焊、電子束焊等對ODS鋼進(jìn)行焊接時，容易導(dǎo)致形成氣孔、焊縫區(qū)晶粒長大以及納米氧化物強(qiáng)化相溶解、粗化甚至團(tuán)簇，嚴(yán)重破壞ODS鋼原始組織，大幅惡化接頭性能，因此開發(fā)適合ODS鋼的焊接新工藝對于ODS鋼在核領(lǐng)域的推廣應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。電阻點(diǎn)焊由于焊接速度快、熱輸入小，對保持ODS鋼細(xì)小的晶粒尺寸和納米氧化物強(qiáng)化相有利，可作為潛在的一種ODS鋼焊接方法。此外由于電阻設(shè)備操作方便易于實(shí)現(xiàn)自動化的特點(diǎn)，也有利于電阻焊工藝在核工業(yè)中的推廣和應(yīng)用。但是對ODS鋼進(jìn)行電阻焊時如何匹配合適的焊接工藝十分關(guān)鍵，因?yàn)楫?dāng)電阻焊工藝不合適時會導(dǎo)致納米氧化物強(qiáng)化相聚集長大為氧化物夾雜或發(fā)生焊接飛濺，而惡化電阻焊接頭的性能，因此需對ODS鋼的電阻焊工藝進(jìn)行深入研究，以便有針對性地解決以O(shè)DS鋼為材質(zhì)的核用組件難以有效焊接的問題。尤其是對于核用組件中的ODS鋼管材與端塞的電阻焊，由于結(jié)構(gòu)特殊，通常用的電阻焊機(jī)的配套電極無法實(shí)現(xiàn)管材與端塞結(jié)構(gòu)的焊接，現(xiàn)有針對ODS鋼管材與端塞電阻焊的設(shè)備均為專用設(shè)備，造價高昂，且全部為進(jìn)口設(shè)備，亟需國產(chǎn)化，目前也尚無在通用普通電阻焊設(shè)備上進(jìn)行ODS鋼管材與端塞電阻焊的報道。

發(fā)明內(nèi)容

為了避免堆內(nèi)結(jié)構(gòu)中ODS鋼焊接構(gòu)件在服役過程中由于焊縫尺寸過小或形成焊接缺陷（氧化物夾雜和焊接飛濺）而引起焊縫先于母材發(fā)生失效破壞，降低構(gòu)件整體的安全性，同時避免ODS鋼管材與端塞焊接構(gòu)件在服役過程中焊縫發(fā)生泄漏，降低構(gòu)件整體的安全性，而增加事故發(fā)生的可能性等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）鋼的電阻焊方法及裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）鋼的電阻焊方法，當(dāng)焊接對象為ODS鋼板時，電阻焊焊接工藝參數(shù)為：焊接電流6.0-11.0kA，焊接時間50-700ms，電極壓力2-6kN；當(dāng)焊接對象為ODS鋼管材與端塞時，電阻焊焊接工藝為：焊接電流20-50kA，焊接時間10-400ms，電極壓力5-11kN。其中，對于厚度小于1.5mm的ODS鋼板進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為焊接電流6.0-8.4kA，焊接時間50-500ms，電極壓力2-5kN。對于厚度小于1.5mm的ODS鋼板進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為：焊接電流6.0-7.0kA，焊接時間400-500ms，電極壓力2-3kN；或者設(shè)置為：焊接電流7.0-8.0kA，焊接時間200-400ms，電極壓力3-4kN；或者設(shè)置為：焊接電流7.5-8.4kA，焊接時間50-200ms，電極壓力3.5-5kN。其中，對于厚度1.5-3.0mm的ODS鋼板進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為焊接電流7.6-11.0kA，焊接時間200-700ms，電極壓力3-6kN。對于厚度1.5-3.0mm的ODS鋼板進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為：焊接電流7.6-9.0kA，焊接時間500-700ms，電極壓力3-4kN；或者設(shè)置為：焊接電流9.5-11.0kA，焊接時間200-400ms，電極壓力5-6kN；或者設(shè)置為：焊接電流8.5-10.0kA，焊接時間300-500ms，電極壓力3.5-5kN。

其中，對于壁厚小于1.5mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度小于1.5mm的端塞進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為焊接電流20-35kA，焊接時間10-200ms，電極壓力5-9kN。對于壁厚小于1.5mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度小于1.5mm的端塞進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為：焊接電流20-25kA，焊接時間100-200ms，電極壓力5-7kN；或者設(shè)置為：焊接電流30-35kA，焊接時間10-50ms，電極壓力7-9kN；或者設(shè)置為：焊接電流25-33kA，焊接時間30-130ms，電極壓力6-8kN。其中，對于壁厚1.5-3.0mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度1.5-3.0mm的端塞進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)為焊接電流30-50kA，焊接時間50-400ms，電極壓力7-11kN。對于壁厚1.5-3.0mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度1.5-3.0mm的端塞進(jìn)行電阻焊時，焊接工藝參數(shù)進(jìn)一步設(shè)置為：焊接電流30-35kA，焊接時間300-400ms，電極壓力7-9kN；或者設(shè)置為：焊接電流45-50kA，焊接時間50-200ms，電極壓力9-11kN；或者設(shè)置為：焊接電流35-45kA，焊接時間100-300ms，電極壓力8-10kN。

ODS鋼板的焊接過程為：將ODS鋼板搭接放置于上、下電極之間，且電極位于搭接部分的中心位置，通過控制面板調(diào)節(jié)電極壓力、焊接電流及焊接時間，完成焊接過程。其中，ODS鋼板搭接重疊部分寬度為10mm至板寬，可根據(jù)被焊鋼板厚度及寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。焊接電流和焊接時間大小根據(jù)被焊的鋼板、端塞焊接位置與管材厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，被焊的鋼板、端塞焊接位置和管材壁厚越厚或管材越長，焊接電流越大或焊接時間越長。其中，電阻焊焊接方法所采用的電阻焊機(jī)為型號DTBZ-160KA的中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)，額定功率為160kVA，最大短路電流為52kA，最大電極壓力為12000N。

電阻焊裝置適用于焊接對象為ODS鋼管材與端塞的焊接過程，該電阻焊裝置包括上電極和下電極以及帶有電極桿的電阻焊機(jī)，下電極下部和上電極上部均為楔形結(jié)構(gòu)，且倆楔形結(jié)構(gòu)分別用于與電阻焊機(jī)的兩個電極桿連接；下電極的上表面有定位孔，可用于定位及壓緊端塞，焊接前位于端塞下部中心位置的定位銷放置于此定位孔內(nèi)；上電極的下表面無孔，用于壓緊管材；焊接時電阻焊機(jī)上設(shè)置的焊接電流及電極壓力通過電阻焊機(jī)電極桿傳遞到上、下電極上，進(jìn)而借助上、下電極進(jìn)一步施加到被焊接對象，以便完成焊接過程。其中，下電極的定位孔內(nèi)有絕緣套，以防止點(diǎn)焊時端塞與孔內(nèi)壁接觸通電造成分流，且下電極的外徑、定位孔的直徑和深度與端塞的尺寸相匹配。ODS鋼管材與端塞的焊接過程為：將ODS鋼端塞放置于下電極上并將端塞定位銷置于下電極定位孔內(nèi)，之后將ODS鋼管材放置于端塞上的合適位置，通過控制面板調(diào)節(jié)電極壓力、焊接電流及焊接時間，完成焊接過程。其中，電阻焊機(jī)為型號DTBZ-160KA的中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)，額定功率為160kVA，最大短路電流為52kA，最大電極壓力為12000N。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、ODS鋼因其極具熱穩(wěn)定性的納米氧化物強(qiáng)化相的存在而具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、突出的抗輻照性能及良好的耐腐蝕性和抗氧化性，能夠滿足先進(jìn)核能系統(tǒng)堆內(nèi)關(guān)鍵部件承受更高的工作溫度、壓力和輻照通量，以及更復(fù)雜的腐蝕環(huán)境的要求，同樣對于ODS鋼焊縫也有同樣的要求。由實(shí)施例和比較例分析可知，本發(fā)明電阻焊方法可獲得較大的焊縫尺寸，同時避免納米氧化物強(qiáng)化相的粗化團(tuán)簇形成氧化物夾雜及焊接飛濺，提高了焊縫的承載能力。ODS鋼板搭接焊拉剪試驗(yàn)過程中獲得熔核拔出失效方式，以確保焊縫比母材具有更高的承載能力，在服役條件下不會發(fā)生焊縫處的失效，滿足先進(jìn)核能系統(tǒng)的使用要求，保證了ODS鋼整體焊接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性（參見本發(fā)明實(shí)施例1-12和比較例1-6）。

2、本發(fā)明的焊接工藝針對ODS鋼管材與端塞所得到的電阻焊接結(jié)構(gòu)，其焊縫具有細(xì)小的組織、均勻分布的納米氧化物強(qiáng)化相、優(yōu)異的力學(xué)性能和抗輻照及抗腐蝕性能（參見本發(fā)明實(shí)施例13-24和比較例7-12）。當(dāng)用于先進(jìn)核能系統(tǒng)堆芯燃料包殼組件，服役于高溫、高壓、高輻照、高腐蝕環(huán)境時，能夠保證ODS鋼管材與端塞電阻焊縫在服役過程不發(fā)生滲漏和破壞，確保核電設(shè)備的服役安全性。

3、對于ODS鋼管材與端塞的電阻焊工藝，本發(fā)明還開發(fā)了適用于ODS鋼管材與端塞的電阻焊裝置，僅通過將普通電阻點(diǎn)焊機(jī)的上、下電極桿與本發(fā)明的上、下電極搭配使用即可實(shí)現(xiàn)ODS鋼管材與端塞的焊接過程，極大降低焊接成本。本發(fā)明的電阻焊裝置結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝和拆卸，下電極表面有定位孔，可用于定位端塞與管材的焊接件，提高焊接效率，且可用于不同尺寸的ODS鋼管材與端塞電阻焊。使用本發(fā)明裝置和電阻焊工藝可獲得滲透探傷合格的ODS鋼管材與端塞電阻焊縫，且不會發(fā)生焊接飛濺或焊件壓潰現(xiàn)象，避免在使用過程中發(fā)生滲漏，保證了ODS鋼管材與端塞焊接結(jié)構(gòu)的安全性和美觀性。

4、本發(fā)明針對ODS鋼的焊接工藝應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，不僅能夠用于先進(jìn)核能系統(tǒng)堆芯內(nèi)ODS鋼燃料包殼與端塞的焊接，還可推廣用于其它如火電、航空、航天、汽車等領(lǐng)域用ODS鋼板材及管件的焊接結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明搭接電阻焊接頭示意圖。

圖2為拉剪過程中發(fā)生界面失效的照片（比較例1）。

圖3為拉剪過程中發(fā)生熔核拔出失效的照片（實(shí)施例1）。

圖4為過程中發(fā)生飛濺的照片（比較例2）。

圖5為納米氧化物強(qiáng)化相聚集為氧化物夾雜（比較例2）。

圖6為本發(fā)明ODS鋼管材與端塞電阻焊的電極示意圖。

圖中：1-ODS鋼管材；2-ODS鋼端塞；3-端塞定位銷；4-上電極；5-上電極楔形結(jié)構(gòu)；6-上電極水冷孔；7-下電極；8-下電極楔形結(jié)構(gòu)；9-下電極水冷孔；10-下電極定位孔；11-下電極定位孔絕緣套。

圖7為本發(fā)明ODS鋼管材與端塞電阻焊件外觀圖（實(shí)施例13）。

圖8為本發(fā)明ODS鋼管材與端塞電阻焊縫金相圖（實(shí)施例13）。

圖9為熱輸入過小未形成ODS鋼管材與端塞有效電阻焊縫金相圖（比較例7）。

圖10為發(fā)生飛濺的ODS鋼管材與端塞電阻焊件外觀圖（比較例8）。

圖11為壓潰的ODS鋼管材與端塞電阻焊件外觀圖（比較例12）。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不夠成對本發(fā)明的任何限制，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。

氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）鋼板材進(jìn)行電阻焊時，將ODS鋼板搭接放置于上、下電極之間，且電極位于搭接部分的中心位置，以保證最終焊點(diǎn)位于搭接部分的中心位置，通過控制面板調(diào)節(jié)電極壓力、焊接電流及焊接時間，設(shè)定參數(shù)后，完成焊接，形成電阻焊接頭。（如圖1所示）優(yōu)選的ODS鋼板搭接重疊部分寬度為10mm至板寬，以便搭接部分能形成完整的焊縫，搭接重疊部分寬度可根據(jù)被焊鋼板厚度及寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述焊接工藝為：焊接電流6.0-11.0kA，焊接時間50-700ms，電極壓力2-6kN。該工藝可獲得較大的焊縫尺寸，避免形成焊接缺陷（氧化物夾雜和焊接飛濺），且拉剪試驗(yàn)過程中可獲得熔核拔出失效方式。如果焊接電流過低或焊接時間過短，導(dǎo)致熱輸入過小，形成焊縫尺寸較小，接頭承受載荷時將沿焊縫處失效，導(dǎo)致整個焊接結(jié)構(gòu)較差，安全性較低，而焊接電流過高或焊接時間過長時，熱輸入過大，一方面會引起納米氧化物強(qiáng)化相聚集長大形成氧化物夾雜，另一方面會形成焊接飛濺，兩者均會引起焊接接頭性能的惡化；如果電極壓力過高，焊縫處將被壓潰，導(dǎo)致焊縫成形較差，而當(dāng)電極壓力過低時，焊縫處熔化金屬將會從焊縫內(nèi)益處，形成焊接飛濺，惡化焊接接頭性能。焊接工藝合適時，可獲得較大的焊縫尺寸，同時避免納米氧化物強(qiáng)化相的粗化團(tuán)簇形成氧化物夾雜及焊接飛濺，提高了焊縫的承載能力，ODS板材搭接焊拉剪試驗(yàn)過程中獲得熔核拔出失效方式，以確保焊縫比母材具有更高的承載能力，在服役條件下不會發(fā)生焊縫處的失效，滿足先進(jìn)核能系統(tǒng)的使用要求，保證了ODS鋼整體焊接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

對于厚度小于1.5mm的ODS鋼板，所述焊接工藝為：焊接電流6.0-8.4kA，焊接時間50-500ms，電極壓力2-5kN；進(jìn)一步優(yōu)選：焊接電流6.0-7.0kA，焊接時間400-500ms，電極壓力2-3kN；或者優(yōu)選：焊接電流7.0-8.0kA，焊接時間200-400ms，電極壓力3-4kN；或者優(yōu)選：焊接電流7.5-8.4kA，焊接時間50-200ms，電極壓力3.5-5kN。

對于厚度1.5-3.0mm的ODS鋼板，所述焊接工藝為：焊接電流7.6-11.0kA，焊接時間200-700ms，電極壓力3-6kN；進(jìn)一步優(yōu)選：焊接電流7.6-9.0kA，焊接時間500-700ms，電極壓力3-4kN；或者優(yōu)選：焊接電流9.5-11.0kA，焊接時間200-400ms，電極壓力5-6kN；或者優(yōu)選：焊接電流8.5-10.0kA，焊接時間300-500ms，電極壓力3.5-5kN。

ODS鋼板材進(jìn)行電阻焊時所采用的電阻點(diǎn)焊機(jī)為型號DTBZ-160KA的中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)，額定功率為160kVA，最大短路電流為52kA，最大電極壓力為12000N。

對于ODS鋼管材與端塞的電阻焊，由于對象結(jié)構(gòu)特殊，通常用的電阻焊機(jī)的配套電極無法實(shí)現(xiàn)管材與端塞結(jié)構(gòu)的焊接，為實(shí)現(xiàn)管材與端塞電阻焊，設(shè)計(jì)了針對具有端塞的ODS鋼管材的電阻焊裝置，可在通用普通電阻焊機(jī)上實(shí)現(xiàn)ODS鋼管材1與端塞2的電阻焊。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝和拆卸。如圖6所示，該電阻焊裝置包括上電極4和下電極7以及帶有電極桿的電阻焊機(jī)【統(tǒng)一稱謂】，其中，下電極下部和上電極上部均為楔形結(jié)構(gòu)，且此兩個楔形結(jié)構(gòu)（下電極楔形結(jié)構(gòu)8、上電極楔形結(jié)構(gòu)5）分別用于與電阻焊機(jī)的上、下兩個電極桿連接；下電極的上表面有定位孔10，可用于定位及壓緊端塞，焊接前位于端塞下部中心位置的定位銷（端塞定位銷3）放置于此定位孔10內(nèi)；孔內(nèi)有絕緣套（下電極定位孔絕緣套11），以防止焊接時端塞與孔內(nèi)壁接觸通電造成分流。上下電極上分別設(shè)有上電極水冷孔6和下電極水冷孔9；上電極的下表面無孔，用于壓緊管材。下電極的外徑、定位孔的直徑和深度與端塞的尺寸相匹配。焊接時電阻焊機(jī)上設(shè)置的焊接電流及電極壓力通過電阻焊機(jī)電極桿傳遞到此電阻焊裝置的上、下電極上，進(jìn)而借助上、下電極進(jìn)一步施加到被焊件，以便完成焊接過程。焊接過程為：將ODS鋼端塞放置于下電極上，并將位于端塞下部中心位置的定位銷置于下電極定位孔10內(nèi)，之后將ODS鋼管材1放置于端塞上的合適位置，焊接時上電極下壓至管材上表面，即可使管材與端塞緊密壓實(shí)。通過電阻焊機(jī)控制面板調(diào)節(jié)電極壓力、焊接電流及焊接時間，設(shè)定參數(shù)后，完成焊接，形成ODS鋼管材與端塞電阻焊接頭。所述焊接工藝為：焊接電流20-50kA，焊接時間10-400ms，電極壓力5-11kN，該工藝可獲得滲透探傷合格的ODS鋼管材與端塞電阻焊縫，且不會發(fā)生焊接飛濺或焊件壓潰現(xiàn)象，避免在使用過程中發(fā)生滲漏，保證了ODS鋼管材與端塞焊接結(jié)構(gòu)的安全性和美觀性。

對于壁厚小于1.5mm的ODS鋼管材與焊接位置處厚度小于1.5mm的端塞，所述焊接工為：焊接電流20-35kA，焊接時間10-200ms，電極壓力5-9kN；進(jìn)一步優(yōu)選：焊接電流20-25kA，焊接時間100-200ms，電極壓力5-7kN；或者優(yōu)選：焊接電流30-35kA，焊接時間10-50ms，電極壓力7-9kN；或者優(yōu)選：焊接電流25-33kA，焊接時間30-130ms，電極壓力6-8kN。

對于壁厚1.5-3.0mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度1.5-3.0mm的端塞，所述焊接工藝為：焊接電流30-50kA，焊接時間50-400ms，電極壓力7-11kN；進(jìn)一步優(yōu)選：焊接電流30-35kA，焊接時間300-400ms，電極壓力7-9kN；或者優(yōu)選：焊接電流45-50kA，焊接時間50-200ms，電極壓力9-11kN；或者優(yōu)選：焊接電流35-45kA，焊接時間100-300ms，電極壓力8-10kN。

所述焊接電流和焊接時間大小根據(jù)被焊的板材、端塞焊接位置和管材厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，被焊的板材、端塞焊接位置和管材壁厚越厚或管材越長，焊接電流越大或焊接時間越長。

ODS鋼管材與端塞的電阻焊焊接過程所采用的電阻焊機(jī)為型號DTBZ-160KA的中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)，額定功率為160kVA，最大短路電流為52kA，最大電極壓力為12000N，上、下電極桿可用于連接本發(fā)明所述的上、下電極等部件。

本發(fā)明實(shí)施例1-5中所選擇的ODS鋼的化學(xué)成分見表1。

表1 ODS鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

實(shí)施例1：接頭形式：板材搭接，材料：ODS-1，板厚：1.0mm，焊接電流：8.4kA，焊接時間：400ms，電極壓力：4kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例2：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-1，板厚：1.0mm，焊接電流：6.0kA，焊接時間：300ms，電極壓力：3kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例3：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-1，板厚：1.0mm，焊接電流：7.4kA，焊接時間：50ms，電極壓力：3kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例4：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-1，板厚：1.0mm，焊接電流：6.4kA，焊接時間：500ms，電極壓力：3kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例5：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-2，板厚：1.2mm，焊接電流：8.0kA，焊接時間：100ms，電極壓力：2kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例6：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-2，板厚：1.2mm，焊接電流：7.2kA，焊接時間：300ms，電極壓力：5kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例7：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-1，板厚：1.8mm，焊接電流：7.6kA，焊接時間：600ms，電極壓力：4kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例8：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-1，板厚：1.8mm，焊接電流：11.0kA，焊接時間：400ms，電極壓力：5kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例9：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-2，板厚：2.0mm，焊接電流：10.6kA，焊接時間：200ms，電極壓力：6kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例10：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-2，板厚：2.0mm，焊接電流：8.6kA，焊接時間：700ms，電極壓力：5kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例11：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-2，板厚：2.0mm，焊接電流：8.8kA，焊接時間：400ms，電極壓力：3kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例12：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-2，板厚：2.0mm，焊接電流：9.2kA，焊接時間：300ms，電極壓力：7kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

實(shí)施例13：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-1，管材外徑：20mm，壁厚：1mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1mm，直徑：22mm，焊接電流20kA，焊接時間150ms，電極壓力6kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例14：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-1，管材外徑：20mm，壁厚：1mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1mm，直徑：22mm，焊接電流35kA，焊接時間30ms，電極壓力7kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例15：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-1，管材外徑：20mm，壁厚：1mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1mm，直徑：22mm，焊接電流30kA，焊接時間10ms，電極壓力6kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例16：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-2，管材外徑：15mm，壁厚：1.2mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1.2mm，直徑：18mm，焊接電流25kA，焊接時間200ms，電極壓力8kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例17：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-2，管材外徑：15mm，壁厚：1.2mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1.2mm，直徑：18mm，焊接電流30kA，焊接時間40ms，電極壓力5kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例18：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-2，管材外徑：15mm，壁厚：1.2mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1.2mm，直徑：18mm，焊接電流25kA，焊接時間100ms，電極壓力9kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例19：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-1，管材外徑：22mm，壁厚：1.8mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1.8mm，直徑：24mm，焊接電流30kA，焊接時間200ms，電極壓力9kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例20：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-1，管材外徑：22mm，壁厚：1.8mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1.8mm，直徑：24mm，焊接電流50kA，焊接時間80ms，電極壓力10kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例21：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-1，管材外徑：22mm，壁厚：1.8mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1.8mm，直徑：24mm，焊接電流35kA，焊接時間50ms，電極壓力8kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例22：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-2，管材外徑：25mm，壁厚：2.0mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：2.0mm，直徑：28mm，焊接電流40kA，焊接時間400ms，電極壓力9kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例23：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-2，管材外徑：25mm，壁厚：2.0mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：2.0mm，直徑：28mm，焊接電流45kA，焊接時間250ms，電極壓力7kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

實(shí)施例24：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-2，管材外徑：25mm，壁厚：2.0mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：2.0mm，直徑：28mm，焊接電流40kA，焊接時間300ms，電極壓力11kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

比較例1：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-1，板厚：1.2mm，焊接電流：5.2kA，焊接時間：400ms，電極壓力：4kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

比較例2：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-1，板厚：1.2mm，焊接電流：8.8kA，焊接時間：400ms，電極壓力：4kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

比較例3：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-2，板厚：1.0mm，焊接電流：7.6kA，焊接時間：30ms，電極壓力3kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

比較例4：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-1，板厚：1.8mm，焊接電流：9.6kA，焊接時間：800ms，電極壓力3kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

比較例5：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-2，板厚：2.0mm，焊接電流：10.0kA，焊接時間：600ms，電極壓力2kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

比較例6：

接頭形式：板材搭接，材料：ODS-2，板厚：2.0mm，焊接電流：10.4kA，焊接時間：600ms，電極壓力7kN，焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式如表2所示。

比較例7：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-1，管材外徑：20mm，壁厚：1mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1mm，直徑：22mm，焊接電流15kA，焊接時間100ms，電極壓力7kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

比較例8：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-1，管材外徑：20mm，壁厚：1mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1mm，直徑：22mm，焊接電流40kA，焊接時間150ms，電極壓力8kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

比較例9：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-2，管材外徑：15mm，壁厚：1.2mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1.2mm，直徑：18mm，焊接電流25kA，焊接時間5ms，電極壓力7kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

比較例10：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-1，管材外徑：22mm，壁厚：1.8mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：1.8mm，直徑：24mm，焊接電流40kA，焊接時間500ms，電極壓力9kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

比較例11：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-2，管材外徑：25mm，壁厚：2.0mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：2.0mm，直徑：28mm，焊接電流45kA，焊接時間200ms，電極壓力6kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

比較例12：

接頭形式：管材與端塞電阻焊，材料：ODS-2，管材外徑：25mm，壁厚：2.0mm，ODS鋼端塞焊接位置厚度：2.0mm，直徑：28mm，焊接電流45kA，焊接時間300ms，電極壓力12kN，焊接飛濺及焊縫成形情況、滲透探傷結(jié)果如表3所示。

表2 板材搭接電阻焊接頭實(shí)施例和比較例的焊接飛濺情況、拉剪失效載荷及拉剪失效方式

表3 管材與端塞電阻焊接頭實(shí)施例和比較例的焊接飛濺及焊縫成形情況和滲透探傷結(jié)果

從ODS鋼板材搭接電阻焊接頭實(shí)施例1-12、比較例1-6、表2及圖2-圖5可以看出：

采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的ODS鋼電阻焊方法，實(shí)施例1-12焊接工藝參數(shù)在本發(fā)明范圍內(nèi)，焊接過程中未發(fā)生飛濺，焊縫成形美觀，拉剪失效載荷較大，其拉剪過程中發(fā)生熔核拔出失效方式。比較例1的焊接電流較低，為5.2kA，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（焊接電流6.0-8.4kA），導(dǎo)致熱輸入不足，熔核尺寸較小，在焊點(diǎn)拉剪過程中發(fā)生界面失效，且拉剪失效載荷也較低；比較例2的焊接電流較高，為8.8kA，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（焊接電流6.0-8.4kA），導(dǎo)致熱輸入過大，焊接過程中發(fā)生飛濺的同時納米氧化物強(qiáng)化相聚集為氧化物夾雜，這將導(dǎo)致熔核尺寸較小，雖然在焊點(diǎn)拉剪過程中發(fā)生熔核拔出失效方式，但拉剪失效載荷較低；比較例3的焊接時間較短，為30ms，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（焊接時間50-500ms），導(dǎo)致熱輸入不足，熔核尺寸較小，在焊點(diǎn)拉剪過程中發(fā)生界面失效，且拉剪失效載荷也較低；比較例4的焊接時間較長，為800ms，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（焊接時間200-700ms），導(dǎo)致熱輸入過大，焊接過程中發(fā)生飛濺的同時納米氧化物強(qiáng)化相聚集為氧化物夾雜，這將導(dǎo)致熔核尺寸較小，雖然在焊點(diǎn)拉剪過程中發(fā)生熔核拔出失效方式，但拉剪失效載荷較低；比較例5的電極壓力較低，為2kN，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（電極壓力3-6kN），電極壓力過低，焊縫處熔化金屬將會從焊縫內(nèi)溢出，形成焊接飛濺，惡化焊接接頭性能；比較例6的電極壓力較高，為7kN，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（電極壓力3-6kN），電極壓力過高，焊縫壓痕過深，導(dǎo)致焊縫成形較差。結(jié)果表明，電阻焊工藝參數(shù)不在本發(fā)明范圍內(nèi)時（對于厚度小于1.5mm的ODS鋼板電阻焊，焊接電流6.0-8.4kA，焊接時間50-500ms，電極壓力2-5kN；對于厚度1.5-3.0mm的ODS鋼板電阻焊，焊接電流7.6-11.0kA，焊接時間200-700ms，電極壓力3-6kN），焊點(diǎn)拉剪試驗(yàn)過程中將發(fā)生界面失效、焊接飛濺、形成氧化物夾雜或焊縫壓痕過深導(dǎo)致成形較差，這些問題對長期服役過程中ODS鋼焊接部件整體安全性和穩(wěn)定性不利。

從ODS管材與端塞電阻焊接頭實(shí)施例13-24、比較例7-12、表3及圖7-圖11可以看出：

采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的ODS鋼電阻焊方法，實(shí)施例13-24焊接工藝參數(shù)在本發(fā)明范圍內(nèi)，焊接過程中未發(fā)生飛濺，焊縫成形美觀，滲透探傷均合格。比較例7的焊接電流較低，為15kA，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（焊接電流25-35kA），導(dǎo)致熱輸入過小，焊縫金相圖表明未形成ODS鋼管材與端塞有效連接，因此滲透探傷時發(fā)生滲漏，不合格；比較例8的焊接電流過高，為40kA，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（焊接電流25-35kA），熱輸入較大，焊接過程中發(fā)生飛濺，導(dǎo)致焊縫成形較差，且焊接飛濺引起的焊縫缺陷導(dǎo)致滲透探傷時發(fā)生滲漏，不合格；比較例9的焊接時間過短，為5ms，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（焊接時間10-200ms），熱輸入過小，未形成ODS鋼管材與端塞有效連接，因此滲透探傷時發(fā)生滲漏，不合格；比較例10的焊接時間過長，為500ms，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（焊接時間50-400ms），熱輸入較大，焊接過程中發(fā)生飛濺，導(dǎo)致焊縫成形較差，且焊接飛濺引起的焊縫缺陷導(dǎo)致滲透探傷時發(fā)生滲漏，不合格；比較例11的電極壓力較低，為6kN，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（電極壓力7-11kN），電極壓力過低，焊縫處熔化金屬將會從焊縫內(nèi)溢出，形成焊接飛濺，導(dǎo)致焊縫成形較差，且焊接飛濺引起的焊縫缺陷導(dǎo)致滲透探傷時發(fā)生滲漏，不合格；比較例12的電極壓力過高，為12kN，未在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)（7-11kN），焊接過程中焊件在電極壓力作用下被完全壓潰。結(jié)果表明，電阻焊工藝參數(shù)不在本發(fā)明范圍內(nèi)時（對于壁厚小于1.5mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度小于1.5mm的端塞電阻焊，焊接電流20-35kA，焊接時間10-200ms，電極壓力5-9kN；對于壁厚1.5-3.0mm的ODS鋼管材與焊接位置厚度1.5-3.0mm的端塞電阻焊，焊接電流30-50kA，焊接時間50-400ms，電極壓力7-11kN），焊縫探傷時將發(fā)生滲漏，或焊件成形不美觀甚至發(fā)生壓潰現(xiàn)象，影響ODS鋼管材與端塞焊接件的安全性和使用性。

氧化物彌散強(qiáng)化鋼的電阻焊方法及裝置.pdf