机械工程学报

作者：康举, 王启冰, 王智春, 韩哲文, 左月, 张华, 焦向东

单位：1. 北京石油化工学院机械工程学院 北京 102617;2. 北京石油化工学院能源工程先进连接技术北京市高等学校工程研究中心 北京 102617;3. 华北电力科学研究院有限责任公司 北京 100045

关键词：异种钢焊接接头,早期失效,高温蠕变,高温疲劳,断裂机理；

基金：国家自然科学基金（52175286）、北京市自然科学基金（3194048）、先进焊接与连接国家重点实验室开放课题研究基金（AWJ-21M13）、先进成形制造教育部重点实验室开放课题基金（202102）、清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室开放基金（SKLTKF20B16）、北京石油化工学院交叉科研探索（BIPTCSF-004）和北京石油化工学院重要科研成果培育（BIPTACF-009）资助项目。

我国现役超超临界（Ultra-supercritical，USC）火电机组锅炉受热面管系中有大量由铁素体耐热钢与镍基合金/奥氏体耐热钢构成的异种钢焊接接头（Dissimilar metal welded joints，DMWJs）。生产实践表明，大量的DMWJs在服役7万～10万h后发生早期失效，使用寿命远低于设计寿命30年或20万h。DMWJs早期开裂事故的频发，不仅对机组的安全运行造成极大危害，而且给发电企业带来了巨大的经济损失和负面的社会影响，同时也反映了当前对异种钢焊接，尤其是DMWJs高温服役性能的认识仍存在不足。为深入解析DMWJs的早期失效原因，回顾并总结了国内外近20年对9-12% Cr钢/镍基合金、9-12% Cr钢/奥氏体耐热钢DMWJs在高温蠕变、高温疲劳等高温力学性能方面的研究结果；分别从环境温度、加载应力、DMWJs的热力学特性、焊接残余应力、微观组织演变等方面，总结了不同因素对DMWJs高温断裂模式和断裂特征的影响，详细阐述了DMWJs在高温蠕变和疲劳条件下的断裂机理，归纳了当前较流行的高温断裂损伤物理模型及其发展应用。最后，本文建议了两种较为有效的可改善接头高温力学性能的方法，并对未来的研究方向进行了建议和展望。

来源：2022年第24期

《机械工程学报》期刊编辑部

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