锆的焊接讲义Zr.pdf

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1、锆及锆合金的焊接讲义目录1、活性金属和难溶金属2、锆的基本概念及简介2.1、锆的主要性质及用途2.2、锆的来源及提炼工艺2.3、锆的分类3、锆的基本属性4、锆材的性能的化学成分及物理性能4.1、锆材的化学成分4.2、锆的物理性能5、锆材的力学性能及许用应力值5.1、锆材的常温力学性能5.2、锆材的高温低温性能5.3、锆及合金不直接加热容器用锆的力学性能6、锆的金属学6.1、合金元素在锆中的作用6.2、气体杂质元素在锆中的作用6.3、锆合金中合金元素分类7、锆的焊接7.1、锆的基本属性7.2、物理性能7.3、锆的焊接性7.4、锆及合金的焊接工艺7.5、锆

2、与其他金属的焊接7.6、锆钢复合板的焊接8、锆铪及其化合物的应用8.1、原子能工业8.2、锆在钢铁工业中的应用8.3、在有色金属方面8.4、化学工业1、活性金属和难溶金属1.1、活性金属是在高温下对氧和其他间隙元素有很高亲和力的金属如锆、锆；1.2、难溶金属是与铬相同或超过铬的熔点的金属如铌、钽、钨、钼、铬、钒、铼等。2、锆的基本概念及简介锆来自于阿拉伯语单词zargun，为金色，用来形容锆宝石（ZrSiO4）。在1789年由M.H.Klaproth（克拉普罗特）在德国发现锆，1824年分离出非纯锆，1916年李国钦博士创立华昌公司，在1924年制出具

3、有延展性的锆金属并于1947年以试验规模生产出工业用锆，1949年采用镁热置还原法制备锆金属，1956年建立锆厂，六十年代早期，锆和锆开始用于防腐。1965年锆合金用于核工业，1970年代第一次在醋酸生产中大规模使用锆。2.1、锆的主要性质及用途锆(Zr)是第九种最普通元素，在地壳中含量丰富，占0.025%,其地质含量超过Zn、Pb、Ni，甚至超过Cu、Sn,储量为铜储量的2.5倍。熔点1882℃，3沸点为4377℃，密度为6.506g/cm(20℃)。根据锆的性能特点，锆主要用于核反应堆、化工设备和作为合金成分三方面。锆的热中子吸收截面低（0.18靶

4、），铪热中子截面高（105靶）；锆的原子序为4a，原子量91.224,如此，锆被广泛得用于：（1）锆是一种热中质穿透材料；在中子辐射下，锆的强度韧性不变，热中子的吸收截面小，是良好的反应堆结构材料；（2）优异的耐蚀材料锆对很多腐蚀介质均有很强的抗力，优良的抗酸、碱和液体金属腐蚀能力，使锆成为当今热交换器、汽提塔、干燥塔、反应器阀门、管道系统和核应用的优先选择材料。（3）除氢除气材料，在低温条件下就开始吸氢。（4）作为钢、铝、镁、铜、钼、锆、铌等的最好的合金元素；锆作为合金添加剂主要用于铝镁合金用于控制晶粒尺寸和微观结构，用于钢中主要用来脱氧。2.2、锆

5、的来源及提炼工艺1）锆的来源锆主要来自于两种矿石：锆英石和斜锆石；工业锆主要来源于海边沙滩中中的锆英石和斜锆石，在澳大利亚、美国佛罗里达主要以锆英石为主，南非、俄罗斯主要以斜锆石为主。锆英石主要用在陶瓷釉料遮光剂、耐火材料、铸膜、阴极射线管及光纤用玻璃、高级陶瓷、磨料和化工产品等。2）锆的生产流程锆的生产提炼工艺制备方法与锆基本相似，生产海绵锆的产量少，国内需求量少，产量小。包括克罗而工艺，化学萃取工艺，主要有以下几个主要程序：（1）锆英石的备料（2）锆英石的粗氯化（3）除氯塔，回收四氯化硅、锆铪分离、溶解四氯化锆、调整溶液配比并分离；基本化学工艺方法

6、如下：ZrO2---ZrCl2----MgCl2+Zr海绵锆和海绵锆一样，制备后成分除了O、H、N之外，其他元素基本不发生变化。锆材铸锭的加工基本工艺流程：海绵锆-----真空烘干------组批混料------压单块电极-----电极组焊-----一次电子束-----切底垫-----取样分析------氩弧焊箱内焊接------二次电子束-----扒皮取样分析成分-----去头部-----切除底垫------超声探伤-----成品铸锭2.3、锆的分类锆可分为（1）核工业用锆，限制铪含量小于万分之几，都需要热处理；（2）非核工业用锆，铪含量可达4%左右

7、；3、锆的基本属性锆是一种活性金属，对杂质元素的存在十分敏感，微量的杂质就可能导致脆化。对环境气体中的氧、氮、氢等气体都有很强的亲和力。高温下，锆容易很容易被气体污染发生氧化反应。在室温下就能与空气里的氧气反应，形成一层氧化物保护膜。这层保护膜给了锆及合金极强的防腐蚀能力。锆及锆合金在加热400℃温度以下时，能被空气中的氧、氢、氮等所污染，可分别产生脆性化合物，严重影响接头性能，对塑性的影响更为敏感。一般情况下，为保持锆及合金等塑韧性，尽量限制锆中的氧含量降到最低。空气中200℃开始生成ZrO3，在大约550℃以上，与空气中的氧反应生成多孔的脆性氧化膜

8、，在700℃以上，锆能吸收氧而使材料严重脆化。在高温下锆能与上述气体反应，氢在300℃开始吸氢