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钒合金是以钒为基体通过添加4wt%Cr和4wt%Ti形成的单相固溶体,由于具备良好的低活化特性以及优异的抗辐照损伤性能,因而被作为聚变堆包层部件的候选结构材料。钒基合金应用于聚变堆包层结构,需要探究合适的连接技术,以获得具备优良性能的钒合金接头。本文讨论了钒合金的焊接性,利用氩弧焊、激光焊进行钒合金的连接,获得焊缝结合情况良好的钒合金接头,并对钒合金激光焊焊接接头进行了673K/1h-1273K/1h的焊后热处理。利用金相显微镜、SEM(扫描电子显微镜镜)对V-4Cr-4Ti焊接接头进行了微观组织观察、成分分析。对钒合金焊接接头进行了维氏硬度、室温拉伸实验等测试,以探究焊接及焊后热处理过程中钒合金焊接接头部分力学性能的变化及机制。氩弧焊焊接工艺参数为电流160A、焊速4mm/s、钨极直径2.4mm时,钒合金接头焊缝区结合情况良好。焊缝区的组织结构由致密细小的等轴晶区(20μm)以及长条状的柱状晶区组成,此外焊缝区还出现了板条状析出相(600nm)。熔合区作为焊缝区以及热影响区的界限,附近存在着竞争生长以及联生结晶的现象。与钒合金母材相比,焊缝区出现了硬化现象,维氏硬度高达280Hv,约为母材硬度的170%。此外,钒合金氩弧焊接头的纳米压痕压入深度-载荷曲线也同样说明了焊缝区的硬化现象。硬化现象与等轴晶的细晶强化作用以及析出相的析出强化效果有关。室温拉伸实验结果表明,钒合金氩弧焊接头的抗拉强度以及延伸率均低于钒合金母材,下降的原因主要是由于焊缝区碳、氧等杂质元素含量的升高导致的脆化以及焊接残余应力的存在。钒合金激光焊焊接接头的制备工艺参数为功率2000W、焊接速度10mm/s、光斑直径0.3mm时,可获得焊缝结合情况良好的钒合金激光焊焊接接头,焊缝区由平均尺寸约为8μm的等轴晶区以及柱状晶区组成,与钒合金氩弧焊接头相比,钒合金激光焊接头焊缝区的晶粒细化程度更高。焊缝区维氏硬度高达425.3Hv,约为母材硬度的258%,硬化程度远高于钒合金氩弧焊接头。对于钒合金激光焊焊接接头的室温拉伸实验而言,断裂位置仍位于焊缝区,抗拉强度为338.8MPa,延伸率为3.69%,略高于钒合金氩弧焊接头320MPa的抗拉强度以及3%的延伸率,但仍低于钒合金母材。退火温度的不同,会对钒合金激光焊接头焊缝区的组织形貌产生不同的影响。673K/1h退火后,焊缝区组织形貌无明显变化,随着退火温度升至873K,焊缝区出现了长条状的析出相,当退火温度继续上升至1073K、1273K,析出相会继续夺取基体中的C、N、O等元素出现长大的现象。673K/1h-1273K/1h退火后焊缝区微观组织形貌的变化会对接头的力学性能产生影响。673K/1h的热处理后,焊缝区出现软化现象,由平均425.3Hv降至平均330.8Hv。而当退火温度升至873K时,焊缝区会出现硬化现象,焊缝区平均维氏硬度上升至365.1Hv。随着退火温度继续上升至1073K、1273K,焊缝区会再次出现软化现象,维氏硬度分别下降至280.4Hv以及265.9Hv。而对于钒合金激光焊接头的室温拉伸性能而言,与焊接态抗拉强度338.8MPa,延伸率3.69%相比,673K/1h退火后的钒合金焊接接头抗拉强度以及延伸率分别为345MPa、4.58%。随着退火温度升至873K,钒合金焊接接头的抗拉强度以及延伸率再次提升至359.9MPa、4.65%。当退火温度继续上升至1073K、1273K时,抗拉强度分别降为354MPa、349MPa,而延伸率继续上升至5.21%、5.70%。本文通过氩弧焊以及激光焊的方式进行了钒合金焊接接头的制备,通过对比组织形貌以及力学性能可以看出,激光焊焊接接头性能更为优异。探究了673K/1h-1273K/1h的退火处理对钒合金焊接接头组织形貌以及力学性能的影响机制,进一步提升了钒合金焊接接头的力学性能。