熔盐反应堆是第四代先进裂变核能系统的候选反应堆之一。得益于其本质安全、广阔的经济发展前景和优异的高温综合利用潜力，受到了世界各国的广泛关注和研究。然而，熔盐反应堆高温、强中子辐照和强氟化物熔盐腐蚀等极端服役环境，对反应堆所用结构材料的合金性能提出了严格要求。镍基UNS N10003(Hastelloy N和GH3535) 合金因其对氟化物熔盐的优异耐腐蚀性而被公认为熔盐反应堆的最佳替代合金。提高反应器的操作温度是提高其高温综合利用效率的最经济的方法之一。

GH3535高温镍基合金（牌号UNS N10003）因其优越的高温机械性能、高温抗氧化性以及耐腐蚀性，被选为熔盐堆的结构备选材料。焊接是反应堆构件成型必不可少的连接工艺。

【资料图】

GH3535镍基高温合金的化学成分

UNS N10003（Hastelloy N 和GH3535）高温合金的焊接

（1）焊接热裂纹敏感性

UNS N10003材料中含有S、P等杂质元素，焊接冶金过程中容易发生杂质偏析，加上材料中的强化元素Si、B等在合金中溶解度有限，很容易与Ni 或者Ni的氧化物形成低熔点共晶物。这些掺杂在熔池中的低熔点共晶物在焊缝金属凝固过程中在晶界形成液态薄膜，在较大的焊接残余应力作用下，极容易产生裂纹。

（2）晶粒粗大

由于UNS N10003材料的热导率较小，比热容较大，焊接过程中热量扩散较慢，使得焊缝及热影响区的热量累积时间较长，造成晶粒粗大的倾向。

（3）气孔及层道间未熔合、未焊透

根据材料的物理性能可以看出，UNS N10003 材料具有导热性差、比热容大等特点。同时材料的Ni、Mo等合金元素含量较高，焊接过程中熔池的流动性差，焊接的熔池表面也很容易形成难熔的氧化膜，熔池形态比较模糊，影响焊工视野，加上氧化物的熔点较高，很容易产生层道间未焊透、未熔合的缺陷。而且熔池的流动性差势必造成熔池中的气体很难溢出，气孔倾向也增大。

（4）夹渣

镍合金的氧化物的熔点高于合金本身，当焊缝金属熔化时，氧化物并未熔化，焊缝熔池凝固后，镍的氧化物会以夹杂物的形式存在于熔敷金属中形成夹渣，造成塑韧性下降。

UNS N10003（Hastelloy N 和GH3535）合金和316L奥氏体不锈钢焊接

UNS N10003为镍基合金，316L为奥氏体不锈钢，两种合金的金相组织均为奥氏体组织，焊接性能十分相近。UNS N10003合金的主要成分为镍，316L的主要成分为铁，镍与铁在化学元素周期表中属于同一周期、同一族，其物理性能和化学性能十分相近，相互可以无限固溶，这也有利于两种合金的焊接。但焊接的过程中也会遇到同种金属焊接的相同问题，如合金中的杂质或合金元素对焊缝金属的不良影响等，造成气孔、热裂纹、未焊透、未熔合等焊接缺陷。

依据焊接工艺参数，严格执行质量控制要点，可以得到性能良好、满足技术要求的UNS N10003镍基合金与316L不锈钢异种合金焊接接头。焊接过程中必须进行层间清理，去除鱼鳞纹及氧化膜，可有效避免产生层间未熔合等缺陷。