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SA508-3/EQ309L异种接头中剥离裂纹的存在,直接影响了核电设备的服役寿命和安全运行,引起了行内的普遍关注,然而,对于接头的失效形式,现在还没有形成一个统一的认识,特别是SA508-3/EQ309L异种接头在堆焊过程中产生的剥离失效问题。普遍认为焊接残余应力和Type II型晶界是导致异种接头失效的主要原因,但是,对于SA508-3/EQ309L异种接头为什么是在堆焊层达到一定厚度时才会产生剥离?剥离在何处、沿着什么路径进行?有哪些因素可能会影响到剥离裂纹的形成,接头的性能、Type II型晶界和焊接残余应力在其中扮演了什么样的作用,也缺乏系统的研究。本文在实验的基础上,结合数值模拟,对SA508-3/EQ309L异种接头的剥离失效进行了深入的研究。结果表明,堆焊层与母材间结合强度降低,以及焊接残余应力是促使SA508-3/EQ309L异种接头剥离失效的主要作用机理。试验表明,过大的稀释率、过高的焊接热输入和预热温度/层间温度,会导致接头中形成Type-II型晶界和马氏体硬化组织。Gleeble热模拟试验证明,随着焊接热输入、预热温度/层间温度的提高,相变以上高温停留时间延长,界面处形成的马氏体硬化层逐渐增宽,同时Type-II型晶界不断向熔合线靠近,此外,扩散氢和碳化物在晶界处富集,引起接头脆性增加,堆焊层与母材间结合强度下降。拉伸/剪切试验结果表明,当接头中同时存在上述影响因素时,堆焊层与母材间结合强度可下降30%以上。这是导致SA508-3/EQ309L异种接头剥离失效的最根本原因。剥离裂纹是在晶界弱化和焊接残余应力的共同作用下产生的。有限元数值模拟结果表明,过渡层中的焊接残余应力是随着堆焊层数的增加而不断升高的,并且应力在Type-II型晶界的三岔晶界处集中;当应力水平超过了堆焊层与母材间的结合强度时,裂纹首先在弱化的Type-II型晶界处萌生;残余应力在裂纹尖端形成应力集中,使裂纹沿着Type-II型晶界不断扩展,最后导致堆焊层大面积的剥离。从拉伸试验来看,模拟结果与试验结果吻合良好。该结果可用于解释为什么剥离裂纹是在堆焊层达到一定厚度时才会形成。