反應(yīng)堆壓力容器焊縫微裂紋問題的確認(rèn)

陳 睿

(中廣核工程有限公司，廣東518124)

1 問題的提出

反應(yīng)堆壓力容器(RPV)中子測量管(TI管)與下封頭的焊接接頭，是結(jié)構(gòu)形式比較特殊的J型坡口焊縫。該焊縫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接難度大，是RPV制造過程中需要重點(diǎn)解決的難點(diǎn)工藝之一。為了順利地完成某百萬千瓦核電項(xiàng)目RPV的制造，國內(nèi)供應(yīng)商先進(jìn)行模擬工藝試驗(yàn)，為后續(xù)進(jìn)行的焊接工藝評定積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)。但是，試驗(yàn)結(jié)果并不理想，從焊縫的微觀金相檢查結(jié)果看，根部存在大量的氣孔、夾渣和微觀裂紋。之后，供應(yīng)商成立了攻關(guān)小組，調(diào)整工藝措施繼續(xù)試驗(yàn)，同時向法國公司(技術(shù)責(zé)任方)尋求技術(shù)支持。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和摸索，根部存在的氣孔、夾渣問題基本解決，但根部微裂紋一直無法消除。在焊接工藝評定過程中，評定試塊焊縫沒有發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣，但在焊縫根部普遍存在長度小于0.8 mm的微裂紋。焊接工藝評定焊縫中長度小于0.8mm的微裂紋可以接受嗎？

2 焊接工藝評定介紹和金相檢驗(yàn)結(jié)果

2.1 焊接工藝評定包含的內(nèi)容

TI管J型坡口焊接主要分為堆焊階段和與管子的對接焊階段。而根據(jù)管子與下封頭的位置和角度不同又分為直管焊接和斜插管焊接。

2.1.1 堆焊階段

RPV母材材料為16MnD5，TI管材料為690合金，在RPV下封頭低合金鋼母材上采用鎳基焊條進(jìn)行手工堆焊，焊接方法為焊條電弧焊。

在完成堆焊后，進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。

2.1.2 與管子的對接焊階段

采用鎳基焊條進(jìn)行TI管與RPV下封頭的對接焊，焊接方法為焊條電弧焊。

在完成對接焊后，進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。

2.2 金相檢驗(yàn)取樣位置

消應(yīng)力熱處理后，進(jìn)行金相檢驗(yàn)，取樣位置如圖1所示。

2.3 供應(yīng)商工藝評定關(guān)于金相檢驗(yàn)的要求

(1)宏觀金相檢查驗(yàn)證不存在裂紋、未焊透、咬邊、未融合及射線探傷標(biāo)準(zhǔn)中所描述的不接受的氣孔。

(2)微觀金相檢查驗(yàn)證不存在微裂紋和由于淬火而引起的殘留脆性相。

(3)微觀金相檢查照片至少應(yīng)包括母材和融合線的特征區(qū)域，至少包括放大200倍的顯微照片。

2.4 金相檢驗(yàn)結(jié)果

圖1 金相檢驗(yàn)取樣位置Figure 1 Sampling position for metallographic test

宏觀試樣對應(yīng)的微觀試樣結(jié)果MA1MI1宏觀試樣根部有缺陷,微觀放大200倍,根部缺陷長度0.29 mmMA2MI2宏觀試樣根部有缺陷,微觀放大200倍,根部缺陷長度0.59 mmMA3MI3宏觀試樣根部有缺陷,微觀放大200倍,根部缺陷長度0.40 mmMA4MI4宏觀試樣根部有缺陷,微觀放大200倍,根部缺陷長度0.23 mm

表2 斜插管金相檢驗(yàn)結(jié)果Table 2 Metallographic test results for incline tube

金相檢驗(yàn)結(jié)果分別見表1(直管)和表2(斜插管)。

3 微裂紋問題的確認(rèn)

在法國公司技術(shù)人員協(xié)助供應(yīng)商完成工藝評定前，供應(yīng)商認(rèn)為微裂紋不論長度多少都不允許存在，導(dǎo)致工藝評定停滯。在法國公司技術(shù)人員到來后，向供應(yīng)商明確指出根部焊道允許有微裂紋，長度不超過0.8 mm的微裂紋是可以接受的。這是根據(jù)RCCM-SI400的規(guī)定，在局部焊透角焊縫的情況下，根部缺陷不超過0.8 mm是允許的。法國公司也由此判定上述工藝評定是可以接受的。

一般說來，裂紋是造成壓力容器失效的重要因素之一，是設(shè)備失效的重要隱患。TI管焊接工藝評定的取樣是在任意相隔90°的部位剖開的，在每個檢測面都能發(fā)現(xiàn)尺寸不等的裂紋，可以推斷這種根部裂紋整圈都存在。對此，我們存在以下幾方面的疑問：

(1)RCCM-SI400相關(guān)條款是否適用于TI管J型焊縫？

(2)RCCM-SI400相關(guān)條款描述的根部缺陷是否包括微裂紋，如果根部缺陷包括微裂紋，為什么裂紋長度必須小于0.8 mm？

(3)TI管角焊縫不能進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，如果評定通過，TI管按此評定進(jìn)行焊接，根部微裂紋是否會對今后的設(shè)備運(yùn)行壽命產(chǎn)生影響？

(4)根部有微裂紋的評定能否接收？

針對以上疑問，我們專門向法國公司(技術(shù)責(zé)任方，RCCM編委會成員)進(jìn)行了咨詢。法國公司回復(fù)內(nèi)容概括如下：

(1)RCCM-SI400相關(guān)條款適用于TI管J型焊縫。

(2)RCCM-SI400相關(guān)條款描述的根部缺陷包括微裂紋，并且對于TI管所采用的材料，這種缺陷幾乎是不可避免的，RCCM通過定義可接受的缺陷尺寸確認(rèn)了這個事實(shí)。

(3)因?yàn)?90合金相比600合金具有抵制應(yīng)力腐蝕的能力，應(yīng)力腐蝕相比微裂紋危害更大，所以RCCM規(guī)定TI管選用690合金。

(4)長度小于0.8 mm的根部微裂紋符合RCCM的要求，發(fā)現(xiàn)微裂紋的TI管J型坡口焊接工藝評定是可接受的。

4 結(jié)論

RCCM規(guī)定TI管材料選用690合金，是因?yàn)?90合金具有抵制應(yīng)力腐蝕的能力，而應(yīng)力腐蝕相比微裂紋危害更大。對于TI管所采用的690合金材料，焊縫根部微裂紋幾乎是不可避免的。通過試驗(yàn)和工程實(shí)踐驗(yàn)證，RCCM規(guī)定長度小于0.8 mm微裂紋是可以接受的。

綜上所述，我們認(rèn)為TI管J型坡口焊接工藝評定中長度小于0.8 mm的微裂紋是可以接受的。