大型壓水堆電氣貫穿件套筒焊接缺陷分析及工藝改進

【摘要】針對大型壓水堆中電氣貫穿件的T型接頭焊接，采用了剛性方法控制焊接變形，用手工焊條電弧焊（SMAW）焊接時出現(xiàn)裂紋問題，對原因進行了分析，改進了焊接工藝，減少了焊縫缺陷，提高了超聲波檢測合格率。

【關(guān)鍵詞】SA-350 Gr.LF2Cl.1；SA-738Gr.B；焊接變形；SMAW；裂紋 焊接工藝；貫穿件

1.前言

新型核電在建造中采用模塊化建造技術(shù)，實行車間預(yù)制、現(xiàn)場組裝和整體吊裝的方法，提高了建造效率。模塊主要分為結(jié)構(gòu)模塊、設(shè)備模塊和CV模塊，CV模塊上分布42個機械貫穿件套筒，29個電氣貫穿件套筒，以及2個設(shè)備閘門和2個人員過渡艙。

2.焊接工藝及產(chǎn)生缺陷原因分析

2.1母材及焊材

CV貫穿件補強板采用鋼材SA-738Gr.B，其主要的化學成分如下表1。

2.2焊接工藝

電氣貫穿件補強板厚度90mm，套筒壁厚57mm。套筒與補強板的接頭采用T型接頭，采用手工電弧焊，焊接電流90～180A，電壓22～28V，最大熱輸入35.6KJ/cm，最小預(yù)熱溫度100°C，最大層間溫度200°C，焊后進行熱處理消除應(yīng)力。

焊縫厚度較大，焊縫采用雙面V型坡口，焊縫清根形式為碳弧氣刨，清根后做PT檢測，焊縫蓋面完成后進行PT、UT檢測。

2.3焊接過程產(chǎn)生缺陷及原因分析

在套筒與補強板焊縫焊接監(jiān)控過程中發(fā)現(xiàn)，焊縫在清根后PT檢測時基本無顯示性缺陷產(chǎn)生。但在整體焊接完成后，進行UT檢測時絕大多數(shù)焊縫均存在不可接受缺陷。缺陷形式為裂紋、未焊透、未熔合。缺陷位置在靠近套筒一側(cè)，有些裂紋已擴展至套筒近表面。

分析缺陷產(chǎn)生原因如下：

（1）焊縫根部間隙小，間隙大多在0～2之間，焊接時不容易焊透，氣刨清根時如果挖的深度不夠，缺陷就容易殘留在焊縫內(nèi)部。

（2）焊接殘余應(yīng)力是裂紋產(chǎn)生的必要條件。補強板拉伸強度585～705MPa，套筒拉伸強度485～655MPa，E9018拉伸強度620～735MPa，由于焊縫厚度較大，焊接過程會產(chǎn)生很高的殘余應(yīng)力，而在焊接套筒與補強板焊縫前，補強板與筒體焊縫已經(jīng)焊接完成，焊縫在拘束狀態(tài)下，應(yīng)力無處釋放，在拉伸應(yīng)力作用下裂紋就在母材與熔敷金屬中薄弱部位產(chǎn)生了。

（3）焊后去應(yīng)力熱處理未及時進行。多數(shù)焊縫焊接完成后，需UT檢測合格后進行去應(yīng)力熱處理，放置時間超過一個月，去應(yīng)力熱處理未及時進行，焊縫在應(yīng)力長期作用下產(chǎn)生裂紋。

2.4工藝改進

針對缺陷產(chǎn)生的原因，可以制定相應(yīng)的改進措施。

（1）為避免焊縫根部產(chǎn)生未焊透、未熔合缺陷產(chǎn)生，采用氬弧焊打底，這樣既避免了氣刨時缺陷刨不凈，也能大大減少人力消耗。

（2）由于焊縫根部容易產(chǎn)生缺陷，打底第一層強制進行PT或MT檢測，如發(fā)現(xiàn)缺陷及時進行消除。

（3）焊縫拘束狀態(tài)下應(yīng)力無處釋放，改進安裝工藝，先組裝焊接套筒與補強板焊縫，這樣在焊接過程中，焊縫處于無約束狀態(tài)，應(yīng)力可進行最大程度的釋放，減少裂紋產(chǎn)生。

（4）分析兩種母材與焊材的拉伸應(yīng)力及缺陷產(chǎn)生位置，考慮采用拉伸應(yīng)力與套筒相近的焊材進行焊接，即采用低配焊材代替目前的高配焊材。

（5）焊接完成后立刻進行消除應(yīng)力熱處理，及時將焊接過程中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力釋放掉。

3、結(jié)論

綜上所述，焊接工藝制定時，焊材盡量采用低配，可以有效避免焊縫在拉伸應(yīng)力作用下被強行撕裂。焊接時盡量避免在高拘束狀態(tài)下焊接，使焊接應(yīng)力得到有效的釋放，如果實在不能避免在高拘束狀態(tài)下焊接，則焊接完成后應(yīng)立即進行焊后熱處理及時消除焊接應(yīng)力，避免焊縫在應(yīng)力長期作用下產(chǎn)生裂紋。

參考文獻

[1]ASTM A 350/A 350M-04 A738/A 738M-03a

[2]American Society of Mechanical Engineers （ASME） Boiler and Pressure Vessel Code 2001 sections， including the 2002 addenda：

Section II \"Material Specifications”

Section V \"Nondestructive Examination”

Section XI “Rules for In-service Inspection of Nuclear Power Plant Components”