核電高加熱管的脹接工藝性探討

諶杰林

【摘要】在目前國(guó)內(nèi)的部分核電的機(jī)組中，高壓的加熱前換熱管都已經(jīng)全部采用鐵素體的不銹鋼管，該不銹鋼管與其他的不銹鋼管材不一樣，管材的脆性轉(zhuǎn)變的溫度比較高，并且對(duì)換熱器脹接的質(zhì)量產(chǎn)生了很大的影響。本篇文章主要從脹接的溫度以及化學(xué)成分等方面討論影響材料脆性的轉(zhuǎn)變溫度因素，通過(guò)模擬一些脹接的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證此材料脹接的性能好壞，本篇文章討論的內(nèi)容為核電高加生產(chǎn)和制造提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：核電高壓；加熱器；脹接的工藝；探討

通常情況下鐵素體的不銹鋼換熱的管子抗腐蝕能力都要比碳鋼好，其傳熱的性能要比奧氏體的不銹鋼好，并且該管材在價(jià)格方面也要比奧氏體的不銹鋼有優(yōu)勢(shì)。目前我國(guó)很多核電機(jī)組高壓的加熱器都是選取這種換熱管。特別是在寧德、紅沿河以及嶺澳這些核電的工程中，都是選用這種材質(zhì)換熱器。因?yàn)殍F素體的不銹鋼脆性轉(zhuǎn)變的溫度比較高，所以材料的脆性轉(zhuǎn)變的溫度很大程度上會(huì)對(duì)換熱管接管質(zhì)量產(chǎn)生影響。

1.換熱管脹接溫度

本篇文章所提到鐵素體的不銹鋼和其他的不銹鋼一樣，但是研究的不銹鋼韌性以及脆性轉(zhuǎn)變的溫度比較高，所以說(shuō)在對(duì)管子和管板進(jìn)行脹接的時(shí)候，一定要控制整個(gè)過(guò)程中的溫度。為了能夠研究檢測(cè)管子的脆性轉(zhuǎn)變的溫度，本次在不同的溫度下對(duì)管子的母材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出具體的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示的結(jié)果是，在溫度為20、-10、-40攝氏度的時(shí)候，管子都不會(huì)發(fā)生彎曲變形，也不會(huì)出現(xiàn)裂紋；當(dāng)溫度在-20攝氏度的時(shí)候，有一個(gè)式樣發(fā)生了細(xì)小的裂紋，還有三個(gè)試樣沒(méi)有發(fā)生彎曲，也沒(méi)有出現(xiàn)裂紋。當(dāng)溫度在-69攝氏度的時(shí)候六個(gè)試樣中只有一個(gè)試樣沒(méi)有出現(xiàn)裂紋，有四個(gè)試樣都在焊接縫處出現(xiàn)裂紋，還有一個(gè)試樣已經(jīng)完全斷裂。當(dāng)溫度為-70攝氏度的時(shí)候，三個(gè)試樣中有一個(gè)試樣出現(xiàn)了裂紋，還有兩個(gè)試樣完全斷裂。當(dāng)溫度處于-80攝氏度的時(shí)候，兩個(gè)試樣都發(fā)生了斷裂。從實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)溫度在-10攝氏度以上的時(shí)候，換熱管脆變的概率比較小，因此在進(jìn)行脹接操作的時(shí)候，要盡量將溫度控制在-10攝氏度以上。

2.鈦的含量對(duì)于脆性的變溫影響

通過(guò)對(duì)鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分進(jìn)行分析，除了晶粒度的大小會(huì)對(duì)脆性的轉(zhuǎn)變溫度產(chǎn)生影響以外，鈦的含量也會(huì)對(duì)此產(chǎn)生影響，因此也要對(duì)鈦的含量進(jìn)行控制。研究表明，鈦的含量越高，不銹鋼材料的脆變溫度就會(huì)越高，相反脆變的溫度就會(huì)越低。如圖1所示，就是對(duì)不同鈦含量的試管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)曲線圖。

從圖中可以看出當(dāng)換熱管鈦的含量處于0.33%，并且溫度低于-20攝氏度的時(shí)候，此時(shí)對(duì)試管進(jìn)行沖擊的實(shí)驗(yàn)，有一部分的管子試樣會(huì)因此發(fā)生開(kāi)裂的情況。但是當(dāng)溫度比-20攝氏度高的時(shí)候，沖擊試驗(yàn)之后的管子試樣就沒(méi)有發(fā)生開(kāi)裂的情況。從以上的數(shù)據(jù)得出結(jié)論：鈦含量處于0.33%的試管會(huì)發(fā)生開(kāi)裂情況的零界點(diǎn)溫度為-20攝氏度。同樣，當(dāng)試管的鈦含量處于0.5%，并且溫度比0攝氏度還要低的時(shí)候，此時(shí)對(duì)試管進(jìn)行沖擊的實(shí)驗(yàn)，試管中的樣子有一部分樣子發(fā)生了開(kāi)裂，但是當(dāng)溫度比0攝氏度高的時(shí)候，試管中的樣子都沒(méi)有發(fā)生開(kāi)裂的情況，因此含量是0.5%的試管中樣子會(huì)發(fā)生開(kāi)裂情況的臨界點(diǎn)是0攝氏度。

3.鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能

為了能夠?qū)㈣F素體的不銹鋼材料性很好地說(shuō)明出來(lái)，本次的研究選擇了經(jīng)過(guò)國(guó)外電廠高加過(guò)后的奧體不銹鋼的材料進(jìn)行對(duì)比。研究對(duì)比出來(lái)的數(shù)據(jù)顯示，從化學(xué)成分上看來(lái)，鐵素體的不銹鋼中鎳的含量比較低。同時(shí)在常溫的力學(xué)方面看來(lái)，鐵素體的不銹鋼抗拉的輕度和伸長(zhǎng)率都要比奧氏體的不銹鋼要低。

4.操作脹接設(shè)備時(shí)候的注意事項(xiàng)

在對(duì)脹接的設(shè)備進(jìn)行操作的時(shí)候主要注意的事項(xiàng)有四點(diǎn)：

4.1脹管器應(yīng)該選擇不帶翻邊脹珠直邊的脹管器，同時(shí)脹管器的尺寸要與管板的厚度 和管子的內(nèi)徑相符合。

4.2脹接器的脹桿和脹珠直徑、圓錐度以及脹珠在槽孔里面的間隙和測(cè)量脹珠位移要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

4.3在進(jìn)行脹管的過(guò)程中應(yīng)該保證脹管器是處于正確的位置，并且均勻、平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.4脹管器的速度通常情況下要控制在每分鐘30轉(zhuǎn)以下，脹口的溫度不能夠比50攝氏度高。

5.對(duì)于脹接管子技術(shù)方面要求

對(duì)于脹接管子技術(shù)方面的要求主要有四點(diǎn)：

①在用管子進(jìn)行脹接的時(shí)候要讓管子與相關(guān)要求規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)相符合

②脹接的管子外面不能夠有銹蝕、砂眼、管端不能夠有縱向的溝紋，如果出現(xiàn)了橫向的溝紋，溝紋的深度不能夠比管子壁厚的十分之一多，內(nèi)部和外部的表面都不能夠有銹蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象。

③管口的端面不能夠出現(xiàn)毛喇的現(xiàn)象，并且應(yīng)該與管子里面的中心相垂直，可以用角尺進(jìn)行檢查，管口的邊緣與角尺之間的縫隙不能夠比管子的外徑20%大。

④應(yīng)該將換熱器的管身清理干凈，能夠保證管孔的壁面不會(huì)在穿管的時(shí)候被污染，同時(shí)還要確保換熱管的管端外面應(yīng)該是呈現(xiàn)金屬光澤，不能夠出現(xiàn)棱角，同時(shí)長(zhǎng)度不能夠小于整個(gè)管板厚度的2倍。

以上四點(diǎn)是對(duì)于脹接管技術(shù)方面的要求主要就是在進(jìn)行脹接準(zhǔn)備的時(shí)候會(huì)用到這些，處理好這四點(diǎn)內(nèi)容是整個(gè)脹接的基礎(chǔ)，為后面對(duì)管子脹接的工藝打下了很好的基礎(chǔ)，所以在進(jìn)行實(shí)際操作的時(shí)候一定要注意對(duì)于脹接管技方面的要求。

6.討論

目前我國(guó)在很多核電的項(xiàng)目工程上使用了SA803TP439的換熱器，大多數(shù)的工程都取得了很大的成功，但是在鐵素體的不銹鋼脹接的地方，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有建立好很完善的規(guī)范準(zhǔn)則和參考資料，存在許多有待完善提高的地方，在整個(gè)制造的過(guò)程中，也會(huì)發(fā)生換熱管缺陷的問(wèn)題。因此鐵素體的不銹鋼脆性轉(zhuǎn)變的溫度不是對(duì)管子和管板脹接產(chǎn)生影響唯一的因素。

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