核電站鋼制安全殼SA738Gr.B鋼焊縫裂紋產(chǎn)生原因分析及預(yù)防

(1.國核示范電站有限責(zé)任公司，山東 威海 264312;2.營口理工學(xué)院，遼寧 營口 115000)

核電站鋼制安全殼SA738Gr.B鋼焊縫裂紋產(chǎn)生原因分析及預(yù)防

唐識(shí)1劉非1胡慶睿2

(1.國核示范電站有限責(zé)任公司，山東 威海 264312;2.營口理工學(xué)院，遼寧 營口 115000)

針對(duì)國內(nèi)某核電工程鋼制安全殼閘門插入板與筒體之間的焊縫產(chǎn)生裂紋的實(shí)際情況，重點(diǎn)圍繞焊接過程質(zhì)量控制，焊接熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂、應(yīng)力腐蝕裂紋以及再熱裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，確定了SA738Gr.B鋼焊縫裂紋產(chǎn)生的原因和制定了合理的預(yù)防措施，避免裂紋再次產(chǎn)生，為后續(xù)工程焊接工藝制定提供了參考。

核電站鋼制安全殼SA738Gr.B鋼焊縫裂紋預(yù)防措施

0 序 言

核電站鋼制安全殼是反應(yīng)堆廠房的一道重要安全屏障，它可以在反應(yīng)堆冷卻劑失水事故中包容從堆芯來的輻射。目前國內(nèi)二代或二代改進(jìn)型核電站的鋼制安全殼(或鋼襯里)多選用國產(chǎn)的20HR、法國的A42和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的P265GH等優(yōu)質(zhì)的低合金鋼和碳素結(jié)構(gòu)鋼，但上述鋼板強(qiáng)度不高，韌性水平偏低，不能滿足第三代AP1000和CAP1400核電站鋼制安全殼用鋼性能的要求。為此，國內(nèi)核電站鋼制安全殼設(shè)計(jì)采用了符合ASME標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的SA738Gr.B鋼作為安全殼的制造材料，該種鋼為低合金高強(qiáng)鋼，焊接性能較好，但是該鋼因?yàn)镃r，Mo等元素的存在，焊接過程中如果焊接工藝不恰當(dāng)，焊接接頭熱影響區(qū)存在脆化、熱應(yīng)變脆化及產(chǎn)生焊接裂紋的危險(xiǎn)存在，為了防止焊接裂紋通常采用低氫型焊條和焊前預(yù)熱等方式。焊接裂紋缺陷的存在將影響鋼制安全殼的質(zhì)量，對(duì)核電站的安全運(yùn)行將造成極大的安全隱患，文中針對(duì)某核電站鋼制安全殼設(shè)備閘門熱處理后產(chǎn)生裂紋的實(shí)例，分析焊縫裂紋產(chǎn)生的原因，確定合理的預(yù)防措施，避免后續(xù)焊接和熱處理再次產(chǎn)生裂紋，對(duì)確保鋼制安全殼的建造質(zhì)量有著非常重要的意義。

1 安全殼材料、焊接工藝及問題描述

1.1 安全殼焊接材料

鋼制安全殼的母材和設(shè)備閘門插入板主體材質(zhì)為SA738Gr.B鋼， 其鋼板厚度分別為55 mm,52 mm和130 mm，采購入廠后對(duì)其進(jìn)行了力學(xué)性能驗(yàn)收，其中55 mm的SA738Gr.B鋼驗(yàn)收時(shí)的化學(xué)見表1。

焊接材料牌號(hào)為E9018-G-H4，該種焊條不僅是低氫焊條，而且是ASME Ⅱ卷C篇SAF-5.5含氫量最少的焊材。焊接前對(duì)該焊條進(jìn)行了驗(yàn)收和復(fù)驗(yàn)，其焊條驗(yàn)收和復(fù)驗(yàn)的內(nèi)容和結(jié)果應(yīng)符合E9018-G-H4焊條采購技術(shù)文件的要求，E9018-G-H4的化學(xué)成分見表2。

1.2 安全殼焊接工藝及檢測方案

設(shè)備閘門位于鋼制安全殼中心方位角為127.5°，中心標(biāo)高為4.5 m；設(shè)備閘門的套筒外徑為φ6 100 mm，插入板外徑為φ8 500 mm，如圖1a所示；在熱處理時(shí)將插入板與筒體的焊縫分為三段進(jìn)行熱處理，從鋼制安全殼筒體內(nèi)側(cè)觀測順序依次為：上側(cè)(210°～330°)-左側(cè)(125°～210°)-右側(cè)(330°～65°)如圖1b所示。

表1 SA738Gr.B鋼板化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 E9018-G-H4焊條化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖1 設(shè)備閘門插入板與筒體焊縫熱處理分段示意圖

設(shè)備閘門插入板與鋼制安全殼筒體之間的焊接采用評(píng)定合格的焊條電弧焊工藝，焊接工藝參數(shù)見表3。焊工和無損檢測人員分別按照HA603和HF602要求取得了相應(yīng)資格證書。

ASME規(guī)范第Ⅲ卷NE分卷的規(guī)定：鋼制安全殼(SA-738 Gr.B鋼)焊后不進(jìn)行熱處理的允許最大壁厚為44.5 mm。設(shè)備閘門插入板與鋼制安全殼筒體連接處的鋼板厚度為55 mm和52 mm，熱處理溫度為范圍為595～620 ℃，熱處理升/降溫時(shí)，425 ℃以上時(shí)應(yīng)控制鋼板的升/降溫速率，425 ℃以上鋼板升/降溫速率不應(yīng)大于100 ℃/h，熱處理的保溫時(shí)間為2小時(shí)10分鐘。

表3 插入板與鋼制安全殼之間的焊接工藝參數(shù)

焊接完成后熱處理前對(duì)設(shè)備閘門插入板與鋼制安全殼筒體之間的焊縫進(jìn)行100%的目視(VT)、著色(PT)和射線(RT)檢測；熱處理后進(jìn)行100%的目視和15% RT抽檢；另外在發(fā)現(xiàn)閘門插入板與筒體之間焊縫裂紋后，對(duì)所有的貫穿件、閘門的插入板與筒體之間的焊縫進(jìn)行100%UT復(fù)查和鋼制安全殼筒體的環(huán)焊縫和縱焊縫進(jìn)行10%復(fù)查。

1.3 安全殼焊接問題描述

國內(nèi)某核電站鋼制安全殼的設(shè)備閘門插入板與鋼制安全殼筒體之間的焊縫如圖2c所示，在焊后熱處理拆除保溫棉的過程中，發(fā)現(xiàn)靠近設(shè)備閘門插入板一側(cè)的焊縫熱影響區(qū)有可見的裂紋如圖2b所示，隨后采用超聲和著色檢測方法對(duì)整條焊縫進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)的表面裂紋區(qū)域共有3處，如圖2a所示,其中90°方向射線底片布置編號(hào)為27～41之間PT顯示焊縫連續(xù)裂紋長度約為3 m，UT檢查裂紋最大深度為13 mm；180°～270°之間的射線底片布置編號(hào)為75～83之間PT顯示焊縫連續(xù)裂紋長度約為1.7 m，UT檢查裂紋最大深度為8 mm；0～270°之間射線底片布置編號(hào)為103～105之間PT顯示焊縫連續(xù)裂紋長度約為0.9 m，UT檢查裂紋最大深度為8 mm。整圈插入板焊縫未開裂，焊縫長度約17.5 m，占整圈焊縫總長度的75.8%，開裂焊縫總長為5.6 m，占整圈焊縫長度的24.2%，下部為焊接部分焊縫長度約為3.6 m。

在發(fā)現(xiàn)裂紋后，首先從人、機(jī)、料、法、環(huán)等五個(gè)方面進(jìn)行來了排查，通過排查排除了焊接、熱處理過程人為因素導(dǎo)致焊接裂紋產(chǎn)生原因。焊接裂紋是存在于焊接接頭中，因?yàn)楹附?熱處理)所引起的各種裂紋的統(tǒng)稱。由于焊接裂紋的存在對(duì)結(jié)構(gòu)安全存在諸多危害，因此，必須對(duì)鋼制安全殼產(chǎn)生的裂紋原因進(jìn)行分析，制定合理可行的預(yù)防措施，確保其質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 設(shè)備閘門插入板與筒體焊縫裂紋及分布示意圖

2 焊縫裂紋產(chǎn)生原因分析及排查

焊縫焊接完成后對(duì)插入板與筒體之間的焊縫進(jìn)行100%PT和RT檢驗(yàn),檢查過程中未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，通過對(duì)設(shè)備閘門插入板與筒體之間焊縫焊接完工時(shí)間、無損檢測時(shí)間、無損檢測的結(jié)果及熱處理完工時(shí)間分析可知，設(shè)備閘門插入板與筒體板之間的焊縫在熱處理之前未發(fā)現(xiàn)裂紋，裂紋是在拆除保溫棉過程中發(fā)現(xiàn)的。按照裂紋產(chǎn)生的機(jī)理分為熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂、應(yīng)力腐蝕裂紋和再熱裂紋等五類[1]，下面根據(jù)對(duì)以上五類裂紋產(chǎn)生原因?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)件出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行逐條分析。

2.1 焊接熱裂紋原因分析及排查

熱裂紋是在焊接過程中，由于焊縫與熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時(shí)所產(chǎn)生的，包括結(jié)晶裂紋、液化裂紋和多邊化裂紋等3種裂紋。

(1)結(jié)晶裂紋是焊縫金屬在凝固過程后期所形成的，多以縱向或弧形分布在焊縫中心或兩側(cè)，而弧形裂紋與焊道波紋呈垂直分布，弧形裂紋特點(diǎn)裂紋較淺和較短；縱向裂紋相比較深而且較長。在焊接過程中,熱處理前后的PT和RT檢測都未發(fā)現(xiàn)鋼制安全殼筒體所有的環(huán)焊縫和縱焊縫、貫穿件和閘門的插入板與筒體之間的焊縫中心存在裂紋，另外此次閘門插入板與筒體之間的焊縫裂紋產(chǎn)生在靠近閘門插入板母材一側(cè)的熱影響區(qū)，所以排除此次產(chǎn)生裂紋不是結(jié)晶熱裂紋。

(2)液化裂紋是母材在焊接熱循環(huán)峰值溫度作用下使晶間層重新熔化后形成，常發(fā)生在母材近焊縫區(qū)或坡口多層焊接前一焊道。液化裂紋主要發(fā)生在不銹鋼、耐熱鋼和鉻、鎳等元素含量較多的高強(qiáng)度鋼的焊件中，上述鋼中的母材金屬中的S,P,Si,B等元素易出現(xiàn)液化裂紋。唐識(shí)等人[2]文章指出，在焊接過程中需要進(jìn)行焊前預(yù)熱，能夠防止裂紋產(chǎn)生。從表1 SA738Gr.B鋼板化學(xué)成分和表2 E9018-G-H4焊條化學(xué)成分可知，母材和焊接材料中的S,P,Si,C含量均較低；在焊接過程中，嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行了焊前100～130 ℃預(yù)熱，能有效的控制液化裂紋的產(chǎn)生，熱處理前后的PT,RT檢測以及UT檢測復(fù)查都沒有發(fā)現(xiàn)焊縫層間部位的內(nèi)部缺陷，所以基本上可以排除此次產(chǎn)生的裂紋不是液化裂紋。

(3)多邊化裂紋是焊接時(shí)在金屬多邊化晶界上形成的熱裂紋，該種裂紋易發(fā)生在純金屬或單相奧氏體焊縫中，SA738Gr.B鋼母材和焊縫熱處理后的金相組織都為貝氏體回火組織加少量鐵素體，其組織如圖3所示。綜上所述，從焊縫的微觀金相組織產(chǎn)生多邊液化裂紋的可能性和熱處理前后的PT,RT檢測以及UT檢測復(fù)查都沒有發(fā)現(xiàn)焊縫層間部位的內(nèi)部缺陷，所以基本上可以排除此次產(chǎn)生的裂紋不是多邊化裂紋。

2.2 焊接冷裂紋原因分析及排查

冷裂紋是焊接接頭冷卻到Ms點(diǎn)以下產(chǎn)生的焊接裂紋統(tǒng)稱。冷裂紋通常出現(xiàn)在中、高碳鋼，低合金高強(qiáng)度鋼，某些超高強(qiáng)度鋼，工具鋼，鈦合金及鑄鐵等材料的焊接過程中。冷裂紋可以在焊后立即出現(xiàn)，也可能要很長時(shí)間才能出現(xiàn)，開始時(shí)出現(xiàn)少量裂紋，隨著時(shí)間增長逐漸增多和擴(kuò)展。根據(jù)焊接生產(chǎn)中使用的鋼種、焊接材料、結(jié)構(gòu)類型剛度以及施工條件不同，可出現(xiàn)不同形態(tài)的冷裂紋，焊接冷裂紋大致分為淬硬脆化裂紋、低塑性脆化裂紋和延遲裂紋。

圖3 SA738Gr.B鋼焊縫的微觀金相

(1)淬硬脆化裂紋發(fā)生在脆硬傾向很大的碳量較高的Ni-Cr-Mo鋼、馬氏體鋼、工具鋼以及異種鋼等鋼種焊接過程中，產(chǎn)生原該種裂紋的原因是因?yàn)槔鋮s時(shí)焊縫中發(fā)生了馬氏體相變而脆化，與氫氣關(guān)系不大，焊后通常立即出現(xiàn)在熱影響區(qū)和焊縫上。唐識(shí)、張俊寶、朱躍德等人文章中指出[2]SA738Gr.B鋼的焊接接頭的焊縫和熱影響區(qū)的微觀組織為貝氏體+少量鐵素體，無裂紋及因淬火而產(chǎn)生的非正常組織，所以可以排除此次產(chǎn)生的裂紋不是淬硬脆化裂紋。

(2)低塑性脆化裂紋發(fā)生在某些塑性較低的鑄鐵補(bǔ)焊，硬質(zhì)合金堆焊和高鉻合金等材料焊接過程中，焊接后冷卻至低溫時(shí)，由于收縮而引起的應(yīng)變超過了材料本身的塑性儲(chǔ)備或材質(zhì)變脆而產(chǎn)生的裂紋，該種裂紋通常也是焊后立即產(chǎn)生，無延遲現(xiàn)象，唐識(shí)、張俊寶、

朱躍德等人研究結(jié)果表明,SA738Gr.B鋼的焊接接頭在-29 ℃時(shí)具有很好的沖擊韌性。所以SA738Gr.B鋼焊接時(shí)不會(huì)產(chǎn)生低塑性脆化裂紋，所以可以排除此次產(chǎn)生的裂紋不是低塑性脆化裂紋。

(3)延遲裂紋不在焊后立即產(chǎn)生，而是在焊后幾小時(shí)、幾天或更長的時(shí)間出現(xiàn)。該類裂紋主要發(fā)生在低合金高強(qiáng)度鋼焊接中，鋼材的淬硬傾向、焊接接頭中的氫含量及分布、焊接接頭的拘束應(yīng)力狀態(tài)是形成延遲裂紋的三大要素。 延遲裂紋通常產(chǎn)生在母材與焊縫交界的焊趾處、坡口根部間隙處。

對(duì)于確定成分的母材和焊縫金屬，產(chǎn)生延遲裂紋的孕育期長短取決于焊縫金屬中擴(kuò)散氫和焊接接頭所處的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。鋼材的淬硬傾向越大或馬氏體數(shù)量越多，越容易產(chǎn)生冷裂紋，經(jīng)大量試驗(yàn)獲得各種組織對(duì)冷裂紋的敏感性由小到大的排序?yàn)閇1]：鐵素體(F)<珠光體(P)<下貝氏體(B1)<低碳馬氏體(ML)<上貝氏體(Bu)<粒狀貝氏體(Bg)<島狀M-A組元<高碳孿晶馬氏體(Mu)。SA738Gr.B鋼和焊縫具有良好的力學(xué)性能，母材和焊縫熱處理后的金相組織都為貝氏體回火組織加少量鐵素體，所以SA738Gr.B鋼的淬硬傾向較小。

另外碳當(dāng)量也可以作為粗略地評(píng)價(jià)鋼材冷裂傾向的一個(gè)參考指標(biāo)，按照國際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量計(jì)算方法如式(1):

(1)

式中，W(C)為0.12；W(Mn)為1.5；W(Cr+Mo)為0.26；W(Ni+Cu)為0.73；通過計(jì)算SA738Gr.B鋼CE為0.471%。因?yàn)镃E值處于0.4%～0.6%之間，SA738Gr.B鋼具有一定的淬硬傾向，但是通過焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)表明，該鋼種在焊接前進(jìn)行100～130 ℃預(yù)熱溫度下不會(huì)產(chǎn)生延遲裂紋。

焊接SA738Gr.B所用的E9018-G-H4焊條屬于是低氫焊條，焊接前焊條烘干、坡口范圍內(nèi)鐵銹油污清理、預(yù)熱溫度以及焊后緩冷等都符合工藝要求，因擴(kuò)散氫發(fā)生延遲裂紋的可能性比較小。另外焊縫無損檢測時(shí)間都是在焊接完成后至少一周時(shí)間后進(jìn)行，有的焊縫無損檢測時(shí)間在焊接完成后超過一個(gè)月時(shí)間才檢測，焊縫無損檢測未發(fā)現(xiàn)延遲裂紋，綜上所述，可以排除此次產(chǎn)生的焊縫裂紋不是焊接延遲裂紋。

2.3 層狀撕裂和應(yīng)力腐蝕裂紋原因分析及排查

層狀撕裂裂紋常出現(xiàn)在T形接頭、角接接頭和十字形等大型厚壁結(jié)構(gòu)的焊接接頭中，在對(duì)接接頭中很少出現(xiàn)，出現(xiàn)該種裂紋的原因是因?yàn)殇摪搴穸确较蚴艿搅溯^大的拉應(yīng)力，裂紋產(chǎn)生部位在鋼板內(nèi)部沿軋制方向發(fā)展，具有階梯狀特點(diǎn)。

應(yīng)力腐蝕裂紋是金屬材料在一定的溫度下受腐蝕介質(zhì)和拉伸應(yīng)力共同作用下而產(chǎn)生的裂紋，通常發(fā)生在焊接結(jié)構(gòu)處于各種腐蝕介質(zhì)下長期工作的結(jié)果。

從層狀撕裂和應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生機(jī)理及特點(diǎn)可知，可以排除產(chǎn)生的裂紋肯定不是層狀撕裂裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋。

2.4 焊接再熱裂紋原因分析及排查

再熱裂紋是焊件在焊后一定溫度范圍內(nèi)再次加熱(消除熱應(yīng)力熱處理或其它加熱過程)產(chǎn)生的裂紋，產(chǎn)生機(jī)理是由于高溫和殘余應(yīng)力的共同作用下晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)強(qiáng)度，晶界有限與晶內(nèi)發(fā)生滑移變形導(dǎo)致的。裂紋通常發(fā)生在熔合線附近的粗晶區(qū)，從再熱裂紋形態(tài)、發(fā)生部位和發(fā)生條件等方面看，產(chǎn)生再熱裂紋具有如下特點(diǎn)：

(1)再熱裂紋僅在含有一定的Cr,Mo,V等沉淀強(qiáng)化元素的金屬焊件中產(chǎn)生，一般的低碳鋼和固溶強(qiáng)化類的低合金強(qiáng)度鋼，均無再熱裂紋傾向。雖然SA738Gr.B鋼在常溫和150 ℃的高溫條件下具有很高的強(qiáng)度，且鋼中含有Cr,Mo,V等沉淀強(qiáng)化元素，但是根據(jù)再熱裂紋傾向的經(jīng)驗(yàn)公式(2):

ΔG=Gr+3.3Mo+8.1V+10C-2

(2)

當(dāng)ΔG<1.5時(shí)，不易裂。通過計(jì)算得出SA-738Gr.B鋼材的ΔG為0.052，所以SA-738Gr.B鋼材不屬于產(chǎn)生再熱裂紋的敏感材質(zhì)。

(2)對(duì)于一般的低合金鋼，再熱裂紋產(chǎn)生的溫度區(qū)間為500～700 ℃，SA738Gr.B鋼熱處理溫度范圍為593～620 ℃，其屬于易產(chǎn)生再熱裂紋溫度區(qū)域，但是實(shí)際構(gòu)件已多次按照相同熱處理工藝對(duì)SA-738Gr.B鋼材焊縫進(jìn)行熱處理，未見其形成裂紋，故判斷溫度影響其產(chǎn)生再熱裂紋的可能性較小。

(3)再熱裂紋都發(fā)生在焊接熱影響區(qū)的粗晶部位，該裂紋產(chǎn)生的部位在閘門插入板與筒體之間靠近插入板母材一側(cè)的焊接熱影響區(qū)上，產(chǎn)生缺陷的三個(gè)部位的焊接最大熱輸入27.6 kJ/cm，雖大于其它未產(chǎn)生裂紋部位的焊接輸入量，但該熱輸入量仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于評(píng)定合格的焊接工藝所確定的最大熱輸入量42.9 kJ/cm。所以，該工藝中采用的焊接熱輸入在熱影響區(qū)不易形成粗晶區(qū)。

(4)再熱裂紋產(chǎn)生區(qū)域同時(shí)存在有殘余應(yīng)力和不同程度的應(yīng)力集中。通過對(duì)設(shè)備閘門插入板與筒體之間的焊縫外觀質(zhì)量進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)三處焊縫裂紋處靠近插入板一側(cè)的熔合區(qū)，焊縫余高均高于母材且未圓滑過渡，相鄰焊縫余高差較大，造成插入板一側(cè)焊縫焊趾部位形成了較尖銳的凹槽，導(dǎo)致焊縫應(yīng)力集中，如圖4所示。

圖4 焊縫外觀質(zhì)量

另外設(shè)備閘門插入板與筒體板之間的焊縫在焊接前，對(duì)閘門周圍筒體進(jìn)行了加固處理，但在焊縫進(jìn)行熱處理前拆除了此加固工裝，導(dǎo)致焊縫處熱處理前后所產(chǎn)生的拘束力不同。

通過對(duì)裂紋焊縫鋼板母材和焊條的化學(xué)成分分析、焊接、熱處理、無損檢測等工序的原始記錄審核以及上訴各種缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析可知，此次產(chǎn)生裂紋最大可能性為熱處理時(shí)再熱裂紋，在施工各階段存在的殘余應(yīng)力與局部區(qū)域的應(yīng)力集中疊加使其裂紋部位的殘余應(yīng)力增大，導(dǎo)致熱影響區(qū)及熔合線處脆弱區(qū)域開裂，故認(rèn)為應(yīng)力集中是導(dǎo)致熱處理再熱裂紋的根部原因。

3 后續(xù)焊縫裂紋預(yù)防措施

影響再熱裂紋的因素包括冶金因素、工藝因素兩個(gè)方面，冶金因素主要是鋼中C,Cr,Mo,V,Nb,Ti含量及鋼中雜質(zhì)(Sb)、晶粒度等對(duì)再熱裂紋的影響；焊接因素包括焊接熱輸入、預(yù)熱及后熱溫度、殘余應(yīng)力及應(yīng)力集中等對(duì)再熱裂紋的影響。

對(duì)于母材和焊接材料一定情況下，為了預(yù)防熱處理再熱裂紋產(chǎn)生，只有從工藝措施方面入手，在焊接方法選定的情況下，在保證焊接質(zhì)量的前提下，焊接過程盡可能采用較小的焊接熱輸入量，減小熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)；嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程要求進(jìn)行焊前預(yù)熱和后熱，在確保滿足焊接工藝規(guī)定的前提下將最低預(yù)熱溫度提高至120 ℃；終止焊接時(shí)，對(duì)焊縫進(jìn)行后熱保溫，后熱溫度為250～350 ℃，后熱保溫溫度維持在預(yù)熱溫度范圍內(nèi)不小于30 min。

針對(duì)焊縫與母材未圓滑過渡問題，在后續(xù)焊縫焊接完成后確保焊縫表面與母材連接處平滑過渡，保證母材表面與靠近焊趾處焊縫表面間形成角度α>150°，防止應(yīng)力集中產(chǎn)生。針對(duì)采取加固工裝的焊縫由于進(jìn)行熱處理時(shí)拆除了工裝，導(dǎo)致焊縫處熱處理前后所產(chǎn)生的拘束力不同會(huì)對(duì)焊縫產(chǎn)生較大應(yīng)力問題，在后續(xù)類似焊縫熱處理時(shí)，保留焊接防變形工裝的主體結(jié)構(gòu)，在滿足熱處理施工需求的前提下對(duì)部分位置進(jìn)行適應(yīng)性修改，保證不會(huì)因熱處理變形過大，造成局部焊縫內(nèi)部應(yīng)力過大。

4 結(jié) 論

(1)經(jīng)分析該閘門插入板與筒體之間的焊縫裂紋是因?yàn)楹附雍蟮臒崽幚硪鸬脑贌崃鸭y，應(yīng)力集中是導(dǎo)致熱處理再熱裂紋的根部原因。在后續(xù)工作中可以通過減小應(yīng)力集中，防止再熱冷裂紋產(chǎn)生。

(2)在工程實(shí)施過程中，可采取多種措施減小應(yīng)力集中問題，具體為：控制焊前預(yù)熱溫度大于等于120 ℃；焊接過程中盡可能采用小電流焊接減小焊接熱輸入，減小熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)；焊接完成后及時(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行250～350 ℃后熱處理；焊接完成后將焊縫修磨成平滑過渡防止應(yīng)力集中；采取適當(dāng)?shù)暮附咏M對(duì)工裝防止強(qiáng)行組對(duì)，避免應(yīng)力集中。

[1] 陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 唐 識(shí),張俊寶,朱躍德.核電站鋼制安全殼用SA738Gr.B鋼的焊接工藝評(píng)定[J].熱加工工藝, 2016(23):245-247.

2016-05-22

TG404

唐 識(shí)，1976年出生，學(xué)士，高級(jí)工程師。主要從事核電廠設(shè)計(jì)管理、執(zhí)照申請(qǐng)及焊接管理等工作，已發(fā)表論文20余篇。