堆內構件奧氏體不銹鋼機加工表面缺陷事件分析

【摘要】在AP1000堆內構件制造中，出現了原材料階段驗收合格的奧氏體不銹鋼，機加工表面出現不可接受缺陷的事件，通過介紹該事件從產生到解決的過程，為解決類似問題提供合理的建議。

【關鍵詞】AP1000；堆內構件；奧氏體不銹鋼；原材料；機加工；缺陷

1、引言

我國三代核電主要采用美國西屋公司設計的先進非能動壓水堆核電技術，堆內構件（Reactor Vessel Internals， RVI）作為核島主設備之一，是反應堆壓力容器內為堆芯部件提供支承、對中和導向，引導冷卻劑流入和流出，為堆內測量儀表提供導向和支承的結構部件，其主體材料采用奧氏體不銹鋼。

國內某AP1000堆內構件在其發運前夕，清潔后目視檢查發現上堆芯支撐板圓周表面存在缺陷，導致設備無法按時發運。本文介紹事件從發生、處理到完成的整個過程，分析了該問題產生的原因，并對規避該風險提出合理的建議。

2、事件介紹

某AP1000堆內構件發運前進行最終清潔工作時，發現上堆芯板45°左側外圓上有輕微線狀痕跡，供應商對表面拋光后出現一個長度約17mm，寬約1.5mm的缺陷，如圖1所示。由于發現了該缺陷，堆內構件無法按時發運。

3、事件調查和分析

該事件發生后，我們了解了上堆芯板制造和安裝過程，排除了機加工產生該缺陷的可能。并從原材料采購和驗收、缺陷性質等方面進行了調查和分析。

原材料采購過程調查

上堆芯板的原材料是牌號為SA336 304H的鍛件，按照批準后的鍛件采購規范進行制造和驗收。原材料驗收時，進行了最終狀態的UT探傷。采購方實地見證了探傷工序。對相關報告審查后認為原材料的采購和監督符合上游技術條件。

原材料UT探傷

按照ASME 標準和采購規范的要求，該鍛件超聲檢測要求為：檢測面為兩個平面，靈敏度Ф6mm平底孔DAC曲線，使用探頭B2S（Ф24/2MHz）。按照上述要求，供應商對上堆芯支承板可達表面重新進行UT探傷，結果顯示合格。

從缺陷圖片可以看出，缺陷的位置與軸向（即檢測面）大約成45°夾角，且在工件邊緣。根據超聲波直射法原理對有角度的小缺陷反射不敏感，呈現的反射信號未達到超聲波的記錄缺陷要求，所以在最終的超聲檢測報告中未體現。

對缺陷進行定性

為了判斷缺陷的性質，我們對該打磨后的缺陷進行了金相分析，認為該缺陷極有可能為原材料夾雜造成。

結論

該缺陷在上堆芯板原材料的制造過程中已經存在，但是對原材料而言不是可記錄缺陷，后期由于機加工而導致缺陷開口浮現在零件表面，打磨后顯示為不可接受的缺陷。

4、事件的處理

4.1 返修方案的確定

按照ASME BPVC-III NG4130 的要求，在制造階段發現的原材料缺陷，允許進行修補。

事件發生時，上堆芯板已經處于最終裝配階段，在正對著缺陷的一個定位銷孔內，定位銷已經冷裝且點焊固定。定位銷孔壁離缺陷位置距離僅7.4mm。去除缺陷的時候不僅需要考慮打磨深度使得定位銷孔穿孔的風險，并且要考慮補焊時對定位銷孔和定位銷變形的影響。基于上述考慮，我們制定了如圖2所示的返修方案。

4.2 返修過程

為了確定缺陷的大小，供應商開啟內部NCR打磨去除缺陷。打磨至6.5mm深度時，VT未發現缺陷，PT仍有顯示，如圖3所示。

該打磨深度已經非常接近點焊在定位銷孔內的定位銷了，理論距離僅為1.4mm。按照圖3所示的返修方案，取出了該定位銷。繼續打磨缺陷直到沒有不可接受的PT顯示。在銷孔內放置工藝定位銷襯墊后，對打磨區域進行補焊。補焊后上堆芯板的目視檢查、尺寸檢查以及PT檢查合格。最后重新加工定位銷和定位銷孔并按照設計要求進行安裝。

5、結論

該問題是屬于原材料階段的非記錄顯示，在零件機加工后浮現在表面，卻在組件階段被發現的事例。按照原材料UT探傷的驗收標準，這種內部缺陷無法避免，但是卻可以在零件加工階段進行控制。

為此，對不銹鋼材料和零件加工提出了兩點建議：

（1）制造廠可以適當提高原材料階段UT檢驗要求，例如增加斜探頭探傷有利于發現這種有角度的缺陷；

（2）不銹鋼零件機加工后對最終機加工表面進行PT檢查，將缺陷控制在零件階段。

參考文獻：

[1] 不銹鋼鍛件缺陷分析_宋敏華.理化檢驗， 2009

[2] ASME B&PV Code， 1998 Edition with 1999 and 2000 Addenda

[3] 奧氏體不銹鋼大型鍛件超聲波檢測工藝及特點分析_魯強. 無損探傷，2006

作者簡介： 沈潔（1979-），女，湖北武漢，漢，碩士，工程師，主要研究方向：核島主設備。