核島設備焊接見證件彎曲不合格分析和處理

王建林，洪　堯

(上海電氣電站設備有限公司電站輔機廠，上海 200090)

0　概　述

某核島設備筒身縱縫的焊接見證件試樣厚度為42 mm，母材牌號為Z2CND18-12(控氮)不銹鋼。焊縫采用E316L-16焊條(SMAW打底)和HR316L+SJ606H焊絲+焊劑(SAW)[1]進行焊接。焊道順序，如圖1所示。見證件試板經探傷合格后，進行了彎曲試驗(4件試樣，彎芯直徑D=4T，彎曲角度為180°)。試驗時，發現試樣1和試樣2有

圖1　焊道順序

裂紋，試樣1裂紋深度未超過3 mm，但試樣2的裂紋深度超過3 mm，試樣3和試樣4未出現開裂等缺陷。彎曲試驗的結果，如表1所示。根據S3334(c)的評判標準[2]，彎曲試驗時，試樣不應出現任何明顯開裂，單個裂紋及開口孔隙和夾渣長度，不應大于3 mm。根據標準判斷，試樣1、試樣3和試樣4為合格，試樣2不合格，所以，整個彎曲試驗被判為不合格。試樣2的實物照片，如圖2所示。

表1彎曲試驗結果

試樣號彎芯直徑/mm彎曲角度/°試驗結果1D=4T180裂紋長度1.6mm、2mm(各一處)2D=4T180裂紋長度2mm、3.4mm、3.6mm(各一處)3D=4T180完好4D=4T180完好

圖2試樣2的裂紋

1　開裂原因分析

根據S3334(c)中的規定，如果試樣出現局部開裂，應按照SI240的規定，識別裂紋的起點[2]。局部界面開裂的鑒別，對于奧氏體不銹鋼彎曲試樣，如果試樣上存在1個或多個超過標準長度的細微裂紋，則應使用下述方法進行鑒別：對于每個有缺陷顯示的試樣，都應取1個最大顯示的橫剖面，以便于進行宏觀檢驗。

為了分析開裂原因，先對焊接材料和焊接工藝進行分析，然后進行宏觀試驗分析。

1.1　焊材入廠驗收和工藝評定

查閱相關的焊材質量保證書、質量計劃和入廠復驗報告，均符合相關標準的技術要求。

查閱相關焊接工藝評定報告，符合相關技術要求。

1.2　施焊質量控制

查閱了焊工施焊記錄，復查了焊接材料，并核對了焊接預熱溫度、電流、電壓、焊速、層間溫度等參數，均符合相關標準的技術要求[3]。

1.3　宏觀檢驗

1.3.1宏觀試樣分析

對試樣2進行切割，切割后的試樣，如圖3所示。對試樣2的剖面進行宏觀分析，放大10倍后的裂紋剖面，如圖4所示。為了測量裂紋深度，放大50倍后，測得最大裂紋處的裂紋深度約為0.15 mm，如圖5所示。

圖3切割后的試樣

圖4放大10倍后的裂紋剖面

圖5最大裂紋處的裂紋深度(放大50倍)

1.3.2裂紋位置和方向

裂紋位置位于彎曲應力的最大處，裂紋的長度方向與彎曲方向一致(即垂直于側彎試樣的長度方向)。

綜上所述，排除了焊接材料和和焊接工藝等因素的影響，根據宏觀形貌和裂紋位置、方向和深度，可以推斷試樣的彎曲開裂，并非是焊接缺陷所致，可能是焊縫在局部區域內超過了金屬的變形能力而引起的[4，5]。

2　附加試驗

如果宏觀檢驗證明裂縫不是由于焊接缺陷所引起，可能是焊縫在局部區域內超過了金屬的變形能力而引起的，應按照SI240的規定，再對試樣進行2項附加試驗。

(1) 將試樣板1 050～1 150℃固溶熱處理后，按原方法進行彎曲試驗。

(2) 在焊態條件下進行彎曲試驗，但試樣芯棒的彎芯直徑，應比原尺寸增大1個試樣厚度(即D=5T)。

根據有關技術協議，為了進行附加試驗，開具了彎曲試驗修改單，確定了重新取樣的部位。試樣的各項技術要求，根據不符合項報告單JH17-1-9,按RCC-M SI240的要求再次進行試驗,從而判斷是否是因局部減聚力引起的側彎試驗裂紋:(1)在筒體縱縫焊接見證件余料的上半部分和下半部分各取一塊試樣(每塊寬度不小于40 mm)，與母材進行相同的固熔熱處理后，將每塊試樣加工2個側彎試樣進行彎曲試驗，彎芯直徑D=4T。(2)在余料的上、下部分各取2個側變試樣(焊態)進行彎曲試驗，彎芯直徑D=5T。)根據返修要求，編制了返修質量計劃，如表2所示。

對試樣進行了1 080℃固溶處理，保溫65 min后，再快速水冷。熱處理后，對4件固溶態試樣和4件焊態試樣分別進行彎曲試驗，試驗后，各試樣均無開裂現象。固溶態試樣彎曲試樣的實物，如圖6所示。焊態試樣彎曲試樣的實物，如圖7所示。附加的彎曲試驗結果，如表3所示。

表2返修質量計劃

返修部分描述筒身縱縫焊接見證件序號操作描述適用文件版本通知點簽名日期12341234NCR號備注10制定返修方案臨藝17-02-039120筒身縱縫焊接見證件余料取樣(固溶態)臨藝17-02-039WW30試樣固溶熱理臨藝17-02-039140加工側彎試樣(固溶態)臨藝17-02-039150試樣(固溶態)進行彎曲試驗臨藝17-02-039WW60筒身縱縫焊接見證件余料取樣(焊態)臨藝17-02-039170試樣(焊態)進行彎曲試驗臨藝17-02-039WW

圖6固溶態試樣彎曲試樣

圖7焊態試樣彎曲試樣

表3附加彎曲試驗的結果

試樣號彎芯直徑/mm彎曲角度/°試驗結果1D=4T180完好(固溶態)2D=4T180完好(固溶態)3D=4T180完好(固溶態)4D=4T180完好(固溶態)5D=5T180完好(焊態)6D=5T180完好(焊態)7D=5T180完好(焊態)8D=5T180完好(焊態)

3　結　語

根據附加試驗后得出的結果，可推斷出原先試樣顯示的裂紋， 是由于局部區域內超過了金屬的變形能力而引起的。根據S3334(c)中的規定，如果采用附加側彎試驗后，所得的試驗結果合格，表明金屬的變形能力在局部區域已經超過規定值，那么附加側彎試驗的結果，是可以接受的。最終，經各方技術人員認定，該焊接見證件試樣的彎曲試驗為合格。

參考文獻：

[1] 邱葭菲.焊接方法與設備[M].北京:化學工業出版社,2008.

[2] RCC-M 2000版+2002補遺.壓水堆核島機械設備設計和建造規則[S].

[3] 馬文姝,白鳳臣.金屬熔焊原理[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2007.

[4] GB/T 6417.1-2015.金屬熔化焊接接頭缺陷分類及說明[S].

[5] NB/T 20002.1-2013.壓水堆核電廠核島機械設備焊接規范.第一部分：通用要求[S].