反應(yīng)堆壓力容器密封面堆焊技術(shù)研究與缺陷分析

尹志英　郎雪琴

摘 要：由于反應(yīng)堆壓力容器密封面對焊接質(zhì)量要求極高，所以在焊接方法和焊材的選擇上至關(guān)重要。本文主要以秦山項(xiàng)目使用的NiCr-3和NiCrFe-7兩種焊材為例，對手工電弧焊、帶極堆焊和TIG焊的焊接方法進(jìn)行對比，并對其各自的焊接工藝、質(zhì)量進(jìn)行分析，以選取焊接密封面的最佳焊接方法，以期為我國核工業(yè)發(fā)展提供理論支持。

關(guān)鍵詞：密封面；焊接；堆焊；工藝

中圖分類號(hào)：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

反應(yīng)堆壓力容器（以下稱：RPV）作為核島的主要設(shè)備，其封閉性是判定RPV屏蔽核輻射的有效指標(biāo)，而其密封面的密封性對RPV的可靠性具有直接關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，RPV的密封面主要以鎳基焊材堆焊，堆焊層厚度一般≥50mm，由于堆焊層內(nèi)應(yīng)力大和焊接次數(shù)多等因素的影響，堆焊層常出現(xiàn)裂紋或脫落等缺陷，因此，堆焊方法及焊接工藝研究，對提升RPV的質(zhì)量和防輻射性具有積極的意義。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方法

本文采用密封面多道次堆焊試驗(yàn)，焊接方法包含帶極堆焊、手工電弧焊及TIG焊，堆焊材料選擇NiCr-3與NiCrFe-7兩種鎳基材料，焊接基體采用508-3鍛造板，焊接方法為平焊，每層焊接后，均對堆焊層進(jìn)行無損探傷。

1.2 試驗(yàn)過程

本文以帶極堆焊、手工電弧焊及TIG焊3種焊接方式進(jìn)行研究，具體試驗(yàn)過程及工藝如下：（1）帶極堆焊：需堆焊6道次，每道次需控制堆焊進(jìn)程并對堆焊層進(jìn)行超聲檢測，以確保所有焊接層符合焊接工藝；（2）手工電弧焊：需嚴(yán)格控制焊接飛濺物及焊接緊縮裂紋，根據(jù)實(shí)際焊接溫度設(shè)置焊接工藝；（3）TIG焊：焊接中形成良好的焊接層，焊縫小，焊材熔化良好，焊接坑飽滿，無明顯缺陷。以上焊接工藝參數(shù)見表1。

2 各焊接方法工藝研究

2.1 帶極堆焊工藝研究

（1）堆焊過程

對于NiCr-3焊材的焊接工藝如下：每次焊接的層間搭接部分焊材融合質(zhì)量良好，焊層表面光潔，無凹坑、裂紋等缺陷，焊層表面無大量氧化物聚集。通過焊接過程研究發(fā)現(xiàn)，帶極堆焊在焊接收弧環(huán)節(jié)易存在表面脫渣的現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致焊接結(jié)束部位殘留渣滓多，影響堆焊質(zhì)量。因此，在焊接中會(huì)打磨清理收弧部位，清除殘留氧化物，確保焊層的質(zhì)量。焊接結(jié)束后，焊接部位需進(jìn)行探傷檢測，確保焊層內(nèi)部無裂縫和凹坑等缺陷。對于NiCrFe-7焊材的焊接如下所示：焊接時(shí)，每道焊層搭接處質(zhì)量較好，焊道收弧處易脫渣，焊接處表面形貌較粗，各道次焊層搭接處易富集氧化物，收弧處易出現(xiàn)裂紋和凹坑，因此，每道次焊接完成后均需要對前道次焊層的焊渣進(jìn)行清理和檢測，以確保后期焊層質(zhì)量。當(dāng)焊層厚度達(dá)到一定值時(shí)，常見較大裂紋，裂紋雖可打磨去除，但因其具有延展性，在發(fā)現(xiàn)大型裂紋時(shí)，需要通過一定工藝清理原有焊層后重新焊接，以保證質(zhì)量。

（2）性能試驗(yàn)

理化性能檢測是對焊材進(jìn)行的，由于使用NiCrFe-7焊材堆焊后的焊層出現(xiàn)開裂，故不進(jìn)行理化測試，本文僅對焊材NiCr-3進(jìn)行檢驗(yàn)，具體內(nèi)容如下：①化學(xué)成分分析、抗拉強(qiáng)度、延伸率以及硬度等性能試驗(yàn)，合格后方可使用；②彎曲測試，彎曲后試樣表面裂紋<2mm，符合要求后可使用；③金相檢驗(yàn)，觀察晶粒組織并計(jì)算平均晶粒尺寸；④觀察晶粒間的鏈接是否符合要求，若晶間距過大或存在晶粒缺陷則不能使用。

2.2 手工電弧堆焊工藝研究

（1）堆焊過程

對手工電弧堆焊焊層表面質(zhì)量分析后發(fā)現(xiàn)，每道次焊層表面常存在凹坑，焊縫處存在殘?jiān)蚝覆娜酆喜焕硐氲葐栴}，因此，每次焊接后，需打磨焊層表面。對于NiCr-3焊材而言：焊材性能穩(wěn)定，焊接過程中電弧起弧及焊層質(zhì)量較好，焊接脫渣較好，焊層表面無大型裂紋及脫落等問題，在每道次焊層冷卻后，需使用專業(yè)工具敲掉焊渣，以保證下道次焊層的質(zhì)量及與上道次焊層之間的黏著力。對于NiCrFe-7焊材而言，由于焊材的起弧穩(wěn)定性不好，焊材與基體高度不合適時(shí)，會(huì)導(dǎo)致焊材飛濺及焊材黏接等問題，這會(huì)導(dǎo)致焊層質(zhì)量不好及焊弧熄滅，因此要求焊接工藝設(shè)計(jì)合理及工人焊接技術(shù)嫻熟，焊后表面清理及打磨可參照NiCr-3焊材。對以上兩種焊材的焊后表面進(jìn)行無損檢測發(fā)現(xiàn)，NiCrFe-7焊材比NiCr-3焊材的缺陷多，這時(shí)就需要通過專業(yè)焊層清除技術(shù)對有缺陷的部位進(jìn)行清理，之后再補(bǔ)焊，最后進(jìn)行無損檢測，直至缺陷在可控范圍內(nèi)，結(jié)束焊接操作。

（2）理化性能試驗(yàn)

焊材NiCr-3進(jìn)行理化測試內(nèi)容如下：①化學(xué)成分分析、抗拉強(qiáng)度、延伸率以及硬度等性能測試；②對焊材彎曲測試；③焊材金相檢驗(yàn)及晶間腐蝕檢驗(yàn)。

2.3 焊絲機(jī)械TIG 堆焊研究

（1）堆焊過程

焊材NiCr-3的焊接狀況如下：每道次焊層質(zhì)量良好，表面質(zhì)量完好，所形成的焊層密度大，孔隙率較小。而在焊接過程中焊層表面由于沒沖電流作用而形成一定量的氧化物，且在焊層搭接處堆積。所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中每道次焊接完成后均需要利用專用工具對焊層表面進(jìn)行清理，保證焊層之間的黏結(jié)力。焊材NiCrFe-7的焊接情況如下：每道次堆焊質(zhì)量較差，焊層表面氧化物較多，且收弧時(shí)焊材裂紋嚴(yán)重，每道次焊接結(jié)束后，均需要通過專用工具對焊層表面進(jìn)行打磨，焊接結(jié)束后進(jìn)行無損探傷，探傷合格方可結(jié)束焊接操作。

（2）理化性能試驗(yàn)

焊材NiCr-3進(jìn)行理化測試內(nèi)容如下：（1）對焊材進(jìn)行化學(xué)成分分析、抗拉強(qiáng)度、延伸率以及硬度等性能測試；（2）對焊材進(jìn)行彎曲測試；（3）對焊材的金相組織進(jìn)行檢測并觀察晶間腐蝕情況。

結(jié)論

綜上所述， 由于RPV密封面對焊接質(zhì)量要求較高，且在焊接中不應(yīng)產(chǎn)生較大熱應(yīng)力，所以經(jīng)過研究應(yīng)選擇手工電弧堆焊方式，焊材選擇NiCr-3，且在生產(chǎn)中還需應(yīng)用多種檢測手段對焊接質(zhì)量進(jìn)行控制以保證焊接質(zhì)量。

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