用于核島主設(shè)備回火焊道修復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)研究

申伽奇

（中核燕龍科技有限公司 北京 100031）

在壓水堆核電廠的反應(yīng)堆當(dāng)中，無論是蒸發(fā)器還是穩(wěn)壓器，它們的主要部位都需要通過焊接合金來完成，以確保其穩(wěn)定性。在整個對焊的過程中，由于其強烈的熱能循環(huán)會導(dǎo)致材料區(qū)域組織發(fā)生變化，從而影響到設(shè)備的性能，因此，無論是硬度方面還是沖擊韌性方面，都會造成很大的影響，而且在整個焊接的過程中，殘余的應(yīng)力還會影響到加熱區(qū)的裂紋傾向，所以說，對于焊接頭在實際生產(chǎn)過程中都需要做好焊接后處理。

1 核島主設(shè)備回火焊道修復(fù)技術(shù)的簡要介紹

在核電廠主設(shè)備制造的過程中，如果焊接層存在缺陷，就需要對這些缺陷進(jìn)行補焊返修。但是在實際工作中，因受到核島的空間限制或是其他一系列因素的影響因素，導(dǎo)致焊接區(qū)域沒有辦法及時進(jìn)行補修，而且也沒有辦法完成焊接后的熱處理工作。如果想要確保補焊后的焊接頭具有良好的組織性能，就要應(yīng)用一種能夠做好后續(xù)處理的修復(fù)技術(shù)——回火焊道修復(fù)技術(shù)，其剛好可以滿足核電站主設(shè)備制造的需求。回火焊道技術(shù)的主要應(yīng)用原理就是通過層道間的焊接熱循環(huán)相互作用，以此來改變焊接熱影響區(qū)域的組織性能，能讓焊接頭的修復(fù)質(zhì)量能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)［1］。在整個回火焊道修復(fù)技術(shù)當(dāng)中，所采用的自動TIG 焊接熱源穩(wěn)定性非常好，在整個焊接的過程中，可以將對人造成的傷害降到最低，并且還可以抗干擾，熱輸入值也比較小，在實際焊接修復(fù)當(dāng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。尤其是在核島主設(shè)備制造的過程中，由于其特殊用途，所以說對安全性的要求也就比較高，采用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)焊接后的一個處理區(qū)域很難滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，而通過回火焊道技術(shù)則可以盡量避免焊接部分出現(xiàn)缺陷。在本次實驗當(dāng)中，所采用的是自動TIG焊接方法，對核島主設(shè)備的鎳基堆焊層進(jìn)行模擬返修，并且將能夠影響母材。在與影響區(qū)域組織性能的焊道技術(shù)進(jìn)行對比后，通過驗證可得知，采用回火焊道修復(fù)技術(shù)的可行性比較強，在后續(xù)的核島主設(shè)備制造當(dāng)中，完全可以應(yīng)用回火焊道技術(shù)來進(jìn)行主設(shè)備區(qū)域的制造及維修。相關(guān)負(fù)責(zé)人對這一技術(shù)也要提高重視程度，在本次實驗中，該技術(shù)的表現(xiàn)非常良好，可以將其應(yīng)用到主設(shè)備的制造當(dāng)中［2］。

2 實驗材料及實驗方法

在本次試驗中，采用的試驗材料是鎳基合金焊絲，在自制模擬凹槽的低合金鋼鍛件上進(jìn)行模擬補焊。面基堆焊層的厚度為10mm，底部凹槽距離焊層的長度為6mm。模擬補焊可以分為兩種情況：第一是普通的模擬補焊結(jié)合消應(yīng)力熱處理；第二是回火焊道模擬補焊。

鎳基合金焊絲中包含非常多的成分，有常見的銅鐵等金屬，還有碳、硫等一系列基礎(chǔ)元素，普通的模擬補焊技術(shù)采用的是手工氬弧焊，對凹槽部位由下到上進(jìn)行多層補焊，在完成凹槽部位的焊接以后，就會對實驗板進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。而回火焊到模擬補焊則是從下至上分為多個層次，每一層次的焊接工作完成以后都會對整體進(jìn)行打磨，這是為了確保焊道的均勻性，而且下一層的焊接效果也會更好，在完成3 層的焊接以后，就可利用普通的焊接方式對凹槽部位進(jìn)行多次填充，直到整個焊接工作完成，而且回火焊道的一個重要優(yōu)點就是它不需要進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。無論是從硬度上看還是從焊接質(zhì)量上看，回火焊道的性能要比普通焊接技術(shù)強很多，并且結(jié)合微觀組織的分析可以得出，回火焊道的凹槽式板熱影響的區(qū)域組織的性能要較普通焊接好很多［3］。

3 性能檢測及結(jié)果分析

3.1 截面區(qū)域硬度

通過硬度計在試樣板上面進(jìn)行測試以后，每隔0.5cm 測試1 次，可以得出，回火焊道處理后的試樣板要比普通焊道處理后的試樣板硬度高，而且從左到右呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢［4］，而導(dǎo)致這一情況的原因就是相鄰焊道的熱影響區(qū)域互相疊加。而且回火焊道的焊接時，要在焊縫處母材熱影響區(qū)域等，其硬度值都在標(biāo)準(zhǔn)以下，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國家對于硬度值的最高要求。通過模擬消應(yīng)力的普通焊接板得出的結(jié)果來看，確實硬度數(shù)值要比國家標(biāo)準(zhǔn)的硬度值稍高，但是在不同測試點的硬度值相對比較穩(wěn)定，取平均值可以滿足國家的標(biāo)準(zhǔn)，從整體上來看，回火焊道技術(shù)對某熱材熱區(qū)域影響達(dá)到所預(yù)想的效果。尤其是在核島主設(shè)備制造的過程中，焊接點的硬度會從根本上影響到整個設(shè)備的使用情況，由于設(shè)備使用的特殊性，對硬度的要求也就比較高，普通的焊接雖然能夠滿足設(shè)備要求，但是利用回火焊道焊接技術(shù)可以更好地發(fā)揮出設(shè)備的功效。

3.2 沖擊性能分析

在對回火焊道模擬試樣板和普通焊接模擬熱影響區(qū)域進(jìn)行沖擊測試，可以得出在同樣的沖擊缺口下，從各個區(qū)域的熱影響區(qū)域表現(xiàn)來看，回火焊道技術(shù)都要優(yōu)于普通焊道技術(shù)。從整體上的實驗結(jié)果也可以看出，回火焊道模擬基數(shù)的影響區(qū)和普通焊接技術(shù)的影響區(qū)在沖擊工時相當(dāng)?shù)那闆r下都超過了200kJ，都要高于母材的規(guī)定值。但是回火焊道試板促進(jìn)區(qū)的沖擊工時比普通焊接試樣板的要高一些，之所以會出現(xiàn)這一狀況，是因為回火焊道的焊接輸入值要比普通焊接的輸入值小很多。在第一層焊接時，對母材的影響比較小，而且后續(xù)的焊接對于粗晶區(qū)又有非常好的調(diào)解功能，這也就導(dǎo)致回火旱道促進(jìn)區(qū)的工作性能要比普通焊接粗晶區(qū)的性能優(yōu)良［5］，主要原因就是回火焊道依靠的焊接熱值對于母材組織處理稍弱。但是從整體上來看，回火焊道技術(shù)對影響區(qū)的性能與普通焊接技術(shù)消應(yīng)力熱處理后的性能相當(dāng)，完全可以滿足核島主設(shè)備母材沖擊性的需求。

3.3 接頭組織分析

通過利用顯微鏡對回火焊道試板和普通焊接試板進(jìn)行觀察和分析以后可以得知，在相同的母材熱影響區(qū)域內(nèi)，回火焊道與普通焊道試板的對應(yīng)區(qū)域非常相似，顯微的組織都是火索氏體，在對兩塊補焊試板的熱影響區(qū)域進(jìn)行不同區(qū)分以后，因而可以得出以下結(jié)論：兩種補焊試板的細(xì)菌區(qū)域纖維組織熱影響存在一定的區(qū)別，雖然都是相同的火索氏體，但是回火焊道試樣板的經(jīng)歷要更小，而且通過熱影響區(qū)域的微觀組織，也進(jìn)一步明確了各個區(qū)域硬度及沖擊值的分布，不論是回火焊道試樣板還是普通焊接試樣板，熱處理區(qū)域和其他分區(qū)的沖擊性能都比較低，硬度值和細(xì)晶區(qū)比起來比較高。相關(guān)負(fù)責(zé)人對于這一結(jié)果要提高重視程度，因為二者在接頭組織的分析上還是存在一定差異的，并不是每一部分都相同，在不同區(qū)域有著不同程度的差異。再將回火焊道技術(shù)應(yīng)用，到核島主設(shè)備制造過程中，也要對這一情況提高重視程度，再結(jié)合核島主設(shè)備實際制造情況的基礎(chǔ)上，應(yīng)用回火焊道技術(shù)，從而進(jìn)一步推動核島主設(shè)備的研發(fā)進(jìn)展。

4 回火焊道技術(shù)的影響因素

4.1 焊接方法的選擇

影響回火焊道焊接技術(shù)的一個主要因素就是焊接方法的選擇。在焊接方法選擇的過程中，會影響到層道間焊熱的輸入值，而且還會影響到焊道的幾何形狀的穩(wěn)定性，這不僅會導(dǎo)致整個設(shè)備焊點的操作出現(xiàn)問題，甚至?xí)绊懙皆O(shè)備部件的使用。在我國，已經(jīng)有規(guī)范將回火焊道的焊接技術(shù)寫入到技術(shù)文件當(dāng)中，并且做了詳細(xì)的規(guī)定。利用不同直徑的焊條對不同的承道之間進(jìn)行輸入值的調(diào)整，同時，要求具有較高的焊接水平，才能夠真正控制好焊道的幾何形狀。無論是在國內(nèi)還是國外，對于回火焊道技術(shù)都有了非常廣泛的應(yīng)用。在焊接技術(shù)選擇方面，國外較國內(nèi)的選擇要更多。而且焊接技術(shù)的選擇會從根本上影響到整個設(shè)備焊點的情況，一定要提高相關(guān)負(fù)責(zé)人對焊道選擇的重視程度，要選擇最合適的技術(shù)，才能夠確保設(shè)備的有效使用。而且在我國后續(xù)的發(fā)展中，核島主設(shè)備的制造工作會越來越受到重視，該如何選擇合適的焊接方法也是所有技術(shù)人員面臨的一個關(guān)鍵問題［6］。

4.2 焊道搭接量的測量

焊道搭接量是回火焊道焊接技術(shù)的一個非常重要參數(shù)，它不僅影響到相鄰焊道間的熱循環(huán)，而且還會影響到整個設(shè)備組織區(qū)域的性能，尤其是對于焊接部位硬組織的影響會更為嚴(yán)重。在我國回火焊道技術(shù)應(yīng)用的過程中，已經(jīng)有了很多的實驗方案，對焊道搭接量也有了一個明確的標(biāo)準(zhǔn)，所以，核島主設(shè)備的技術(shù)負(fù)責(zé)人一定要對焊道的搭接量標(biāo)準(zhǔn)有一個明確的認(rèn)識，通過明確看到搭接量，可以更好地發(fā)揮出回火焊道技術(shù)的作用，使進(jìn)一步建立起良好的主設(shè)備線板，才能夠發(fā)揮出其真正作用。而且焊道的搭接量也會影響到回火焊道焊接點的應(yīng)用情況，技術(shù)人員要注意焊道搭接量符合我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在焊點的各個區(qū)域也要做好相應(yīng)的測試工作。對于回火焊道修復(fù)技術(shù)效果來說，焊道搭接量會產(chǎn)生非常重要的影響，所以說，相關(guān)的技術(shù)人員對于木材選擇也要提高重視程度，要根據(jù)回火焊道技術(shù)的實際情況以及核島主設(shè)備的使用，來選擇合適的木材，盡量降低木材對于主設(shè)備制造的影響。在未來的發(fā)展中，回火焊道技術(shù)的應(yīng)用范圍會越來越廣，適應(yīng)性也會更強，在這樣的情況下，針對母材的影響就要盡量降到最低。

4.3 焊接順序的影響

在國外，已有很多技術(shù)人員利用藥芯焊絲電弧焊的方法，探究了焊接順序?qū)τ诤附咏Y(jié)果的影響。從實驗結(jié)果可以得出，不同的焊接順序?qū)τ跓嵊绊憛^(qū)域組織的硬度并沒有太過明顯的差異，但是在第四道熱影響區(qū)組織之間的效果有一定的改善。無論是在硬度方面，還是在熱影響區(qū)的尺寸方面，都進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬，從各項參數(shù)來看，焊接順序會在一定程度上影響焊接組織的性能，但是并不會造成太大的差異。相關(guān)負(fù)責(zé)人對于這一情況要提高認(rèn)識，在明確焊接順序時，要根據(jù)焊接區(qū)域的實際情況來選擇焊接順序，盡量做到最合理的順序安排，才能夠進(jìn)一步發(fā)揮出焊接的真正作用，也就才能夠提升核島主設(shè)備的制造品質(zhì)［7］。在我國未來的發(fā)展中，核島主設(shè)備的制作工作會受到國家有關(guān)部門的重視，如果想要從根本上提升核島主設(shè)備的制造品質(zhì)，那么就要應(yīng)用有效的回火焊道修復(fù)技術(shù)，其是制造核島主設(shè)備集成板的一個重要技術(shù)。而焊接順序則會從根本上影響到回火焊道修復(fù)技術(shù)的效果，如果想要盡量提高核導(dǎo)主設(shè)備的制造品質(zhì)，那么相關(guān)負(fù)責(zé)人就要注意選擇合適的焊接順序，無論是從國內(nèi)的發(fā)展情況上來看，還是從國外的角度出發(fā)，回火焊道修復(fù)技術(shù)在核島主設(shè)備的制造當(dāng)中確實有著適合的焊接順序。

4.4 母材的影響

母材對于最后的焊接結(jié)果也會有一定的影響。在國外有技術(shù)人員對兩個廠家所制造的不同鋼材進(jìn)行了普通焊接方法，加上焊后熱處理，以及回火焊道焊接技術(shù)進(jìn)行對比。從實驗結(jié)果上可以得出，除了夾帶雜物的影響以外，除去其他因素的影響，回火焊道焊接技術(shù)在不同母材的情況下都能夠得到較為良好的焊接組織，但是并不代表著母材的材質(zhì)，對于回火焊道的焊接結(jié)果沒有影響。所以說，相關(guān)負(fù)責(zé)人一定要注意在母材的選擇上要盡量選擇易于焊接的材料，只有這樣，才能真正發(fā)揮出焊接的作用。而且不同的材料在焊接的過程中也會產(chǎn)生不同的效果，無論是從硬度上還是從焊接熱區(qū)域的處理上，都會有一定的不同。不僅是在國外還是國內(nèi)的技術(shù)人員也對不同母材的焊接技術(shù)進(jìn)行比較，無論是哪一種焊接技術(shù)，在不同的舞臺上都是有一定的差異的。相較于普通的焊接技術(shù)而言，回火焊道的技術(shù)影響要更小一些。尤其是在近幾年的發(fā)展當(dāng)中，我國對于核島主設(shè)備的實際應(yīng)用情況越來越重視，在焊道方面也設(shè)立了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，在應(yīng)用回火焊道修復(fù)技術(shù)的過程中，一定要保證參數(shù)都能夠符合國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣，才能夠確保在核島主設(shè)備制造或者是修復(fù)的過程中能夠應(yīng)用回火焊道技術(shù)，從而進(jìn)一步推動核島主設(shè)備的發(fā)展。在未來發(fā)展中，各大企業(yè)對于核島主設(shè)備的競爭會越來越激烈，而回火焊道技術(shù)的有效應(yīng)用也可以從根本上推動核島主設(shè)備的發(fā)展。

5 結(jié)語

與傳統(tǒng)的熱處理以后普通模擬補焊試板相比，回火焊道技術(shù)可以減少對影響區(qū)熱度值和沖擊值的影響，但是要高于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中對于母材硬度和沖擊的規(guī)定數(shù)值，整個回火焊道補焊試板影響區(qū)的顯微組織是火索，試板在焊接處理以后和普通的試板組織相似，采用免熱處理后的回火焊道修復(fù)技術(shù)對組織區(qū)的影響性能比較小，可以滿足核島主要設(shè)備、制造產(chǎn)品的需求。所以，相關(guān)負(fù)責(zé)人要提高對這一技術(shù)的重視程度，將其應(yīng)用到核島主要設(shè)備的制造當(dāng)中，進(jìn)一步推動核島設(shè)備制造整體技術(shù)的發(fā)展。