核反應(yīng)堆設(shè)備

    AP1000正常余熱排出系統(tǒng)RNS執(zhí)行停堆工況下低溫超壓保護(hù)、將堆芯衰變熱帶出,冷卻堆芯,事故工況后向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)補(bǔ)水以及冷卻安全殼內(nèi)置換料水箱等[1].正常余熱排出泵管嘴帶ERNiCr3鎳基堆焊層與Type304L奧氏體不銹鋼管道焊接,如圖1所示,采用ER308L焊絲,GTAW焊打底焊過程中發(fā)現(xiàn)焊縫表面產(chǎn)生裂紋,且多處存在類似情況.由于缺陷的存在對核電站的安全運(yùn)行造成極大的隱患,所以分析焊接裂紋的產(chǎn)生原因,采用合理正確的預(yù)防措施,對確保核電站質(zhì)量和運(yùn)行有重要意義.

    1 裂紋產(chǎn)生原因分析

    由試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證:由于鐵素體一方面打亂單一奧氏體柱狀晶的結(jié)晶方向性,細(xì)化晶粒.由于鐵素體鉻含量高于奧氏體,而且鉻在鐵素體中的擴(kuò)散比在奧氏體中快得多,所以可以幫助克服任何貧鉻問題.M23C6碳化物傾向于在凹凸不平的鐵素體-奧氏體邊界析出,而不是在通常比較直的奧氏體-奧氏體邊界析出.所以這些因素都大大限制了在含有鐵素體的奧氏體不銹鋼焊縫金屬的敏化.

    S、P低熔共晶的存在擴(kuò)大凝固溫度范圍,當(dāng)焊接過程中大部分晶粒邊界仍然處于液態(tài),增加了熱裂紋的敏感性.而鐵素體存在另一方面可以破壞焊縫結(jié)晶時(shí)低熔液態(tài)薄膜的連續(xù)性,且鐵素體對硫、磷等雜質(zhì)有較高的溶解度,這樣以鐵素體為初始相的凝固過程中就能夠限制這些雜質(zhì)元素在枝晶間的偏聚.

    出現(xiàn)奧氏體+鐵素體組織,產(chǎn)生凹凸不平的晶界而改變晶界浸潤性質(zhì),液體薄膜很難浸潤該邊界,且裂紋一旦起裂,很難在這個(gè)凹凸不平的邊界上擴(kuò)展.

    純奧氏體組織晶界平直,低熔共晶液態(tài)薄膜容易浸潤該晶界,抗裂性差.圖2為不含鐵素體和含有鐵素體在奧氏體基體分布圖。

圖2  不含鐵素體和含有鐵素體在奧氏體基體分布圖

    打底焊焊道的表面為凹形,凹形表面受到焊趾和焊根的拉應(yīng)力作用,同時(shí)奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小,線膨脹系數(shù)大,在焊接局部加熱和冷卻條件下,接頭在冷卻過程中形成大的拉應(yīng)力.

    采用ER308L焊絲焊接鎳基合金與304L不銹鋼焊縫金屬以A模式凝固時(shí)為全奧氏體(不含鐵素體),此時(shí)熱裂紋最為敏感,分布在晶界的S、P低熔共晶液態(tài)薄膜與拉應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生了熱裂紋.

    2 改善焊縫腐蝕和抗熱裂紋措施

    為了提高焊縫耐腐蝕性和抗熱裂紋性能,焊絲改為ERNiCrFe3,提高了焊縫鎳含量,提高晶粒整體電極電位和耐腐蝕性.

    焊接順序進(jìn)行調(diào)整,正式焊接之前采用ERNiCrFe3鎳基焊絲GTAW焊接對Type304L坡口進(jìn)行堆焊,小電流、低熱輸入堆焊可以減少Type304L稀釋率,同時(shí)可以較少整體熱輸入和拘束度而使晶粒邊界裂紋減到最少,同時(shí)降低結(jié)晶凝固時(shí)的應(yīng)變量,有利于減少粗大枝晶的形成.

    焊縫表面采用凸形表面,由于根部收縮將對凸形表面產(chǎn)生壓縮作用從而抵消焊趾拉應(yīng)力,從而最終減小焊縫表面拉應(yīng)力作用,如圖4(b)所示,同時(shí)需要填滿弧坑[4].

    3 結(jié)論

    (1)采用ER308焊絲GTAW焊接帶鎳基堆焊層管嘴與Type304L不銹鋼管,焊接過程中產(chǎn)生熱裂紋的原因?yàn)楹缚p中無鐵素體,奧氏體晶粒間液態(tài)薄膜與拉應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生.

    (2)采用ERNiCrFe3焊絲,焊接前采用小電流對Type304L不銹鋼管道側(cè)坡口側(cè)進(jìn)行堆焊,正式焊接采用小線能量,凸形焊縫表面,填滿弧坑解決焊縫熱裂紋及耐腐蝕性下降問題.

    參考文獻(xiàn):

    [1]孫漢虹.三代核電技術(shù)AP1000[M].北京:中國電力出版社,2010.

    [2]SindoKou.WeldingMetallurgy[M].Wisconisin:AjohnWiley&Sons,INC.Publication,2003.

    [3]滿達(dá)虎.奧氏體不銹鋼焊接熱裂紋的成因及防止對策[J].熱加工工藝,2014,43(11):181-184.

    [4]JohnCLippold,DamianJKotecki.不銹鋼焊接冶金學(xué)及焊接性[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

責(zé)任編輯：周婭

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