反應堆壓力容器焊縫微裂紋問題的確認

陳 睿

(中廣核工程有限公司，廣東518124)

1 問題的提出

反應堆壓力容器(RPV)中子測量管(TI管)與下封頭的焊接接頭，是結構形式比較特殊的J型坡口焊縫。該焊縫結構復雜，焊接難度大，是RPV制造過程中需要重點解決的難點工藝之一。為了順利地完成某百萬千瓦核電項目RPV的制造，國內供應商先進行模擬工藝試驗，為后續進行的焊接工藝評定積累試驗數據。但是，試驗結果并不理想，從焊縫的微觀金相檢查結果看，根部存在大量的氣孔、夾渣和微觀裂紋。之后，供應商成立了攻關小組，調整工藝措施繼續試驗，同時向法國公司(技術責任方)尋求技術支持。經過反復試驗和摸索，根部存在的氣孔、夾渣問題基本解決，但根部微裂紋一直無法消除。在焊接工藝評定過程中，評定試塊焊縫沒有發現氣孔、夾渣，但在焊縫根部普遍存在長度小于0.8 mm的微裂紋。焊接工藝評定焊縫中長度小于0.8mm的微裂紋可以接受嗎？

2 焊接工藝評定介紹和金相檢驗結果

2.1 焊接工藝評定包含的內容

TI管J型坡口焊接主要分為堆焊階段和與管子的對接焊階段。而根據管子與下封頭的位置和角度不同又分為直管焊接和斜插管焊接。

2.1.1 堆焊階段

RPV母材材料為16MnD5，TI管材料為690合金，在RPV下封頭低合金鋼母材上采用鎳基焊條進行手工堆焊，焊接方法為焊條電弧焊。

在完成堆焊后，進行消應力熱處理。

2.1.2 與管子的對接焊階段

采用鎳基焊條進行TI管與RPV下封頭的對接焊，焊接方法為焊條電弧焊。

在完成對接焊后，進行消應力熱處理。

2.2 金相檢驗取樣位置

消應力熱處理后，進行金相檢驗，取樣位置如圖1所示。

2.3 供應商工藝評定關于金相檢驗的要求

(1)宏觀金相檢查驗證不存在裂紋、未焊透、咬邊、未融合及射線探傷標準中所描述的不接受的氣孔。

(2)微觀金相檢查驗證不存在微裂紋和由于淬火而引起的殘留脆性相。

(3)微觀金相檢查照片至少應包括母材和融合線的特征區域，至少包括放大200倍的顯微照片。

2.4 金相檢驗結果

圖1 金相檢驗取樣位置Figure 1 Sampling position for metallographic test

宏觀試樣對應的微觀試樣結果MA1MI1宏觀試樣根部有缺陷,微觀放大200倍,根部缺陷長度0.29 mmMA2MI2宏觀試樣根部有缺陷,微觀放大200倍,根部缺陷長度0.59 mmMA3MI3宏觀試樣根部有缺陷,微觀放大200倍,根部缺陷長度0.40 mmMA4MI4宏觀試樣根部有缺陷,微觀放大200倍,根部缺陷長度0.23 mm

表2 斜插管金相檢驗結果Table 2 Metallographic test results for incline tube

金相檢驗結果分別見表1(直管)和表2(斜插管)。

3 微裂紋問題的確認

在法國公司技術人員協助供應商完成工藝評定前，供應商認為微裂紋不論長度多少都不允許存在，導致工藝評定停滯。在法國公司技術人員到來后，向供應商明確指出根部焊道允許有微裂紋，長度不超過0.8 mm的微裂紋是可以接受的。這是根據RCCM-SI400的規定，在局部焊透角焊縫的情況下，根部缺陷不超過0.8 mm是允許的。法國公司也由此判定上述工藝評定是可以接受的。

一般說來，裂紋是造成壓力容器失效的重要因素之一，是設備失效的重要隱患。TI管焊接工藝評定的取樣是在任意相隔90°的部位剖開的，在每個檢測面都能發現尺寸不等的裂紋，可以推斷這種根部裂紋整圈都存在。對此，我們存在以下幾方面的疑問：

(1)RCCM-SI400相關條款是否適用于TI管J型焊縫？

(2)RCCM-SI400相關條款描述的根部缺陷是否包括微裂紋，如果根部缺陷包括微裂紋，為什么裂紋長度必須小于0.8 mm？

(3)TI管角焊縫不能進行破壞性試驗，如果評定通過，TI管按此評定進行焊接，根部微裂紋是否會對今后的設備運行壽命產生影響？

(4)根部有微裂紋的評定能否接收？

針對以上疑問，我們專門向法國公司(技術責任方，RCCM編委會成員)進行了咨詢。法國公司回復內容概括如下：

(1)RCCM-SI400相關條款適用于TI管J型焊縫。

(2)RCCM-SI400相關條款描述的根部缺陷包括微裂紋，并且對于TI管所采用的材料，這種缺陷幾乎是不可避免的，RCCM通過定義可接受的缺陷尺寸確認了這個事實。

(3)因為690合金相比600合金具有抵制應力腐蝕的能力，應力腐蝕相比微裂紋危害更大，所以RCCM規定TI管選用690合金。

(4)長度小于0.8 mm的根部微裂紋符合RCCM的要求，發現微裂紋的TI管J型坡口焊接工藝評定是可接受的。

4 結論

RCCM規定TI管材料選用690合金，是因為690合金具有抵制應力腐蝕的能力，而應力腐蝕相比微裂紋危害更大。對于TI管所采用的690合金材料，焊縫根部微裂紋幾乎是不可避免的。通過試驗和工程實踐驗證，RCCM規定長度小于0.8 mm微裂紋是可以接受的。

綜上所述，我們認為TI管J型坡口焊接工藝評定中長度小于0.8 mm的微裂紋是可以接受的。