核島設(shè)備焊接見(jiàn)證件彎曲不合格分析和處理

王建林，洪　堯

(上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠，上海 200090)

0　概　述

某核島設(shè)備筒身縱縫的焊接見(jiàn)證件試樣厚度為42 mm，母材牌號(hào)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(jìn)行焊接。焊道順序，如圖1所示。見(jiàn)證件試板經(jīng)探傷合格后，進(jìn)行了彎曲試驗(yàn)(4件試樣，彎芯直徑D=4T，彎曲角度為180°)。試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)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(guò)3 mm，但試樣2的裂紋深度超過(guò)3 mm，試樣3和試樣4未出現(xiàn)開(kāi)裂等缺陷。彎曲試驗(yàn)的結(jié)果，如表1所示。根據(jù)S3334(c)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)[2]，彎曲試驗(yàn)時(shí)，試樣不應(yīng)出現(xiàn)任何明顯開(kāi)裂，單個(gè)裂紋及開(kāi)口孔隙和夾渣長(zhǎng)度，不應(yīng)大于3 mm。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)彎曲試驗(yàn)被判為不合格。試樣2的實(shí)物照片，如圖2所示。

表1彎曲試驗(yàn)結(jié)果

試樣號(hào)彎芯直徑/mm彎曲角度/°試驗(yàn)結(jié)果1D=4T180裂紋長(zhǎng)度1.6mm、2mm(各一處)2D=4T180裂紋長(zhǎng)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(kāi)裂原因分析

根據(jù)S3334(c)中的規(guī)定，如果試樣出現(xiàn)局部開(kāi)裂，應(yīng)按照SI240的規(guī)定，識(shí)別裂紋的起點(diǎn)[2]。局部界面開(kāi)裂的鑒別，對(duì)于奧氏體不銹鋼彎曲試樣，如果試樣上存在1個(gè)或多個(gè)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的細(xì)微裂紋，則應(yīng)使用下述方法進(jìn)行鑒別：對(duì)于每個(gè)有缺陷顯示的試樣，都應(yīng)取1個(gè)最大顯示的橫剖面，以便于進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)。

為了分析開(kāi)裂原因，先對(duì)焊接材料和焊接工藝進(jìn)行分析，然后進(jìn)行宏觀試驗(yàn)分析。

1.1　焊材入廠驗(yàn)收和工藝評(píng)定

查閱相關(guān)的焊材質(zhì)量保證書(shū)、質(zhì)量計(jì)劃和入廠復(fù)驗(yàn)報(bào)告，均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

查閱相關(guān)焊接工藝評(píng)定報(bào)告，符合相關(guān)技術(shù)要求。

1.2　施焊質(zhì)量控制

查閱了焊工施焊記錄，復(fù)查了焊接材料，并核對(duì)了焊接預(yù)熱溫度、電流、電壓、焊速、層間溫度等參數(shù)，均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求[3]。

1.3　宏觀檢驗(yàn)

1.3.1宏觀試樣分析

對(duì)試樣2進(jìn)行切割，切割后的試樣，如圖3所示。對(duì)試樣2的剖面進(jìn)行宏觀分析，放大10倍后的裂紋剖面，如圖4所示。為了測(cè)量裂紋深度，放大50倍后，測(cè)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(yīng)力的最大處，裂紋的長(zhǎng)度方向與彎曲方向一致(即垂直于側(cè)彎試樣的長(zhǎng)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(jù)宏觀形貌和裂紋位置、方向和深度，可以推斷試樣的彎曲開(kāi)裂，并非是焊接缺陷所致，可能是焊縫在局部區(qū)域內(nèi)超過(guò)了金屬的變形能力而引起的[4，5]。

2　附加試驗(yàn)

如果宏觀檢驗(yàn)證明裂縫不是由于焊接缺陷所引起，可能是焊縫在局部區(qū)域內(nèi)超過(guò)了金屬的變形能力而引起的，應(yīng)按照SI240的規(guī)定，再對(duì)試樣進(jìn)行2項(xiàng)附加試驗(yàn)。

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

(2) 在焊態(tài)條件下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，但試樣芯棒的彎芯直徑，應(yīng)比原尺寸增大1個(gè)試樣厚度(即D=5T)。

根據(jù)有關(guān)技術(shù)協(xié)議，為了進(jìn)行附加試驗(yàn)，開(kāi)具了彎曲試驗(yàn)修改單，確定了重新取樣的部位。試樣的各項(xiàng)技術(shù)要求，根據(jù)不符合項(xiàng)報(bào)告單JH17-1-9,按RCC-M SI240的要求再次進(jìn)行試驗(yàn),從而判斷是否是因局部減聚力引起的側(cè)彎試驗(yàn)裂紋:(1)在筒體縱縫焊接見(jiàn)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(jìn)行相同的固熔熱處理后，將每塊試樣加工2個(gè)側(cè)彎試樣進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，彎芯直徑D=4T。(2)在余料的上、下部分各取2個(gè)側(cè)變?cè)嚇?焊態(tài))進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，彎芯直徑D=5T。)根據(jù)返修要求，編制了返修質(zhì)量計(jì)劃，如表2所示。

對(duì)試樣進(jìn)行了1 080℃固溶處理，保溫65 min后，再快速水冷。熱處理后，對(duì)4件固溶態(tài)試樣和4件焊態(tài)試樣分別進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)后，各試樣均無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象。固溶態(tài)試樣彎曲試樣的實(shí)物，如圖6所示。焊態(tài)試樣彎曲試樣的實(shí)物，如圖7所示。附加的彎曲試驗(yàn)結(jié)果，如表3所示。

表2返修質(zhì)量計(jì)劃

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

圖6固溶態(tài)試樣彎曲試樣

圖7焊態(tài)試樣彎曲試樣

表3附加彎曲試驗(yàn)的結(jié)果

試樣號(hào)彎芯直徑/mm彎曲角度/°試驗(yàn)結(jié)果1D=4T180完好(固溶態(tài))2D=4T180完好(固溶態(tài))3D=4T180完好(固溶態(tài))4D=4T180完好(固溶態(tài))5D=5T180完好(焊態(tài))6D=5T180完好(焊態(tài))7D=5T180完好(焊態(tài))8D=5T180完好(焊態(tài))

3　結(jié)　語(yǔ)

根據(jù)附加試驗(yàn)后得出的結(jié)果，可推斷出原先試樣顯示的裂紋， 是由于局部區(qū)域內(nèi)超過(guò)了金屬的變形能力而引起的。根據(jù)S3334(c)中的規(guī)定，如果采用附加側(cè)彎試驗(yàn)后，所得的試驗(yàn)結(jié)果合格，表明金屬的變形能力在局部區(qū)域已經(jīng)超過(guò)規(guī)定值，那么附加側(cè)彎試驗(yàn)的結(jié)果，是可以接受的。最終，經(jīng)各方技術(shù)人員認(rèn)定，該焊接見(jiàn)證件試樣的彎曲試驗(yàn)為合格。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邱葭菲.焊接方法與設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[2] RCC-M 2000版+2002補(bǔ)遺.壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則[S].

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

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

[5] NB/T 20002.1-2013.壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備焊接規(guī)范.第一部分：通用要求[S].