壓力容器接管隔離層焊后RT不合格原因分析

胡曉琦， 辛宇

(1.海裝沈陽局駐哈爾濱地區(qū)第一代表室，哈爾濱150001；2.海裝沈陽局駐齊齊哈爾地區(qū)代表室，黑龍江齊齊哈爾161000)

1 現(xiàn)狀描述

一型壓力容器接管鎳基隔離層堆焊[1]完成后進(jìn)行RT檢查，共20張底片，其中12張底片發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，共16處，集中在距離熔合線15～26 mm之間。RT探傷報告中超標(biāo)缺陷統(tǒng)計情況[2]如表1所示。缺陷在底片和軸向上分布位置如圖1和圖2所示。

表1 進(jìn)口接管鎳基隔離層缺陷信息

圖1 缺陷在底片上的分布位置

圖2 缺陷沿軸向分布位置示意圖

2 原因分析

2.1 排查過程

針對壓力容器接管隔離層存在的RT不合的問題，組織施焊焊工、車間技術(shù)人員、質(zhì)保質(zhì)控人員進(jìn)行了原因分析，圍繞人、機(jī)、料、法、環(huán)五點(diǎn)要素，梳理接管鎳基隔離層堆焊過程[3]。從排查的過程看，施焊人員的資質(zhì)、焊接設(shè)備、焊材及焊接工藝等均未發(fā)現(xiàn)問題。但在施焊環(huán)境排查中，距該工件堆焊工位約50 m位置存在碳鋼氣刨、打磨作業(yè)區(qū)域，壓力容器接管鎳基隔離層存在被碳鋼粉塵污染的風(fēng)險。為了更深入查找缺陷原因，采取對該接管隔離層逐層加工、PT探傷及現(xiàn)場金相分析等手段，從根源上定位裂紋缺陷產(chǎn)生的根本原因，進(jìn)而制定解決措施，并為后續(xù)產(chǎn)品提供經(jīng)驗反饋。

2.2 產(chǎn)品工件分析

1）缺陷分布。對該接管隔離層逐層進(jìn)行了加工，先加工至距理論熔合線25 mm，然后按每次0.5 mm/0.5 mm/1 mm/1 mm/1 mm/1 mm加工至距熔合線20 mm，逐層進(jìn)行PT顯示，根據(jù)顯示結(jié)果，有效缺陷均處于內(nèi)側(cè)5 mm以內(nèi)，過程照片如圖3所示。其中，“疑似”缺陷直徑小于0.5 mm，加工1 mm后即可去除，應(yīng)為細(xì)微夾雜物，與本次RT裂紋缺陷不相關(guān)。

圖3 PT顯示示意圖

圖4 現(xiàn)場金相照片

圖5 圖3中3處PT顯示位置金相照片

同時，對缺陷進(jìn)行了金相檢驗[4]，缺陷為裂紋，現(xiàn)場金相照片如圖4所示。

2）缺陷微觀形態(tài)。對該接管隔離層進(jìn)行加工，切取鎳基環(huán)帶，分析裂紋缺陷產(chǎn)生原因。

圖5為圖3中3處PT顯示位置金相照片，該3處顯示在加工至距理論熔合線23 mm時出現(xiàn)，在距理論熔合線20 mm仍然存在，說明該3處缺陷在鎳基隔離層厚度方向有一定的貫穿深度。

從金相照片看，裂紋沿晶界開裂。裂紋源處有夾雜及氣孔。對圖5中缺陷位置進(jìn)行掃描電鏡分析，如圖6所示，從結(jié)果看出，缺陷位置出現(xiàn)Ti、Si等氧化物、碳化物夾雜。

3）性能分析。對切取鎳基隔離層試樣進(jìn)行加工性能試驗，性能結(jié)果如表2所示。可見性能結(jié)果合格。

綜上，根據(jù)缺陷分布規(guī)律及缺陷金相、EDS能譜結(jié)果，分析壓力容器接管鎳基隔離層RT缺陷為內(nèi)側(cè)堆焊時氣體保護(hù)不佳形成Ti、Si等氧化物、碳化物夾雜形成裂紋源。在后續(xù)焊接中，由于組織應(yīng)力、焊接應(yīng)力等共同作用下出現(xiàn)沿晶開裂，從而出現(xiàn)裂紋缺陷。

經(jīng)與焊接操作者落實，在堆焊過程中未按照《鎳基焊接操作細(xì)則》相關(guān)細(xì)則執(zhí)行：施焊時未架設(shè)卡圈；每焊完一道后采用砂輪打磨，容易產(chǎn)生過熱氧化及氧化物殘留；在每層焊前采用砂輪打磨，容易產(chǎn)生過熱氧化及氧化物殘留；設(shè)備未架設(shè)尾拖氣保護(hù)。這些因素都直接影響焊接質(zhì)量。

2.3 分析結(jié)論

對壓力容器接管鎳基隔離層RT缺陷，通過從人、機(jī)、料、法、環(huán)五方面要素分析并結(jié)合產(chǎn)品分析，形成結(jié)論如下：

圖6 缺陷位置EDS能譜

表2 進(jìn)口接管鎳基隔離層性能檢測結(jié)果

裂紋為氧化物夾雜形成的焊接缺陷，施焊周圍環(huán)境存在碳鋼粉塵污染的風(fēng)險，焊接操作者在施焊過程中未嚴(yán)格按照《鎳基焊接操作細(xì)則》執(zhí)行，存在未架設(shè)卡圈、未加尾拖氣保護(hù)以及采用砂輪打磨代替鋼絲刷清理鎳基堆焊層的情形，從而導(dǎo)致接管鎳基隔離層堆焊時出現(xiàn)缺陷。

3 糾正措施

針對壓力容器接管鎳基隔離層缺陷問題，制定糾正措施如下：

1）加強(qiáng)場地管理，若接管鎳基隔離層堆焊周圍存在碳鋼氣刨、打磨作業(yè)，則應(yīng)在氣刨、打磨結(jié)束至少4 h后方能繼續(xù)進(jìn)行接管鎳基隔離層堆焊工作；

2）將本次出現(xiàn)的質(zhì)量問題情況、根本原因及改進(jìn)措施進(jìn)行經(jīng)驗反饋，形成反饋記錄，避免類似問題重復(fù)發(fā)生；

3）對全部鎳基堆焊工藝人員和操作者重新宣貫《鎳基焊接操作細(xì)則》，形成宣貫記錄；

4）對該接管鎳基隔離層加工清除缺陷，PT探傷合格后按原工藝重新堆焊直至滿足工藝文件中厚度要求，堆焊過程中嚴(yán)格按照《鎳基焊接操作細(xì)則》執(zhí)行，堆焊過程中每3層進(jìn)行PT檢驗。