核電站20MN5M碳鋼鑄件閥門焊接工藝評定實施分析

沈智友

內容摘要：本文主要介紹核電站安裝使用的材質為20MN5M碳鋼鑄件的閥門，由于材質的特殊性，優先選用該材質材料進行焊接工藝評定的制作，對評定試驗結果進行分析，得出由于20MN5M母材性能不滿足焊接工藝評定要求的結論，最終重新選擇A105和A106GR.C母材，完成閥門焊接工藝評定。

關鍵詞：碳鋼鑄件? 焊接工藝評定 不合格 分析 母材缺陷

引言：

核電安裝現場出現材質為20MN5M碳鋼鑄件閥門，該材質材料最小抗拉強度為Rm≥485Mpa，常規焊接工藝評定無法覆蓋，需對此材料進行專項焊接工藝評定，實施過程中，由于出現不滿足技術要求的結果，經過原因分析、采取合理的方法，使閥門焊接工藝評定順利完成。

1焊接工藝評定的規劃及實施

涉及材質20MN5M閥門的焊口為對接焊縫，母材組合主要有20MN5M+A106GR.B、20MN5M+P265GH、20MN5M+P280GH、20MN5M+TP304L等，根據《RCCM? M1112? 1、2、3級設備用承壓碳鋼鑄件》確認20MN5M材質為碳鋼鑄件，最小抗拉強度Rm≥485Mpa，現場常規材料最小抗拉強度Rm≥470 Mpa，需對20MN5M材料實施專項焊接工藝評定的規劃、制作。

選擇20MN5M材料實施閥門專項焊接工藝評定，項目清單及實施情況，詳見如下表1：

2）實施結果

根據試驗結果，有5項閥門專項焊接工藝評定試驗不合格，根據試驗情況，所有不合格試驗均指向母材問題，重新對20MN5M母材進行采購，對WPQR-03、WPQR-04、WPQR-05進行第二次制作，實施結果仍為不合格，詳見表1。

2實施分析

根據評定試驗結果，針對碳鋼鑄件20MN5M母材焊接工藝評定實施進行如下分析：

1）焊接操作人員

焊接工藝評定的試件焊接均是選擇技能熟練的焊接操作人員。

2）焊接材料

上述7項焊接工藝評定所用的焊接材料使用前按照技術規格書的要求實施焊材驗收試驗，未出現力學試驗不合格的情況。

3）焊接工藝

所選擇成熟焊接工藝，根據焊接工藝評定的試驗結果，焊縫接頭試驗均滿足技術文件要求。

4）母材

此次7項閥門焊接工藝評定均使用到材質為20MN5M母材，對該材料的分析見如下：

根據20MN5M/Φ168.3×14.27焊接工藝評定不合格彎曲試樣，缺陷位于20MN5M側母材熱影響區以及母材區。

母材為20MN5M/Φ250.9×26.95焊接工藝評定，橫向拉伸不合格，斷裂在母材上，熱影響區2個沖擊低于單個最小值，沖擊缺口位于20MN5M母材。

母材為Z2CN18.10+20MN5M/Φ21.3×4.78焊接工藝評定，橫向拉伸試驗不合格，斷裂位置均位于在20MN5M母材側上。

核實20MN5M母材生產標準《RCCM? M1112? 1、2、3級設備用承壓碳鋼鑄件》發現，對于20MN5M母材在標準中無彎曲性能的要求。

碳鋼鑄件材料特性多疏松、氣孔、夾渣等內部缺陷，易導致評定理化試驗不滿足焊接工藝評定的要求。

終上所述，碳鋼鑄件20MN5M母材性能不滿足焊接工藝評定的要求。

3解決措施

為避免焊接工藝評定再次出現上述問題，重新選擇母材實施焊接工藝評定覆蓋20MN5M焊口，重新選擇的母材需滿足如下條件：

1）母材制造形式為軋件或鍛件，評定結果良好，沒有出現由于母材原因導致試驗不合格的情況，可優先選擇;

2）標準規定碳鋼母材最小抗拉強度在（Rm-60）Mpa～Rm之間可以等效，20MN5M材質最小抗拉強度為Rm≥485Mpa，選擇的母材最小抗拉強度為485～545Mpa碳鋼;

3）要求選擇市場占有量大、易于采購的材料;

4）可選擇A105和A106GR.C母材重新實施閥門焊接工藝評定，根據評定結果，所有試驗均滿足技術要求。

4結論

通過對影響閥門焊接工藝評定結果的各個因素進行分析，可以得出如下結論：

1）母材選擇是焊接工藝評定制作的重要環節，材料性能直接影響試驗結果;

2）焊接工藝評定規劃階段，應提前分析選擇的母材性能;

3）材質為20MN5M母材由于材料制造無彎曲性能要求，試驗結果具有隨機性，不滿足焊接工藝評定的制作;

4）材質為A105和A106GR.C母材，其性能滿足焊接工藝評定試驗要求，適用于閥門焊接工藝評定的制作。

參考文獻：

[1]0426AT0048? 碳鋼、低合金鋼焊接工藝評定

[2]0426AT0073? 異種鋼焊接工藝評定

[3]RCC-M 壓水堆核島機械設備設計和建造規則（2000版+2002補遺）（S冊）

[4]RCCM? M1112? 1、2、3級設備用承壓碳鋼鑄件