蒸汽發(fā)生器下封頭接管內(nèi)壁堆焊層脫落問(wèn)題的研究

1、    蒸汽發(fā)生器下封頭接管內(nèi)壁堆焊層脫落問(wèn)題的研究    雷凡 譚晶華 許春軍摘  要：本研究通過(guò)對(duì)蒸汽發(fā)生器接管安全端接管內(nèi)壁堆焊層脫落的問(wèn)題進(jìn)行分析和驗(yàn)證，造成該問(wèn)題的原因?yàn)闊彷斎肓坎粔?，根本原因?yàn)槿藶椴僮鞑划?dāng)，焊槍位置與接管相對(duì)運(yùn)動(dòng)不符合要求。通過(guò)規(guī)程焊槍在圓環(huán)或圓柱面堆焊時(shí)的位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式避免類似質(zhì)量問(wèn)題的再次發(fā)生。關(guān)鍵詞：蒸汽發(fā)生器;下封頭安全端;堆焊：tl353.13      文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a         ：2095-2945（2019）05-

2、0049-03堆焊技術(shù)在百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組蒸汽發(fā)生器的應(yīng)用有：下封頭內(nèi)壁大面積堆焊、接管安全端隔離層和內(nèi)壁堆焊、人孔堆焊、管板堆焊以及上封頭蒸汽出口內(nèi)壁堆焊。雖然目前堆焊技術(shù)在各主設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)用已十分成熟，但是仍會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量問(wèn)題。本研究從蒸汽發(fā)生器接管安全端堆焊層出現(xiàn)剝離的問(wèn)題入手，對(duì)蒸汽發(fā)生器制造過(guò)程中出現(xiàn)的特殊案例進(jìn)行分析、總結(jié)，從這些特殊案例的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中提取堆焊技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用的積累。1 問(wèn)題事件及現(xiàn)象描述蒸汽發(fā)生器接管安全端接管見(jiàn)證件接管側(cè)內(nèi)壁堆焊層機(jī)加工完成后，檢查發(fā)現(xiàn)：見(jiàn)證件表面堆焊層與母材融合線位置存在不連續(xù)裂紋（參看圖1）。隨后進(jìn)行ut檢查，結(jié)論：內(nèi)壁堆焊層融合線位置整圈都存在超

3、標(biāo)信號(hào)。2 焊接參數(shù)描述焊接方式：saw  接頭形式：堆焊  坡口位置：pa  預(yù)熱：150（所有層）后熱：200（所有層） 后熱處理：250400，4h （所有層）電特性：dc、ep 焊接技術(shù)：多層焊 焊接設(shè)備：esab laf 1250 dc母材：18mnd5  母材厚度范圍：>50mm填充材料：第一層 eq309l（牌號(hào)：soudotae 309l q5 焊劑：record int 101 q5）第二層 eq308l（牌號(hào)：soudotae 308l q5 焊劑：record int 101 q5）尺寸：30×0.5mm焊接參數(shù)：電

4、流范圍：380410a;電壓范圍：2732v;焊接速度：140170mm/min3 試樣分析試樣宏觀分析：觀察切取的試樣側(cè)面，如圖2、圖3所示，整個(gè)堆焊面可以大致分為三段區(qū)域：a段（完全脫落）、b段（存在裂紋，局部有融合）、c段（無(wú)裂紋）。a段（完全脫落）豎線切割后，自然完全脫開(kāi)成兩半。如圖4所示。觀察上述脫開(kāi)面，具有以下特點(diǎn)：（1）施焊間隔明顯，以焊帶寬度（30mm）間隔。（2）脫開(kāi)面自然分開(kāi)，無(wú)明顯撕裂特征，表面氧化痕跡明顯。（3）在不銹鋼側(cè)表面密集分部凸起，在對(duì)應(yīng)低合金鋼側(cè)凹坑密布。凸起與凹坑應(yīng)為電弧作用下的融合的不銹鋼堆焊金屬覆蓋在母材表面產(chǎn)生的未完全融合的特征。上述脫開(kāi)面表明：母材在

5、焊接過(guò)程中沒(méi)有足夠熔化與焊帶熔化后的熔滴形成的熔池，造成兩者之間沒(méi)有形成真正的熔合，形成有效連接。脫開(kāi)面微觀分析：為進(jìn)一步證實(shí)對(duì)宏觀現(xiàn)象的分析，對(duì)a段、b段、c段分別進(jìn)行金相觀察。（1）對(duì)a段（完全脫開(kāi)）部位垂直于堆焊面做金相檢查，發(fā)現(xiàn)：低合金鋼表面大部分沒(méi)有任何不銹鋼附著（圖5）。（2）對(duì)于b 段（存在有裂紋，局部融合）試樣做金相觀察如下（制作試樣過(guò)程中開(kāi)裂），低合金鋼側(cè)部分附著不銹鋼（圖6），部分無(wú)任何不銹鋼附著（圖7）。（3）對(duì)于c段（無(wú)裂紋）做金相觀察（圖8）。由上述金相分析可知：（1）a段存在大部分低合金鋼側(cè)無(wú)不銹鋼附著，既不銹鋼與低合金鋼較少熔合。（2）b段部分低合金鋼與不銹鋼簡(jiǎn)單

6、熔合，部分無(wú)熔合。（3）c段低合金鋼與不銹鋼初步熔合。（4）低合金鋼上無(wú)不銹鋼附著證明兩者之間沒(méi)有形成熔合和有效連接，效果等同虛焊。（5）微觀金相與脫開(kāi)宏觀都證明兩者之間沒(méi)有形成有效熔合，微觀與宏觀相互對(duì)應(yīng)印證。沒(méi)有形成有效熔合的原因是焊接過(guò)程在母材表面沒(méi)有形成足夠熔池，既焊接過(guò)程中母材表面熱輸入量不夠。4 金相組織對(duì)比分析將合格的309鋼帶的堆焊處界面金相（圖9）和見(jiàn)證件接管端內(nèi)壁堆焊脫落界面金相（圖10），進(jìn)行對(duì)比，后者是脫開(kāi)試樣上熔合部分，但熱影響與前者相比還是有很明顯區(qū)別。低合金鋼在熱輸入影響下部分區(qū)域脫碳形成鐵素體以及晶粒長(zhǎng)大的區(qū)域，前者明顯寬與后者，因此也驗(yàn)證了脫開(kāi)接管堆焊母材表面

7、熱輸入量偏下的結(jié)論。5 原因分析綜上所述：造成見(jiàn)證件接管內(nèi)壁堆焊層脫落的原因是焊接過(guò)程中熱輸入量過(guò)小，熔深偏小。造成這種現(xiàn)象的原因有：（1）電流偏小，熱輸入量偏小。（2）電壓偏大，電弧增長(zhǎng)，電弧底部熱輸入量偏下。（3）電極性接錯(cuò)，直接反接誤操作為直流正接，熔深偏小。（4）焊接速度過(guò)快，線能量偏小，熱輸入量偏小，熔深不夠。（5）焊槍角度與母材表面呈拖曳角度，焊槍放置的相對(duì)位置（焊帶），如果焊槍相對(duì)于待堆焊位置做下坡方向運(yùn)動(dòng)，熔化的熔池在自身重力作用下沿待堆焊面流動(dòng)（下坡），上述兩個(gè)同向運(yùn)動(dòng)造成熔池與焊槍（焊帶）相對(duì)靜止或距離擴(kuò)大，焊槍（焊帶）始終加熱熔化的堆焊金屬而不是新的母材區(qū)域，造成待堆焊母

8、材表面熱輸入量不夠，熔深不夠，堆焊層與母材之間難以形成有效連接。（6）焊帶伸長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，熔敷量增加，母材的熱輸入量減少。上述原因分析中，由于（1）到（4）可以通過(guò)焊接工藝wps以及現(xiàn)場(chǎng)焊機(jī)適用進(jìn)行保證，原因（5）、（6）則與脫開(kāi)面的宏觀特征相應(yīng)，既電弧適中作用下的熔化的堆焊層金屬沿母材表面鋪展，雖對(duì)母材有一定的沖擊熔化作用，但是熱輸入量不夠，熔深不夠，堆焊層金屬與母材兩者之間不能形成有效的連接。6 原因驗(yàn)證試驗(yàn)過(guò)程：（1）將原試環(huán)的堆焊層以及堆焊層下母材5mm范圍內(nèi)全部機(jī)加工掉，用作試驗(yàn)中的母材試環(huán)。（2）采用與產(chǎn)品相同批次的焊帶焊劑。（3）在堆焊eq309l時(shí)，進(jìn)行模擬。堆焊eq308l按照焊接

9、規(guī)程執(zhí)行。（4）主要根據(jù)原因分析設(shè)計(jì)了試驗(yàn)參數(shù)。a.主要參數(shù)為設(shè)置焊帶相對(duì)運(yùn)動(dòng)偏離位置;b.采用與規(guī)程相比更大的電流與電壓，更快的焊接速度。（稍微超出焊接工藝規(guī)程）;c.對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行了組合，惡化焊接參數(shù)，試圖重現(xiàn)堆焊層分裂;d.焊接過(guò)程中根據(jù)焊接的實(shí)際情況，改變焊接參數(shù)，以期更好地完成模擬試驗(yàn);e.堆焊完成后進(jìn)行打磨探傷，發(fā)現(xiàn)整個(gè)堆焊面存在非常多的缺陷分布，局部缺陷為堆焊層與母材未熔合。根據(jù)探傷結(jié)果對(duì)試驗(yàn)環(huán)進(jìn)行多段切割。切割后并沒(méi)有出現(xiàn)堆焊層整體剝離的現(xiàn)場(chǎng)，但存在局部未熔合的缺陷。7 結(jié)論由于原因分析主要基于技術(shù)層面，但是導(dǎo)致焊接見(jiàn)證件接管側(cè)內(nèi)壁堆焊層剝離的原因是多樣的。上述試驗(yàn)中以機(jī)頭相對(duì)位置為主，電流電壓參數(shù)設(shè)置為輔的試驗(yàn)造成堆焊層中未熔合缺陷的產(chǎn)生，雖未完成重現(xiàn)見(jiàn)證件缺陷，但是可以認(rèn)可試驗(yàn)結(jié)果。焊槍在圓環(huán)或圓柱面堆焊時(shí)的位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)給堆焊技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)影響，在焊接實(shí)施和監(jiān)督過(guò)程中應(yīng)對(duì)焊槍位置進(jìn)行關(guān)注，在進(jìn)行工藝評(píng)定或是wps的編制時(shí)也應(yīng)納入考慮范圍，避免類似問(wèn)題再次發(fā)生，有效地保證堆焊的質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：1曾江.堆焊技術(shù)的發(fā)展及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的推廣j金屬加工（冷加工），2010（5）.2陳祝年.焊接工程師手冊(cè)m.