大型压水堆电气贯穿件套筒焊接缺陷分析及工艺改进

【摘要】针对大型压水堆中电气贯穿件的T型接头焊接，采用了刚性方法控制焊接变形，用手工焊条电弧焊（SMAW）焊接时出现裂纹问题，对原因进行了分析，改进了焊接工艺，减少了焊缝缺陷，提高了超声波检测合格率。

【关键词】SA-350 Gr.LF2Cl.1；SA-738Gr.B；焊接变形；SMAW；裂纹 焊接工艺；贯穿件

1.前言

新型核电在建造中采用模块化建造技术，实行车间预制、现场组装和整体吊装的方法，提高了建造效率。模块主要分为结构模块、设备模块和CV模块，CV模块上分布42个机械贯穿件套筒，29个电气贯穿件套筒，以及2个设备闸门和2个人员过渡舱。

2.焊接工艺及产生缺陷原因分析

2.1母材及焊材

CV贯穿件补强板采用钢材SA-738Gr.B，其主要的化学成分如下表1。

2.2焊接工艺

电气贯穿件补强板厚度90mm，套筒壁厚57mm。套筒与补强板的接头采用T型接头，采用手工电弧焊，焊接电流90～180A，电压22～28V，最大热输入35.6KJ/cm，最小预热温度100°C，最大层间温度200°C，焊后进行热处理消除应力。

焊缝厚度较大，焊缝采用双面V型坡口，焊缝清根形式为碳弧气刨，清根后做PT检测，焊缝盖面完成后进行PT、UT检测。

2.3焊接过程产生缺陷及原因分析

在套筒与补强板焊缝焊接监控过程中发现，焊缝在清根后PT检测时基本无显示性缺陷产生。但在整体焊接完成后，进行UT检测时绝大多数焊缝均存在不可接受缺陷。缺陷形式为裂纹、未焊透、未熔合。缺陷位置在靠近套筒一侧，有些裂纹已扩展至套筒近表面。

分析缺陷产生原因如下：

（1）焊缝根部间隙小，间隙大多在0～2之间，焊接时不容易焊透，气刨清根时如果挖的深度不够，缺陷就容易残留在焊缝内部。

（2）焊接残余应力是裂纹产生的必要条件。补强板拉伸强度585～705MPa，套筒拉伸强度485～655MPa，E9018拉伸强度620～735MPa，由于焊缝厚度较大，焊接过程会产生很高的残余应力，而在焊接套筒与补强板焊缝前，补强板与筒体焊缝已经焊接完成，焊缝在拘束状态下，应力无处释放，在拉伸应力作用下裂纹就在母材与熔敷金属中薄弱部位产生了。

（3）焊后去应力热处理未及时进行。多数焊缝焊接完成后，需UT检测合格后进行去应力热处理，放置时间超过一个月，去应力热处理未及时进行，焊缝在应力长期作用下产生裂纹。

2.4工艺改进

针对缺陷产生的原因，可以制定相应的改进措施。

（1）为避免焊缝根部产生未焊透、未熔合缺陷产生，采用氩弧焊打底，这样既避免了气刨时缺陷刨不净，也能大大减少人力消耗。

（2）由于焊缝根部容易产生缺陷，打底第一层强制进行PT或MT检测，如发现缺陷及时进行消除。

（3）焊缝拘束状态下应力无处释放，改进安装工艺，先组装焊接套筒与补强板焊缝，这样在焊接过程中，焊缝处于无约束状态，应力可进行最大程度的释放，减少裂纹产生。

（4）分析两种母材与焊材的拉伸应力及缺陷产生位置，考虑采用拉伸应力与套筒相近的焊材进行焊接，即采用低配焊材代替目前的高配焊材。

（5）焊接完成后立刻进行消除应力热处理，及时将焊接过程中产生的焊接应力释放掉。

3、结论

综上所述，焊接工艺制定时，焊材尽量采用低配，可以有效避免焊缝在拉伸应力作用下被强行撕裂。焊接时尽量避免在高拘束状态下焊接，使焊接应力得到有效的释放，如果实在不能避免在高拘束状态下焊接，则焊接完成后应立即进行焊后热处理及时消除焊接应力，避免焊缝在应力长期作用下产生裂纹。

参考文献

[1]ASTM A 350/A 350M-04 A738/A 738M-03a

[2]American Society of Mechanical Engineers （ASME） Boiler and Pressure Vessel Code 2001 sections， including the 2002 addenda：

Section II "Material Specifications”

Section V "Nondestructive Examination”

Section XI “Rules for In-service Inspection of Nuclear Power Plant Components”