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摘要：通過反應堆壓力容器三交區帶極堆焊、手工電弧堆焊、TIG堆焊3種焊接工藝方法的堆焊試驗，并進行無損探傷檢驗，低倍、金相檢驗，對比分析不同鎳基焊材及工藝方法焊接后三交區的焊接質量，確定出最佳堆焊工藝方案。

關鍵詞：三交區;焊接；質量

0引言

反應堆壓力容器內壁堆焊質量要求高,堆焊層厚度大，焊接應力大，焊接裂紋敏感性高；焊接道次多，熔敷量大，缺陷產生的概率大。在反應堆壓力容器內壁堆焊時，存在一個由508-3鋼母材、不銹鋼和鎳基堆焊層組成的三交區,3種材料的化學成分、組織、性能差異很大，堆焊時化學成分、組織、性能存在嚴重的不均勻性，易產生焊接熱裂紋，對三交區堆焊層進行PT、UT檢測時，經常有缺陷顯示，是國際上尚未徹底解決的工程難題。因此，需要對三交區焊接技術進行深入研究，進行焊接試驗，以獲得無損檢測合格率較高的堆焊層，控制三交區焊接熱裂紋產生。

1三交區焊接堆焊試驗研究

反應堆壓力容器內壁堆焊時，存在一個由508-3鋼母材、309L＋308L不銹鋼堆焊層和鎳基堆焊層組成的三交區。從焊材搭配考慮，確定4種三交區堆焊試件，試驗情況如下：1）不銹鋼帶極堆焊（4層）+600鎳基合金帶極（4層）+局部手工電弧焊。首層堆焊后PT探傷無缺陷。最終堆焊后PT探傷發現試板收弧起弧位置有約3處點狀及線狀缺陷，位置在不銹鋼側的600鎳基合金帶極堆焊區。通過拋磨可去除缺陷后PT、UT探傷合格。2）不銹鋼帶極堆焊（4層）+690鎳基合金帶極（4層）+局部手工電弧焊。首層堆焊后PT探傷無缺陷。最終堆焊后PT探傷發現整個焊接方向存在線性缺陷顯示，位置在不銹鋼側的690鎳基合金帶極堆焊區。3）不銹鋼帶極堆焊（4層）+600鎳基合金TIG（4層）+局部手工TIG首層堆焊后PT探傷無缺陷。最終堆焊后在鎳基與不銹鋼交界部位沿整個焊接方向存在1個點狀缺陷。拋磨即可清除，必要時進行手工TIG補焊。4）不銹鋼帶極堆焊（4層）+690鎳基合金TIG（4層）+局部手工TIG。首層堆焊后PT探傷無缺陷。最終包邊堆焊后，在鎳基與不銹鋼堆焊層的交界部位存在幾處點狀或線性缺陷，長度2~4mm。拋磨去除缺陷后PT、UT探傷合格。

2理化性能試驗

1）不銹鋼帶極:化學分析、拉伸、硬度、Kv沖擊試驗、彎曲試驗,結果合格。

2）600鎳基合金帶極：a.化學分析、拉伸、硬度、Kv沖擊試驗,結果合格。b.彎曲試驗，側彎結果不合格。不滿足單個裂紋不超過2mm的要求。重新取樣后仍不合格。690鎳基合金帶極:因焊道開裂沒有進行。

3）600鎳基合金TIG:a.化學、拉伸、彎曲、硬度、Kv沖擊試驗，結果合格。

4）690鎳基合金TIG：結果同600鎳基合金TIG相同。

3低倍、金相檢驗

交區堆焊試驗探傷后，試件進行了低倍和金相檢驗，結果如下：

1）不銹鋼帶極堆焊（4層）+600鎳基合金帶極（4層）+局部手工電弧焊。三交區未發現焊接缺陷。低倍：試樣在焊縫區發現一處微小焊接結晶裂紋，長度約有0.4mm，位置在不銹鋼側的600鎳基合金帶極堆焊區。金相檢驗：腐蝕劑為4%硝酸酒精溶液和10%草酸電解液；鎳基堆焊層為奧氏體組織；不銹鋼堆焊層為奧氏體+少量的鐵素體;熱區為貝氏體;母材為貝氏體。200倍放大后鎳基堆焊層發現2條微小裂紋的焊接缺陷，長度為0.4mm左右，位置在手工焊條包邊區域。

2）不銹鋼帶極堆焊（4層）+690鎳基合金帶極（4層）+局部手工電弧焊。三交區未發現焊接缺陷。低倍：焊縫區發現多條焊接裂紋，位置在不銹鋼側的690鎳基合金帶極堆焊區。金相檢驗：腐蝕劑為4%硝酸酒精溶液和10%草酸電解液；鎳基堆焊層為奧氏體組織;不銹鋼堆焊層為奧氏體+少量的鐵素體，熱區為貝氏體;母材為貝氏體。100倍及50倍放大后，在鎳基堆焊層處均發現多處裂紋焊接缺陷，缺陷位置位于鎳基和不銹鋼交界部位，裂紋方向沿結晶方向從不銹鋼交界往鎳基方向延展。由缺陷形態判定為結晶裂紋。因鎳基合金與不銹鋼導熱性差，熱膨脹系數大，導致焊縫在凝固時，收縮應力較大；鎳基合金組織為奧氏體，不銹鋼為奧氏體組織+少量鐵素體，由于凝固時的偏析以及液體薄膜對潤濕奧氏體晶粒邊界的傾向性，具有焊縫凝固時開裂的固有敏感性；另外，鎳基合金、不銹鋼與508-3母材的化學成分差異性較大，母材與不銹鋼中雜質含量較高,如P，S，鎳基合金焊接時，受母材和不銹鋼的稀釋，會在凝固時造成雜質偏析和較高的焊縫凝固開裂敏感性。在以上元素綜合作用的結果下，在交界部位極易出現焊接裂紋。

3）不銹鋼帶極堆焊（4層）+600鎳基合金TIG（4層）+局部手工TIG。三交區未發現焊接缺陷。低倍放大后，試樣未發現宏觀缺陷。金相檢驗：腐蝕劑為4%硝酸酒精溶液和10%草酸電解液；鎳基堆焊層為奧氏體組織；不銹鋼堆焊層為奧氏體+少量的鐵素體，熱區為貝氏體；母材為貝氏體。200倍放大后,未發現焊接缺陷。

4）不銹鋼帶極堆焊（4層）+690鎳基合金TIG（4層）+局部手工TIG。三交區未發現焊接缺陷，低倍放大后,試樣在焊縫區發現1處焊接裂紋，長度最長約1.9mm。金相檢驗：腐蝕劑為4%硝酸酒精溶液和10%草酸電解液，鎳基堆焊層為奧氏體組織，不銹鋼堆焊層為奧氏體+少量的鐵素體，熱區為貝氏體，母材為貝氏體。200倍放大后,鎳基堆焊層發現1處裂紋顯示。試驗過程中，鎳基600合金擺動TIG堆焊，焊道成型良好。相對鎳基合金來說，鎳基690合金擺動TIG堆焊焊道成型較差，表面氧化物堆浮較多，收弧裂紋較多。

4結論

1）針對不銹鋼帶極堆焊+鎳基合金帶極+局部手工電弧焊，鎳基600焊材相對690鎳基焊材三交區缺陷較少，690鎳基焊材最終堆焊后PT探傷發現整個焊接方向存在線性缺陷顯示；金相試驗發現，690鎳基焊材三交區缺陷較多，在交界部位，缺陷長度較長，沿著結晶方向延展。

2）針對不銹鋼帶極堆焊+鎳基合金TIG+局部手工TIG焊，鎳基600TIG焊接缺陷明顯少于焊材690鎳基焊材，且可通過拋磨去除缺陷；鎳基600焊材三交區試驗金相試樣未發現缺陷顯示。鎳基690TIG焊材三交區試驗,三交區雖未發現焊接缺陷，但在試樣焊縫區發現1處焊接裂紋，收弧裂紋較多。

3）對比分析不同鎳基焊材及工藝方法焊接后三交區、焊縫區的焊接質量，確定出最佳堆焊工藝方案：選用不銹鋼帶極堆焊+600鎳基合金TIG+局部手工TIG焊，可以獲得無損檢測合格率較高的堆焊層，控制三交區焊接熱裂紋產生。

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作者：辛宇 單位：海軍駐某地代表室