反應(yīng)堆壓力容器研究范文

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摘要：通過(guò)反應(yīng)堆壓力容器三交區(qū)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(yàn)，并進(jìn)行無(wú)損探傷檢驗(yàn)，低倍、金相檢驗(yàn)，對(duì)比分析不同鎳基焊材及工藝方法焊接后三交區(qū)的焊接質(zhì)量，確定出最佳堆焊工藝方案。

關(guān)鍵詞：三交區(qū);焊接；質(zhì)量

0引言

反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)壁堆焊質(zhì)量要求高,堆焊層厚度大，焊接應(yīng)力大，焊接裂紋敏感性高；焊接道次多，熔敷量大，缺陷產(chǎn)生的概率大。在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)壁堆焊時(shí)，存在一個(gè)由508-3鋼母材、不銹鋼和鎳基堆焊層組成的三交區(qū),3種材料的化學(xué)成分、組織、性能差異很大，堆焊時(shí)化學(xué)成分、組織、性能存在嚴(yán)重的不均勻性，易產(chǎn)生焊接熱裂紋，對(duì)三交區(qū)堆焊層進(jìn)行PT、UT檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常有缺陷顯示，是國(guó)際上尚未徹底解決的工程難題。因此，需要對(duì)三交區(qū)焊接技術(shù)進(jìn)行深入研究，進(jìn)行焊接試驗(yàn)，以獲得無(wú)損檢測(cè)合格率較高的堆焊層，控制三交區(qū)焊接熱裂紋產(chǎn)生。

1三交區(qū)焊接堆焊試驗(yàn)研究

反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)壁堆焊時(shí)，存在一個(gè)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(qū)。從焊材搭配考慮，確定4種三交區(qū)堆焊試件，試驗(yàn)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(wú)缺陷。最終堆焊后PT探傷發(fā)現(xiàn)試板收弧起弧位置有約3處點(diǎn)狀及線(xiàn)狀缺陷，位置在不銹鋼側(cè)的600鎳基合金帶極堆焊區(qū)。通過(guò)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(wú)缺陷。最終堆焊后PT探傷發(fā)現(xiàn)整個(gè)焊接方向存在線(xiàn)性缺陷顯示，位置在不銹鋼側(cè)的690鎳基合金帶極堆焊區(qū)。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(wú)缺陷。最終堆焊后在鎳基與不銹鋼交界部位沿整個(gè)焊接方向存在1個(gè)點(diǎn)狀缺陷。拋磨即可清除，必要時(shí)進(jìn)行手工TIG補(bǔ)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(wú)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(diǎn)狀或線(xiàn)性缺陷，長(zhǎng)度2~4mm。拋磨去除缺陷后PT、UT探傷合格。

2理化性能試驗(yàn)

1）不銹鋼帶極:化學(xué)分析、拉伸、硬度、Kv沖擊試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn),結(jié)果合格。

2）600鎳基合金帶極：a.化學(xué)分析、拉伸、硬度、Kv沖擊試驗(yàn),結(jié)果合格。b.彎曲試驗(yàn)，側(cè)彎結(jié)果不合格。不滿(mǎn)足單個(gè)裂紋不超過(guò)2mm的要求。重新取樣后仍不合格。690鎳基合金帶極:因焊道開(kāi)裂沒(méi)有進(jìn)行。

3）600鎳基合金TIG:a.化學(xué)、拉伸、彎曲、硬度、Kv沖擊試驗(yàn)，結(jié)果合格。

4）690鎳基合金TIG：結(jié)果同600鎳基合金TIG相同。

3低倍、金相檢驗(yàn)

交區(qū)堆焊試驗(yàn)探傷后，試件進(jìn)行了低倍和金相檢驗(yàn)，結(jié)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(qū)未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。低倍：試樣在焊縫區(qū)發(fā)現(xiàn)一處微小焊接結(jié)晶裂紋，長(zhǎng)度約有0.4mm，位置在不銹鋼側(cè)的600鎳基合金帶極堆焊區(qū)。金相檢驗(yàn)：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(qū)為貝氏體;母材為貝氏體。200倍放大后鎳基堆焊層發(fā)現(xiàn)2條微小裂紋的焊接缺陷，長(zhǎng)度為0.4mm左右，位置在手工焊條包邊區(qū)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(qū)未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。低倍：焊縫區(qū)發(fā)現(xiàn)多條焊接裂紋，位置在不銹鋼側(cè)的690鎳基合金帶極堆焊區(qū)。金相檢驗(yàn)：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(qū)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(fā)現(xiàn)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(jié)晶方向從不銹鋼交界往鎳基方向延展。由缺陷形態(tài)判定為結(jié)晶裂紋。因鎳基合金與不銹鋼導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)大，導(dǎo)致焊縫在凝固時(shí)，收縮應(yīng)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(shí)的偏析以及液體薄膜對(duì)潤(rùn)濕奧氏體晶粒邊界的傾向性，具有焊縫凝固時(shí)開(kāi)裂的固有敏感性；另外，鎳基合金、不銹鋼與508-3母材的化學(xué)成分差異性較大，母材與不銹鋼中雜質(zhì)含量較高,如P，S，鎳基合金焊接時(shí)，受母材和不銹鋼的稀釋?zhuān)瑫?huì)在凝固時(shí)造成雜質(zhì)偏析和較高的焊縫凝固開(kāi)裂敏感性。在以上元素綜合作用的結(jié)果下，在交界部位極易出現(xiàn)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(qū)未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。低倍放大后，試樣未發(fā)現(xiàn)宏觀缺陷。金相檢驗(yàn)：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(qū)為貝氏體；母材為貝氏體。200倍放大后,未發(fā)現(xiàn)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(qū)未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，低倍放大后,試樣在焊縫區(qū)發(fā)現(xiàn)1處焊接裂紋，長(zhǎng)度最長(zhǎng)約1.9mm。金相檢驗(yàn)：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(qū)為貝氏體，母材為貝氏體。200倍放大后,鎳基堆焊層發(fā)現(xiàn)1處裂紋顯示。試驗(yàn)過(guò)程中，鎳基600合金擺動(dòng)TIG堆焊，焊道成型良好。相對(duì)鎳基合金來(lái)說(shuō)，鎳基690合金擺動(dòng)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(jié)論

1）針對(duì)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(duì)690鎳基焊材三交區(qū)缺陷較少，690鎳基焊材最終堆焊后PT探傷發(fā)現(xiàn)整個(gè)焊接方向存在線(xiàn)性缺陷顯示；金相試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，690鎳基焊材三交區(qū)缺陷較多，在交界部位，缺陷長(zhǎng)度較長(zhǎng)，沿著結(jié)晶方向延展。

2）針對(duì)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(guò)拋磨去除缺陷；鎳基600焊材三交區(qū)試驗(yàn)金相試樣未發(fā)現(xiàn)缺陷顯示。鎳基690TIG焊材三交區(qū)試驗(yàn),三交區(qū)雖未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，但在試樣焊縫區(qū)發(fā)現(xiàn)1處焊接裂紋，收弧裂紋較多。

3）對(duì)比分析不同鎳基焊材及工藝方法焊接后三交區(qū)、焊縫區(qū)的焊接質(zhì)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(wú)損檢測(cè)合格率較高的堆焊層，控制三交區(qū)焊接熱裂紋產(chǎn)生。

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作者：辛宇 單位：海軍駐某地代表室