反应堆压力容器焊缝微裂纹问题的确认.pdf

《大型铸锻件》 HEAVY CASTING AND FORGING No．6 November 201 1 反应堆压力容器 焊缝微裂纹问题的确认 陈睿 (中广核工程有限公司，广东518124) 摘要：反应堆压力容器TI管焊接工艺评定中焊缝根部普遍存在长度小于0．8 mm的微裂纹问题，针对这一 问题专门向法国公司进行了咨询，确认长度小于0．8 mm的微裂纹是可以接受的。 关键词：反应堆压力容器；焊缝；微裂纹 中图分类号：TG441．7 文献标识码：B Confirmation for Microcrack Problem in Reactor Pressure Vessel Welds Chen Rui Abstract：Many microcrack not exceeding 0．8 mm in length has been found at root zones of welds of reactor pres‘ sure vessel instrumentation tube welding process qualification．Regarding to this problem，we have consulted to France Company，and confirmed that microcrack not exceeding 0．8 mm in length in welds of Instrumentation Tube welding process qualification is acceptable． Key words：reactor pressure vessel；welds；microcrack 1问题的提出 反应堆压力容器(RPV)中子测量管(TI管) 与下封头的焊接接头，是结构形式比较特殊的J 型坡口焊缝。该焊缝结构复杂，焊接难度大，是 RPV制造过程中需要重点解决的难点工艺之一。 为了顺利地完成某百万千瓦核电项目RPV的制 造，国内供应商先进行模拟工艺试验，为后续进行 的焊接工艺评定积累试验数据。但是，试验结果 并不理想，从焊缝的微观金相检查结果看，根部存 在大量的气孔、夹渣和微观裂纹。之后，供应商成 立了攻关小组，调整工艺措施继续试验，同时向法 国公司(技术责任方)寻求技术支持。经过反复 试验和摸索，根部存在的气孑L、夹渣问题基本解 决，但根部微裂纹一直无法消除。在焊接工艺评 定过程中，评定试块焊缝没有发现气孔、夹渣，但 在焊缝根部普遍存在长度小于0．8 mm的微裂 纹。焊接工艺评定焊缝中长度小于0．8mm的微 裂纹可以接受吗? 2焊接工艺评定介绍和金相检验结果 2．1 焊接工艺评定包含的内容 收稿日期：201l—07一l7 作者简介：陈睿(1974一)，男，湖南衡阳人，工程师，硕士，从事核 电厂核岛主设备制造监督工作。 TI管J型坡口焊接主要分为堆焊阶段和与管 子的对接焊阶段。而根据管子与下封头的位置和 角度不同又分为直管焊接和斜插管焊接。 2．1．1堆焊阶段 RPV母材材料为16MnD5，TI管材料为690 合金，在RPV下封头低合金钢母材上采用镍基焊 条进行手工堆焊，焊接方法为焊条电弧焊。 在完成堆焊后，进行消应力热处理。 2．1．2与管子的对接焊阶段 采用镍基焊条进行TI管与RPV下封头的对 接焊，焊接方法为焊条电弧焊。 在完成对接焊后，进行消应力热处理。 2．2金相检验取样位置 消应力热处理后，进行金相检验，取样位置如 图1所示。 2．3供应商工艺评定关于金相检验的要求 (1)宏观金相检查验证不存在裂纹、未焊透、 咬边、未融合及射线探伤标准中所描述的不接受 的气孔。 (2)微观金相检查验证不存在微裂纹和由于 淬火而引起的残留脆性相。 (3)微观金相检查照片至少应包括母材和融 合线的特征区域，至少包括放大200倍的显微照 片。 2．4金相检验结果 39 No．6 November 201 1 《大型铸锻件》 HEAVY CASTING AND F0RGING 图1金相检验取样位置 Figure 1 Sampling position for metallographic test 表1直管金相检验结果 Table 1 Metaliographic test results for vertical tube 宏观 对应的 试样 微观试样 结果 宏观试样根部有缺陷，微观放大200倍，根 MA1 Ml1 部缺陷长度0．29 mill 宏观试样根部有缺陷，微观放大200倍，根 MA2 MI2 部缺陷长度0．59 mm 宏观试样根部有缺陷，微观放大200倍，根 MA3 MI3 部缺陷长度0．40 mill 宏观试样根部有缺陷，微观放大200倍，根 MA4 MJ4 部缺陷长度0．23 mm 表2斜插管金相检验结果 Table 2 Metallographic test results for incline tube 宏观 对应的 结果 试样 微观试样 宏观试样根部有缺陷，微观放大200倍，根 MA5 M巧 部缺陷长度0．47 mm 宏观试样根部有缺陷，微观放大200倍，根 MA6 MI6 部缺陷长度0．40 mm 宏观试样根部有缺陷，微观放大200倍，根 MA7 Ml7 部缺陷长度0．68 mm 宏观试样根部有缺陷，微观放大200倍，根 MA8 MI7 部缺陷长度0．42 mill 金相检验结果分别见表1(直管)和表2(斜 插管)。 3微裂纹问题的确认 在法国公司技术人员协助供应商完成工艺评 定前，供应商认为微裂纹不论长度多少都不允许 存在，导致工艺评定停滞。在法国公司技术人员 到来后，向供应商明确指出根部焊道允许有微裂 纹，长度不超过0．8 mm的微裂纹是可以接受的。 这是根据RCCM—SI400的规定，在局部焊透角焊 缝的情况下，根部缺陷不超过0．8 mm是允许的。 40 法国公司也由此判定上述工艺评定是可以接受 的。 一般说来，裂纹是造成压力容器失效的重要 因素之一，是设备失效的重要隐患。TI管焊接工 艺评定的取样是在任意相隔90。的部位剖开的， 在每个检测面都能发现尺寸不等的裂纹，可以推 断这种根部裂纹整圈都存在。对此，我们存在以 下几方面的疑问： (1)RCCM—SI400相关条款是否适用于TI管 J型焊缝? (2)RCCM—SI400相关条款描述的根部缺陷 是否包括微裂纹，如果根部缺陷包括微裂纹，为什 么裂纹长度必须小于0．8 mm? (3)TI管角焊缝不能进行破坏性试验，如果 评定通过，TI管按此评定进行焊接，根部微裂纹 是否会对今后的设备运行寿命产生影响? (4)根部有微裂纹的评定能否接收? 针对以上疑问，我们专门向法国公司(技术 责任方，RCCM编委会成员)进行了咨询。法国公 司回复内容概括如下： (1)RCCM．SI400相关条款适用于TI管J型 焊缝。 (2)RCCM—SI400相关条款描述的根部缺陷 包括微裂纹，并且对于TI管所采用的材料，这种 缺陷几乎是不可避免的，RCCM通过定义可接受 的缺陷尺寸确认了这个事实。 (3)因为690合金相比600合金具有抵制应 力腐蚀的能力，应力腐蚀相比微裂纹危害更大，所 以RCCM规定TI管选用690合金。 (4)长度小于0．8 inn的根部微裂纹符合 RCCM的要求，发现微裂纹的TI管J型坡口焊接 工艺评定是可接受的。 4结论 RCCM规定T1管材料选用690合金，是因为 690合金具有抵制应力腐蚀的能力，而应力腐蚀 相比微裂纹危害更大。对于TI管所采用的690 合金材料，焊缝根部微裂纹几乎是不可避免的。 通过试验和工程实践验证，RCCM规定长度小于 0．8 mm微裂纹是可以接受的。 综上所述，我们认为TI管J型坡口焊接工艺 评定中长度小于0．8 mm的微裂纹是可以接受 的。 编辑龙礼建