核电站调节阀气动执行机构焊缝开裂原因分析

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1、J电力安全技术第l7卷(2015年第8期)核电站调节阀气动执行机构焊缝开裂原因分析王俊杰，王亚州(福建宁德核电有限公司，福建宁德355200)[摘要]针对某核电站调节阀气动头弹簧筒与气缸焊缝开裂事件，对气功头材料的化学成分、金相组织、硬度、焊缝裂纹的宏观及微观形貌、焊缝断1：2及焊接结构进行了试验检查，分析了焊缝开裂的根本原因，并提出了相应的改进措施和建议。[关键词]核电站；气动头；失效；焊缝；开裂1系统介绍及异常具体步骤如下。(1)采用线切割方式，从气动头上气盖和下气2013年5月，某核电站发现一回路热功率异常。盖截取3块试样，如图1所

2、示。其中，切取l号和经现场检查，发现蒸汽转换器系统(STR)调节阀2号试样时连接断口，切取3号试样时则连接未断气动头弹簧筒焊缝失效，气动头简体和下隔膜盒连裂焊缝。接的焊缝已基本断开。(2)对试样进行打磨、抛光与腐蚀后，再对其STR系统的功能是产生低压辅助蒸汽，并通进行金相观察、断口能谱分析、硬度测量以及成分过辅助蒸汽分配系统(SVA)供给核岛和常规岛的分析。各个场所使用，是百万、千万级核电站热力系统的重要组成部分。失效阀门为STR系统蒸汽人口的降压调节阀，同时受到STR系统蒸汽入口压力和辅助蒸汽出口压力的控制。其焊缝开裂不仅会导致主控室和

3、现场无法实现对该阀门的操作，同时当阀门全开时还会导致下游压力快速上升，超过安全阀保护的动作定值，使安全阀动作，进而造成机组负荷波动。因此，需对机组的控制状态进行干预。该调节阀气动头弹簧筒焊缝失效问题已引起广泛的关图1取样位置注和重视，为此该核电站针对出现的调节阀气动头弹簧筒焊缝开裂事件，进行了深入的性能试验和原3材料性能分析因分析，并提出了相应的改进措施和建议。3．1材料化学成分分析2试验方法对取样母材的化学成分进行测试，结果如表1所示。根据表1可知，上、下气盖金属成分中S，为分析阀门焊缝开裂的原因，需对失效试样进P等杂质元素含量较低，表

4、明材料纯净度较高；化行加工和分解。根据气动头损坏的特点，选取未完学成分满足GB／T700--2006碳素结构钢中对全断裂的部分作重点分析，将其开裂焊缝部分切割Q235B钢成分的规定。由此可初步判断上、下气盖成一个整块试样，并对整块试样进行切割和试验。为Q235B钢材料。一9一J电力安全技术第l7卷(2015年第8期)4焊接结构分析5原因分析与讨论对气动头弹簧简失效焊缝形态进行目视检查与根据上述试验结果，可能造成阀门焊缝失效的测量。断裂焊缝结构如图5所示，焊缝尺寸为：支原因如表3所示。由表3可知，此次事件的主要原撑管连接高度向为l0～l1m

5、m，弹簧筒壁厚t为因是，由于角焊缝焊接质量不佳、角焊缝焊接成型4～5mm，气动头壁厚t2为4～5mm，角焊缝焊较差、焊脚高度不均匀，出现了焊缝未熔合及未焊脚高度f为3～4mi2q。透等焊接质量缺陷，导致焊脚高度不能满足相关标准及设计值要求；在阀门运行期间，气动头焊缝局部所受的应力超出了焊缝材料的强度极限，逐渐发生断裂，进而导致阀门气动头控制失效。6结果及建议(1)上下气盖及焊缝的化学成分及组织未见异常，焊缝的性能与母材相匹配，表明了其母材、焊材选用及焊接工艺均合适，满足了相关标准及设计的要求。图5断裂焊缝结构(2)在制造过程中，焊缝存在未

6、熔合和未焊透等焊接质量缺陷，造成焊脚实际高度不足及焊缝焊采用体视显微镜分别对3个试样进行观察，并脚高度不均匀，导致在阀门正常运行工况下，气动对其焊脚尺寸进行测量，得出最小焊脚尺寸约为头焊缝局部所受的应力超出焊缝材料的强度极限，767m，焊脚尺寸不均匀，焊缝存在严重的未熔从而发生断裂。合缺陷。(3)建议将该焊缝设计改为实施2层3道焊，根据DL／Tl1l8—2009核电厂常规岛焊接技或同时在背面增加l层焊道，以避免焊接过程出现术规程和GB50017-2003钢结构设计规范等焊缝未熔合等严重焊接缺陷。标准要求，角焊缝焊脚高度应不小于较薄侧工件厚

7、度t，或不小于薄侧工件厚度抖(2～3)，即参考文献：h≥t或血≥(2～3)。因此，气动头角焊缝焊l赵建仓，成鹏，孙志强，等．大亚湾核电站疏水隔离脚高度应不小于4mm，并且根据制造厂文件要求阀密封焊开裂原因分析[A】．见：李国刚．环境监测技焊脚高度应不小于5mm。而实际焊脚高度最小仅术新进展：庆祝中国环境监测总站成立3O周年论文集为0．7mm，不满足标准要求。根据焊缝断口形貌[C】．北京：化学工业出版社，2010．603606．分析，该焊缝韧性较好，但由于尺寸小、焊缝承受2孙琳，李振．CPRIO00核电蒸汽转换器系统(STR)的应力较大，造

8、成角焊缝强度不足而导致开裂。设计特点．科技信息，2010，28(33)：778—779．表3阀门焊缝失效原因分析与讨论序号可能的失效原因支持证据反对证据可能性一9一第17卷(2015年第8期)