核岛堆内构件锁紧焊缺陷机理研究

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1、核岛堆内构件锁紧焊缺陷机理研究摘要：堆内构件设备质量是核电站安全运行的重要保障。巴基斯坦恰希玛核电3期堆内构件出现了锁紧焊焊接质量事件，通过对焊接裂纹形貌及裂纹位置对其所产生的原因进行金属学和焊接工艺的研究，发现母材和防松销材料熔点和共晶点特征以及焊缝镍铬含量造成焊接热裂纹倾向主要原因，提出了控制母材和焊材中杂质、加入细化晶粒元素，以及修改焊接工艺等改进方案，为后续项目提供借鉴。关键词：堆内构件锁紧焊缺陷机理中图分类号：TG457文献标识码：A文章编号：1674-098X（2016）01（a）-00

2、50-04中原公司质量监督人员和安装公司检验人员在例行检查过程中发现巴基斯坦恰希玛3期（简称C3）堆内构件吊篮组件157.5°及202.5°方向用于固定吊篮底板的两个螺钉锁紧焊上有裂纹。发现该问题后，中原公司组织设计单位、安装公司及制造厂进行讨论；并对吊篮筒体内、外部锁紧焊焊缝的检查，检查中先后在吊篮组件外圆、围板内腔及压紧部件顶部发现焊接裂纹缺陷29处。针对检查中发现的目视可检区域的缺陷，开启了NCR流程进行处理。第7页共7页该文将对上述堆内构件吊篮筒体锁紧焊缺陷进行分析，通过对其裂纹形貌及裂纹位

3、置对其所产生的原因进行金属学和焊接工艺两方面的研究，试图找出造成该缺陷的真实原因，并提出改进方案，为后续项目提供借鉴。1焊接缺陷及工况介绍1.1焊接工况环境防松销锁紧焊使用的焊接方法为GTAW，选用焊接电源直流正接，对焊缝施加多层多道焊。母材螺钉材料为Inconel718镍基合金，防松销及吊篮筒体材料为321奥氏体不锈钢[1]，焊丝为ER347不锈钢焊丝。对于防松销的焊接，除了筒体中极少数特殊位置的定位销与防松销装配的锁紧焊是由导向筒车间焊接之外，其余均是由装配车间完成。组件状态下焊接防松销操作空间

4、较大，容易操作；可视度较高，不会影响焊工及检验员的判断。但在总装部件状态下的部分锁紧焊，由于操作空间小，操作位置差以及需要登高作业，对于焊工施焊以及检验有一定难度。1.2吊篮筒体外部锁紧焊焊缝缺陷如表1所示1#至9#以及16#缺陷，共10处裂纹缺陷均位于吊篮筒体外侧，为吊篮筒体和下栅格板组件、围辐板组件连接的PC8-IN-2-8螺钉与PC8-IN-2-25防松销焊接位置，结构形式详见图1，图2。1.3吊篮筒体内部锁紧焊焊缝缺陷第7页共7页如表2所示1#、4#～7#、14#、16#、18#、21#、2

5、5#，共10处裂纹缺陷，其中1#、6#、7#、14#、16#、18#、25#共7处缺陷为筒体内腔1/4围板组件和相配的围板Ⅶ连接的PC8-IN-2-2-3螺钉与PC8-IN-2-26防松销焊接位置；5#缺陷位于围板Ⅶ与辐板连接的PC8-IN-2-2-4螺钉与PC8-IN-2-26防松销焊接位置；4#及21#缺陷位于围板与围板相连接PC8-IN-2-2-1-9螺钉与PC8-IN-2-26防松销焊接位置，10处裂纹缺陷结构形式详见图3。2裂纹机理分析根据上述对焊接工艺的描述和焊接工况的介绍，该文判断其断

6、裂机理符合焊接热裂纹断裂，该文将从材料金属学角度及对上述堆内构件吊篮筒体内外侧销紧焊焊接缺陷产生机理进行分析。从金属学角度来分析又可以分为两部分：首先，由于螺钉材料为Inconel718镍基合金，防松销及吊篮筒体材料为321奥氏体不锈钢，其两者本身所的镍铬含量就比较高，通过对铁-铬-镍合金相图观察如图4。获得单质镍固-液转变温度及镍铬共晶转变温度，镍基合金的熔点温度为1453℃，而铁-镍-铬共晶转变温度在1326℃左右，即镍基合金的熔点明显高于镍铬合金共晶转变温度，所以根据热裂纹发生机理可推测上述裂

7、纹属于结晶裂纹，结晶裂纹的主要产生原因主要是：（1）液态薄膜；（2）拉伸应力。其中液态薄膜是根本原因，拉伸应力为必要条件。在吊篮筒体锁紧焊的焊缝处在焊后冷却过程中在固-液凝固阶段，熔化区内的单质镍在1450第7页共7页℃左右即开始发生结晶，在温度持续下降的过程中单质镍晶粒不断长大，晶间距离不断减少，但镍铬合金仍未到达其共晶转变温度，所以在晶间产生了金属液态薄膜，在这种情况下，由于液态薄膜量很少，而在焊接和焊缝冷却的过程中都会不断产生并累计拉伸应力，在拉伸应力的作用下所产生的微笑的空隙都无法填充，继而

8、产生了热裂纹的萌生和扩展。另一方面，可以考虑造成该裂纹的原因为异种材料接触所产生的热裂纹中的液化裂纹。螺钉材料为Inconel718镍基合金，防松销及吊篮筒体材料为321奥氏体不锈钢，焊材为ER347不锈钢焊丝。这种锁紧焊是吊篮部件状态下在厂内装配台位上完成焊接的，缺陷位于第1层、第3层、第4层、第5层螺孔外侧位置，由于装配台位每层层高及操作空间的影响，而这4层位置正处于每层装配台位偏上或偏下位置，焊工在操作时必须下蹲或垫高才能达到焊接位置。部分位置间隙小，焊接角度有