中廣核工程有限公司(廣東深圳 518124)石曾偉 辛建民 劉世輝

1.概述

圖1為某項(xiàng)目反應(yīng)堆壓力容器的一進(jìn)口接管，內(nèi)壁堆焊后經(jīng)超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，存在大量線性顯示。為制定合理的返修方案，筆者對(duì)查找原因進(jìn)行了分析并提出相應(yīng)的建議。

進(jìn)口接管材質(zhì)為16MND5鍛件，內(nèi)壁用奧氏體不銹鋼焊帶進(jìn)行堆焊，堆焊層的厚度為6mm，堆焊所用的不銹鋼焊材分別是EQ309L、EQ308L。經(jīng)0°和70°超聲波檢測(cè)，缺陷當(dāng)量相當(dāng)于φ2mm。缺陷分布于內(nèi)壁四周，長(zhǎng)度大部分在40mm左右，深度在離堆焊層表面9～10mm。機(jī)加工去除堆焊層后，再機(jī)加至母材1mm，經(jīng)磁粉檢測(cè)仍有部分缺陷，如圖2所示。經(jīng)進(jìn)一步機(jī)加工2mm母材后，磁粉檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)缺陷。

圖1 進(jìn)口接管示意

圖2 磁粉檢測(cè)缺陷

2.原因查找

（1）母材方面 對(duì)母材鍛件和EQ309L、EQ308L焊帶進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果符合采購(gòu)技術(shù)規(guī)范要求，其中母材的復(fù)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，化學(xué)成分與母材質(zhì)保書(shū)所記錄數(shù)據(jù)基本一致，母材夾雜物含量（A、B、C、D共4類(lèi)）0.5級(jí)，滿足采購(gòu)技術(shù)規(guī)范≤1.5級(jí)的要求。

表1 接管母材化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（2）焊接方面 焊接過(guò)程中的氫可能是造成裂紋產(chǎn)生的原因之一，氫可能來(lái)源于焊材、潮濕的空氣及被污染的環(huán)境等。氫在焊接應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生冷裂紋，冷裂紋常發(fā)生在母材表面碳當(dāng)量較高的偏析帶上。堆焊層下裂紋出現(xiàn)后，我們核查了焊接記錄及相關(guān)的焊接工藝評(píng)定和焊接操作規(guī)程等技術(shù)文件，檢查中發(fā)現(xiàn)，堆焊時(shí)預(yù)熱溫度略大于要求下限值150℃，堆焊EQ309L后的后熱處理時(shí)間和溫度也都略大于要求值下限，可能造成堆焊后去氫處理不充分，可以判斷施焊的焊接參數(shù)、預(yù)熱溫度和后熱處理等方面雖然滿足相關(guān)要求，但不是最優(yōu)的施焊方案，這可能是造成堆焊層下裂紋的因素之一。

（3）金相檢測(cè) 選取鍛件適當(dāng)部位進(jìn)行金相檢測(cè)，用PTI—2000型現(xiàn)場(chǎng)金相儀進(jìn)行金相檢測(cè)。使用4%硝酸酒精對(duì)其進(jìn)行侵蝕，檢測(cè)結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 裂紋處顯微組織（400×）

圖4 夾雜物沿裂紋分布（200×）

從金相圖像上可以看到，裂紋區(qū)域表面己到達(dá)母材區(qū)域，裂紋的大部分位于鍛件母材處，裂紋存在分枝現(xiàn)象，大小不一的夾雜物沿裂紋附近分布。

（4）硬度試驗(yàn) 在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)已挖去堆焊層的母材，選取3個(gè)裂紋附近進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維氏硬度試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 硬度測(cè)量值

從硬度檢測(cè)結(jié)果看，近裂紋區(qū)內(nèi)的硬度值高于遠(yuǎn)裂紋區(qū)域，20mm和15mm長(zhǎng)裂紋近裂紋區(qū)硬度值偏高近30%，初步判斷，裂紋系母材存在的冶金缺陷在焊接熱應(yīng)力作用下擴(kuò)展而形成的，缺陷處硬度值較高，且存在夾渣物。

（5）返修處理 經(jīng)過(guò)以上分析判斷，接管堆焊層下裂紋的產(chǎn)生是由于母材夾雜物分布不均和施焊工藝不理想共同作用的結(jié)果。為此，制定以下返修方案：機(jī)加母材厚度3mm，打磨凹坑區(qū)域與周?chē)覆钠交^(guò)渡，經(jīng)磁粉、滲透檢測(cè)后，確認(rèn)裂紋缺陷己完全去除；優(yōu)化施焊工藝參數(shù)，提高預(yù)熱溫度至160℃，帶極堆焊EQ309L（適當(dāng)降低焊接熱輸入量，控制在5kJ/mm范圍內(nèi)），層間溫度控制在150～200℃；提高后熱溫度和保溫時(shí)間(400℃，4h)；保持預(yù)熱溫度在160℃左右，帶極堆焊EQ308L，熱輸入量控制在5.5kJ/mm左右，層間溫度控制在150～200℃；立即中間熱處理，緩慢升溫至600℃，升溫速率控制在50℃/h，保溫6h；機(jī)加工至圖樣要求尺寸。按以上方案返修完成后，經(jīng)超聲波檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)缺陷。

3.分析與討論

接管鍛件經(jīng)歷了熔煉、鍛造、熱處理等制造過(guò)程，在金屬冶煉時(shí)，液態(tài)合金在澆鑄過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種氧化物，同時(shí)伴隨著外來(lái)夾雜物混入到液態(tài)金屬中。由于溫度的變化和分布不均勻性，所以在鍛壓時(shí)金屬塑性流動(dòng)差別大，造成夾雜物分布不均。

鍛件原材料理化取樣按照采購(gòu)技術(shù)規(guī)范要求，在接管外表面40mm深度截取，如果原材料的夾雜物缺陷位于接管內(nèi)表面淺層，就可能無(wú)法發(fā)現(xiàn)。而此次發(fā)現(xiàn)裂紋區(qū)夾雜物均在鍛件內(nèi)壁的表面下，所以在之前的質(zhì)量檢驗(yàn)過(guò)程中均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

在接管內(nèi)壁進(jìn)行堆焊過(guò)程中，由于實(shí)施了不太理想的施焊工藝，可能造成去氫不太徹底，在焊接熱輸入較大的情況下，產(chǎn)生了較大的焊接熱應(yīng)力。

4.結(jié)語(yǔ)

16MND5接管鍛件內(nèi)壁堆焊后出現(xiàn)層下裂紋，經(jīng)以上分析，主要是由于鍛件接管內(nèi)存在較多的夾雜物，在不太理想的施焊參數(shù)下，在焊接熱應(yīng)力的反復(fù)作用下產(chǎn)生的。通過(guò)徹底清除缺陷、優(yōu)化施焊工藝參數(shù)，經(jīng)焊接返修后超聲波檢測(cè)，結(jié)果合格。