摘 要：選擇適用于反應堆冷卻劑系統(tǒng)焊接材料是整個焊接工作中最重要的工作之一，技術人員通過化學成分優(yōu)化、力學性能匹配、及其附加試驗要求等一系列工作，最終確定焊接材料ER308L、ER309L、ER316L選用要求，以保障選擇的焊接材料使用在反應堆冷卻劑系統(tǒng)管道焊接工作中的可靠性、安全性，確保核電站反應堆冷卻系統(tǒng)的安全有效地運行。

關鍵詞：反應堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）；焊接材料；化學成分；力學性能

引言

在AP1000核電堆型中，反應堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）是核電站中最為關鍵的管道系統(tǒng)，設計方采用的管道材質(zhì)為ASME SA312 GR TP304L、ASME SA182 F TP304LN、ASME SA312 GR TP316LN金屬材料。按照ASME 第二卷C篇《焊條、焊絲及填充金屬》（1998+2000a）及依托化項目相關技術規(guī)格書要求，并針對核電站管道系統(tǒng)的特殊性，確定焊接材料的化學成分、力學性能、鐵素體含量，不銹鋼敏化試驗要求。

1 焊接材料選擇

1.1 焊接材料化學成分選擇

奧氏體不銹鋼焊接材料應在ASME第二卷焊接金屬分析A-8中308、308L、309、316和316L類型選擇，低碳奧氏體不銹鋼金屬需選擇低碳級別的不銹鋼填充金屬308L、316L。與反應堆冷卻劑系統(tǒng) （RCS）相關的低碳奧氏體不銹鋼管道安裝和焊縫修補的焊接材料應滿足ASME第III卷NB分卷要求，按照設計要求選擇適用于GTAW的焊絲 ER308L、ER316L。

適用焊接材料在ASME第二卷中化學成分的基礎上按照ASME第III卷NB分卷NB-2432.2要求相應的增加Cb+Ta、V、Ti、Co五種化學元素，化學成分含量的控制以316L要求的化學成分為基準。Cb+Ta、V、Ti、均為有益元素，適當?shù)奶砑涌杉毣M織晶粒，提高強度、韌性、淬透性、可防止晶間腐蝕現(xiàn)象[1]；考慮到反應堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）有直接受反應堆輻照的焊縫，所以必須將Co元素應該被嚴格控制一定范圍，與反應堆冷卻水接觸的焊接填充金屬最大Co含量應為0.20%或更少。焊縫修補，如果與反應堆冷卻水接觸的焊縫表面區(qū)域比較大時，焊接材料的最大Co含量應為0.10%或更小。類似的要求在法國RCCM標準S-2511中也有相關描述。同時還要求控制S元素的含量至0.010以下，目前低硫填充金屬材料已經(jīng)證明能緩硫致焊接的熱裂紋或微裂紋問題。

AP1000核電堆型反應堆冷卻水劑系統(tǒng)管道焊接全部采用GTAW焊接工藝，選配的焊接材料化學成分與ASME標準第II卷中的參數(shù)對比情況，詳見表格1～2。

1.2 焊接材料力學性能選擇

反應堆冷卻劑系統(tǒng)管道焊接全部采用GTAW焊接工藝，對應的ER308L、ER309L、ER316L在ASME標準第二卷C篇中僅規(guī)定了分類，力學性能是在附錄A中已推薦方式提供，為焊接材料和產(chǎn)品母材力學性能有效結合起來提供了依據(jù)。反應堆冷卻劑系統(tǒng)管道母材的抗拉強度540MPa，屈服強度275MPa，伸縮率 60%。根據(jù)等強匹配原則，反應堆冷卻劑系統(tǒng)焊接材料力學性能按照表格4中的參數(shù)制定為抗拉強度550MPa，屈服強度310MPa，伸縮率 30%。

力學性能參數(shù)對比詳見表格3～4。

1.3 鐵素體含量選擇

奧氏體不銹鋼焊縫金屬應根據(jù)ASME第III卷，NX-2430進行試驗?！伴_始”的焊接材料的未稀釋的焊縫溶敷金屬必須含有至少5FN（鐵素體數(shù)）。與GTAW使用的焊接材料的δ鐵素體可以從填充金屬本身獲得（僅僅使用化學分析方法就可以）。對于有低鉬含量308L的焊材來講，允許的δ鐵素體范圍應為5FN到20FN。對于有高鉬含量的焊材316/316L，允許的δ鐵素體范圍應為5FN到16FN。詳見表格5。

1.4 敏化試驗

所有涉及AP1000核電堆型反應堆冷卻水劑系統(tǒng)奧氏體不銹鋼焊接的焊接材料必須符合USA核管會的RG1.44《敏化不銹鋼使用的控制》管理導則，所以要求焊材供應商或者核電產(chǎn)品制造單位者證明在GTAW工藝下最大熱輸入量和最大碳含量符合RG1.44敏化不銹鋼使用的控制的相關要求。

2 焊接材料應用結論

反應堆冷卻劑系統(tǒng)使用的焊接材料ER308L、ER316L在遵循以上化學成分、力學性能、鐵素體含量、敏化試驗的基礎上，通過三門核電一期工程，海陽核電一期工程設備模塊產(chǎn)品（Q601）和反應堆一體化頂蓋現(xiàn)場組裝移交（IHPFA）最終證明反應堆冷卻劑系統(tǒng)奧氏體不銹鋼材質(zhì)的管道焊縫產(chǎn)品質(zhì)量符合ASME第三卷NB分卷和設計方相關技術規(guī)格書驗收要求。本系統(tǒng)使用的焊接材料是在ASME 1998+2000a為執(zhí)行標準和依托化項目相關技術規(guī)格書的要求下選擇。因此，僅適用于AP1000核電堆型依托化項目。后續(xù)核電項目及CAP1400項目適用標準版本不同時，需要具有ASME認證資質(zhì)的單位按照NCA-1140（e）的要求完成相關工作，并根據(jù)具體產(chǎn)品完成相關論證方可展開工作。

參考文獻

[1]于宗森.鋼的成分、殘留元素及性能的定量關系[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001：259-264.

[2]催忠圻.金屬學與熱處理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005：323-331.

作者簡介：孫靈飛（1981-），山東核電設備制造有限公司技術中心焊接工程師，哈爾濱工業(yè)大學在讀工程碩士，研究方向：核電焊接技術。