杜雷，劉大為，張鎖瑤

（哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，哈爾濱150066）

1 引言

反應(yīng)堆冷卻劑泵（主泵）是核電站反應(yīng)堆的“心臟”，是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的主要設(shè)備和壓力邊界設(shè)備之一。下導(dǎo)軸承作為主泵關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)及運(yùn)行位置決定了其在主泵運(yùn)行壽命內(nèi)無(wú)法進(jìn)行更換和維修，故保證下導(dǎo)軸承部件的產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

本次研究在對(duì)前期產(chǎn)品堆焊過(guò)程易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行反饋總結(jié)后，完善堆焊及加工工藝過(guò)程，使堆焊層金屬質(zhì)量穩(wěn)定可靠，并應(yīng)用于華龍項(xiàng)目同類產(chǎn)品的堆焊。

2 堆焊要求

下導(dǎo)軸承使用基材為馬氏體不銹鋼材料EN10088-3 1.4313+QT780，表面堆焊鈷基合金AWS A5.21 ERCoCr-A（Stellite-6）加硬層。馬氏體不銹鋼因具有較高的耐熱性，經(jīng)常用于刀具、蒸汽渦輪葉片、軸承的制造。鈷基合金AWS A5.21 ERCoCr-A（Stellite-6）具有很高的耐腐蝕性、耐氣蝕性、耐磨性及耐高溫性等，因此通常將其堆焊層應(yīng)用于極其苛刻的工況環(huán)境中[1]。

下導(dǎo)軸承整體采用圓形筒體設(shè)計(jì)，外圓周面均布定位槽，槽內(nèi)堆焊鈷基合金加硬層，此種對(duì)稱設(shè)計(jì)，具有受力均勻，結(jié)構(gòu)緊湊，性能質(zhì)量可靠等特點(diǎn)。但是由于槽內(nèi)距離狹小，堆焊不易操作，機(jī)動(dòng)設(shè)備效率低，僅能采用手工方法。如圖1所示。

圖1 下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

鈷基合金堆焊采用鎢極氬弧焊方法，電流極性為直流正接，焊前預(yù)熱和焊后緩冷。在大量試驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，綜合考量堆焊層稀釋率和產(chǎn)品硬度要求后，采用直徑4mm焊絲，分兩次堆焊方式，分別設(shè)定預(yù)熱溫度400～450℃、焊接電流100～200A、焊接速度90～150mm/min的焊接參數(shù)。

3 堆焊出現(xiàn)的問(wèn)題

產(chǎn)品堆焊層加工后，PT滲透探傷出現(xiàn)缺陷，缺陷類型主要為裂紋和氣孔。經(jīng)過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)，缺陷位置均位于堆焊層的起止位置和外圓槽邊堆焊位置。這些位置均是由于焊接穩(wěn)定電弧尚未建立或電弧熄弧衰減，或是外圓槽邊為了控制焊縫成型使用了較小的焊接規(guī)范，電弧不穩(wěn)定而形成焊接缺陷。結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最終決定采用留取足夠的加工余量，使缺陷最終加工后能夠去除；同時(shí)優(yōu)化堆焊方向和順序，找出能夠產(chǎn)生較少缺陷的堆焊方向和順序，按照這個(gè)方向進(jìn)行下一步工藝試驗(yàn)。

4 工藝試驗(yàn)

4.1 堆焊順序及方向試驗(yàn)

試驗(yàn)要求與產(chǎn)品材料、試件尺寸和堆焊工藝參數(shù)與產(chǎn)品要求完全一致，通過(guò)對(duì)比采用不同的堆焊順序和堆焊方向組合堆焊后加工表面的探傷結(jié)果，優(yōu)化選擇出最佳方案。堆焊順序示意圖及堆焊方向示意圖見(jiàn)圖2。

每種堆焊試驗(yàn)均采用每次堆焊2.5mm，堆焊后加工去除1mm，加工后表面進(jìn)行PT探傷的順序進(jìn)行試驗(yàn)。

圖2 堆焊順序及方向示意圖

4.2 堆焊順序及方向試驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)所有試件兩次堆焊后機(jī)加工表面進(jìn)行PT探傷，按照ASME B&PVC《鍋爐及壓力容器規(guī)范》中NG-5350液體滲透檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。

在第一次堆焊后機(jī)加表面的PT探傷結(jié)果中，采用堆焊方向①的加工表面滿足要求；采用堆焊方向②的堆焊后加工表面存在一些可接受的顯示。

在第二次堆焊后機(jī)加表面的PT探傷結(jié)果中，第二層堆焊采用堆焊順序②的試件均有缺陷顯示，且第二次堆焊采用堆焊方向②比采用堆焊方向①的試件邊緣的缺陷顯示數(shù)量有所增加，兩次堆焊均采用堆焊順序②和堆焊方向②的堆焊后加工表面起止和邊緣超標(biāo)的缺陷顯示最多。兩次堆焊均采用堆焊順序①和堆焊方向①的堆焊后加工表面的表面質(zhì)量最好。

從上述結(jié)果可以看出，對(duì)于第一次堆焊，堆焊順序和方向的因素對(duì)堆焊結(jié)果的影響很小。對(duì)于第二次堆焊同時(shí)采用堆焊順序①和堆焊方向①能夠獲得滿足要求的堆焊質(zhì)量。綜合兩次堆焊的PT探傷結(jié)果，決定使用兩次堆焊均使用堆焊順序①和堆焊方向①進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

4.3 加工余量留取試驗(yàn)

試驗(yàn)要求與產(chǎn)品材料、試件尺寸和堆焊工藝參數(shù)與產(chǎn)品要求完全一致，采用圖2中堆焊順序①和堆焊方向①進(jìn)行堆焊。在不影響最終加工尺寸的前提下，對(duì)斜邊倒角處及外圓槽邊處留取不同的加工余量，進(jìn)行堆焊試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比試件最終加工后PT探傷結(jié)果找出最適合的留取余量值。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試件外圓和高度在留取了余量為2mm以上時(shí)，加工后的PT探傷均獲得了滿意的結(jié)果。同時(shí)為提高加工效率，槽頂部止口也改為焊后加工，進(jìn)一步確保加工后去除了所有易發(fā)缺陷的區(qū)域。

5 產(chǎn)品堆焊

按照試驗(yàn)件的試驗(yàn)結(jié)果在產(chǎn)品堆焊過(guò)程中進(jìn)行了改進(jìn)和堆焊，先后焊接了兩個(gè)產(chǎn)品的堆焊，全部一次堆焊合格。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)前期產(chǎn)品堆焊過(guò)程的總結(jié)改進(jìn)，成功地進(jìn)行了全尺寸模擬件試驗(yàn)和產(chǎn)品的堆焊，表明留取足夠的加工余量，同時(shí)優(yōu)化堆焊方向和順序的工藝改進(jìn)，能夠解決下導(dǎo)軸承部件鈷基合金堆焊后加工PT探傷不合格的問(wèn)題。相關(guān)產(chǎn)品的成功制造，標(biāo)志著我公司完全掌握了“華龍一號(hào)”核主泵下導(dǎo)軸承的制造技術(shù)，同時(shí)也標(biāo)志著新一代核主泵生產(chǎn)取得重大進(jìn)展。