预置焊缝焊接对落锤试验结果的影响分析及质量控制建议.pdf
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1、PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.0425质量控制Q u a l i t y C o n t r o l预置焊缝焊接对落锤试验结果的影响分析及质量控制建议张红霞(中广核工程有限公司 深圳 518124)摘 要:核电站主回路设备要求有较高的抗脆性,以保障设备安全性。本文通过调整某核电项目主设备锻件见证件材料落锤试验试样预置裂纹源焊缝的焊接参数,分析不同参数焊接热影响区对落锤试验结果的影响。分析结果表明,落锤试验试样制备时,预置裂纹源焊缝的不恰当焊接可对落锤试验结果产生不利影响,甚至可能导致试验结果失真;妥善控制预置裂纹源焊接过程和落锤试样制备,是确保落锤试验结
2、果真实、有效的重要因素,进而提出预置裂纹源焊缝焊接和落锤试样制备的质量控制措施。关键词:核电锻件 落锤试验 预置裂纹源焊缝 质量控制Analysis on the Influence from Crack Starter Welding to Drop-weight Test Result and Quality Control ConcernZhang Hongxia(China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd.Shenzhen 518124)Abstract The primary equipment materials used for nuclear
3、 power station shall be with high brittleness resistance property,ensuring the safety.The paper illustrates the process to analyze the influence from different heat affected zone during crack starter welding on specimens to drop weight test result,via adjusting welding electricity parameters.The res
4、ults show that the welding on specimens may cause poor influence to drop weight test result,even result in the test invalidly.Therefore,appropriate quality control on the welding process and preparation for test specimens are important factors to ensure the valid and real drop-weight test results.Fu
5、rthermore,the quality control concerns and proposals for drop-weight test specimen preparation are presented.Keywords Nuclear power forging Drop weight test Crack starter welding bead Quality control中图分类号:TB497 文献标志码:B文章编号:2095-2465(2023)08-0025-07 DOI:10.19919/j.issn.2095-2465.2023.08.007作者简介:张红霞(1
6、984 ),女,本科,工程师,从事核电设备制造质量监督和管理工作。通讯作者:张红霞,E-mail:。(收稿日期:2023-06-01)随着全球平均气温持续上升、极端天气的频繁发生,气候变化已成为全球性的非传统安全问题1。为了应对全球气候变化带来的各种严峻挑战,能源低碳化转型已是世界各国共识2及中长期发展目标。2020年 9 月,习近平总书记在第 75 届联合国大会上,提出了中国的“双碳目标”力争于 2030 年前实现“碳达峰”,努力争取 2060 年前实现“碳中和”3。发展核电是推动中国能源结构低碳化转型的重要措施,是中国低碳清洁新能源体系建设的必然选择4。落锤试验方法是用来研究具有温度转变行
7、为的铁素体结构钢抗脆性断裂性能的一种工程试验方法。通过该试验可以获得材料在含有微小尖锐裂纹和动态屈服加载条件下发生脆性断裂的最高温度,而这一温度称为无塑性转变温度(Nil-ductility Transition Temperature,简称 TNDT)5-7。随着国产核电材料的开发,TNDT 的准确测定就显得更为重要。目前,我国在按照 RCC-M压水堆核岛机械设备设计和建造规则(2007 版)和 ASME锅炉及压力容器规范(2007 版)设计核电站主回路设备时,均要求按ASTM E2082006铁素体钢无塑性转变温度的落锤2023.04 设备监理26 质量控制Q u a l i t y C
8、o n t r o l试验标准试验方法进行落锤试验,以测定无塑性转变温度 TNDT7。通过落锤试验来确定铁素体钢的无塑性转变温度已成为评价钢铁材料在动态载荷下发生裂纹扩展、传播的有效评估指标,落锤试验在船舶、压力容器、桥梁等领域得到了广泛应用8。核电站主设备多数部件都要求有较高的抗脆性性能,以保证受核辐射时不产生脆断。提高核电站安全性,TNDT 的准确测定就显得更为重要。本文通过调整某核电项目设备锻件见证件材料落锤试验试样预置裂纹源焊缝焊接参数,分析不同焊接热影响区对落锤试验结果的影响,进而提出落锤试验预制裂纹源焊缝的焊接和落锤试验试样制备的质量控制措施。1 试验过程1.1 试验材料及焊接参数
9、试验材料取自某核电主设备封头见证件锻件材料,试料厚度 T 为 170 mm,试料材质牌号:SA-508MGr.3Cl.1。制备 4 个落锤试样,编号:A1、B1、A2、B2。对 4 个试样进行化学分析,结果见表 1;并从落锤试样相同厚度邻近位置截取并制备拉伸试样进行室温和高温(350)拉伸试验,结果见表 2。可见4 个落锤试样母材几乎无差异。分析元素及材料标准要求值/%实测值/%A1B1A2B2C 0.25 0.205 0.205 0.203 0.202Si0.15 0.40 0.204 0.2000.199 0.205P 0.008 0.002 0.002 0.002 0.002S 0.00
10、5 0.004 00.004 00.003 00.002 5Mn1.14 1.56 1.43 1.43 1.42 1.45Ni0.40 0.80 0.73 0.73 0.73 0.75Cr 0.15 0.122 0.1200.1200.120Mo0.45 0.60 0.52 0.52 0.500.51V 0.01 0.000 9 0.001 00.000 9 0.001 0Nb 0.01 0.000 3 0.000 3 0.000 3 0.003 0Cu 0.06 0.017 0.0200.016 0.020Ca 0.015 B 0.000 5 0.000 2 0.000 2 0.000 2
11、0.000 1Ti 0.015 0.001 00.001 00.000 8 0.001 0Al 0.035 0.020 0.0200.022 0.020Co 0.02 0.005 00.005 00.004 00.004 5Sn 0.010 0.001 00.002 00.001 5 0.002 0As 0.010 0.002 00.002 00.001 6 0.002 0Sb 0.002 0.000 5 0.000 5 0.000 5 0.000 5表 1 落锤试验试样的化学成分分析对比 试样编号试验温度Rm/(N/mm2)Rp0.2/(N/mm2)要求值实测值要求值实测值A1室温550 7
12、25560 345440B1室温550 725565 345441A2350 505600 285434B2350 505590 285420试样编号试验温度延伸率 A/%断面收缩率 Z/%要求值实测值要求值实测值A1室温 1827 3873B1室温 1827 3871A2350 无要求29无要求79B2350 无要求28无要求79表 2 落锤试验试样母材拉伸试验对比落锤试验试样制备按 ASTM E20820069中规定的 P-3 型试样,在规定大小的试样纵轴线中心位置堆焊出一定长度的单条裂纹源焊缝,焊接采取手工焊,由同一焊工、使用相同焊材(直径为5 mm 的同批次且验收合格的焊条),在一定范
13、围内微调电特性参数,编号为 A1 的试样采取尽量小的电流参数,其余试样采取稍大的电流参数,以获取不同大小的热影响区,焊接电参数见表 3。试样编号电流/A电压/V焊接速度/(cm/min)热输入量/(J/mm)A11902792 736B12102783 402A22102874 032B22103065 040表 3 落锤试验试样单条裂纹源焊缝焊接参数1.2 试验结果试验过程按 GB/T 68032008铁素体钢的无塑性转变温度落锤试验方法10进行。试验是由具有中国合格评定国家认可委员会(简称 CNAS)认证的试验室及具有力学性能二级资质的人员执行,试验过程使用经过检定且在有效期内的同一落锤试
14、验机(型号:ZCJ-2000)完成。试样完全浸没在恒温低温槽液体中保冷 45 min,冷却介质过冷度为 1,试验锤能量为400 J,试样离开冷却介质至完成试验时间在 7 s 以内,试验条件相同,试验结果见表 4。试样编号取样位置(T 为见证件母材厚度)试验温度/断裂情况试验结果A1靠近 T/2-18.3未断裂合格A2靠近 T/2-18.3断裂不合格B1靠近 T/2-18.3断裂不合格B2靠近 T/2-18.3断裂不合格表 4 落锤试验结果 PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.0427质量控制Q u a l i t y C o n t r o l2 分析对比2.
15、1 外观分析对参与落锤试验的 4 个试样进行外观分析,观察试样预置裂纹源焊缝焊接对试样的热影响区大小的影响,见图 1。(a)A1 试样端面外观分析(b)B1 试样端面外观分析(c)A2 试样端面外观分析(注:B2 与 A2 类似)图 1 落锤试验试样外观分析(端面)2.2 热影响区分析分别在 4 个试样的堆焊预置裂纹源焊缝处切取 1 件高倍试样,磨制焊道横截面进行分析发现:A1 合格落锤试样热影响区下端距试件表面距离约为 3.39 mm,宽 度 为 14.24 mm;B1 落 锤 试 样 热 影响区下端距试件表面距离约为 3.98 mm,宽度为 14.32 mm;A2 落锤试样热影响区下端距试
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