1、概述

　　核電站一回路系統(tǒng)中應(yīng)用的閥門(mén)大都要求具有較高的安全等級(jí)、高溫高壓性能參數(shù)、相應(yīng)的耐腐蝕性能和至少30a的使用壽命。這些閥門(mén)的閥體(殼體)一般采用整體鍛造制成,但有的閥體受內(nèi)腔加工或其他因素限制,則采用組焊結(jié)構(gòu)。組焊結(jié)構(gòu)的閥門(mén)對(duì)焊縫質(zhì)量要求極為嚴(yán)格,其焊縫內(nèi)部不得有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的缺陷,熔敷金屬應(yīng)具有同基體材料一樣的化學(xué)成分和金相組織,焊縫的力學(xué)性能和耐腐蝕性能必須達(dá)到基體材料的性能指標(biāo)。這就要求選擇適宜的焊接工藝方法,按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定以確定焊接工藝參數(shù),再通過(guò)精心的焊接施工,焊制出符合要求的合格產(chǎn)品。

2、閥件材料

　　按照產(chǎn)品的工況系統(tǒng)要求,核1級(jí)閥門(mén)產(chǎn)品據(jù)法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)RCC - M《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)建造規(guī)則》進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。閥體和接管均為奧氏體不銹鋼鍛件,其技術(shù)要求參照RCC - M M3301,選用等效JB 4728 - 2000中鋼號(hào)0Cr18Ni10Ti材料,其化學(xué)成分和力學(xué)性能對(duì)照見(jiàn)表1和表2。其閥體部件是由閥體與兩端接管焊接組成。閥體與接管連接采用全焊透對(duì)接焊縫,焊縫厚度70mm,為單面U 形坡口。產(chǎn)品按照RCC - M S3000進(jìn)行焊接工藝評(píng)定,焊縫全部進(jìn)行射線、超聲波及滲透檢驗(yàn),并達(dá)到JB4730規(guī)定的Ⅰ級(jí)焊縫要求。焊縫鐵素體含量為4%～12%。

3、奧氏體不銹鋼的焊接性

　　奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性, 較好的塑性和高溫性能, 焊接性良好。焊接奧氏體不銹鋼時(shí),主要是其枝晶方向性強(qiáng), 線膨脹系數(shù)大, 焊接冷卻時(shí)收縮應(yīng)力大, 容易出現(xiàn)熱裂紋。當(dāng)焊縫及熱影響區(qū)在450～850℃溫度保持一定時(shí)間后, 可能在晶界會(huì)析出C r的碳化物, 發(fā)生晶間腐蝕傾向。焊接接頭殘余應(yīng)力較大時(shí), 若在氯化物或氟化物等腐蝕介質(zhì)中工作, 會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞現(xiàn)象。

　　0C r18N i10Ti鋼是在18 - 8系列奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上加入Ti元素, 目的在于使Ti優(yōu)先與C 結(jié)合而防止C與C r結(jié)合, 起到穩(wěn)定化作用, 從而避免晶界缺C r而發(fā)生晶間腐蝕。由于Ti在高溫狀態(tài)下易氧化而燒損, 而N b 與Ti有相同作用, 所以常在焊縫金屬中加入N b而代替Ti。

　　焊縫中當(dāng)鐵素體含量較高時(shí), 若在350 ～500℃溫度區(qū)間停留數(shù)十或數(shù)百小時(shí), 則易出現(xiàn)“475℃”脆性。σ相析出脆化發(fā)生在奧氏體或奧氏體- 鐵素體焊縫內(nèi), 純奧氏體σ相析出的危險(xiǎn)溫度為650～700℃。σ相出會(huì)降低金屬的塑性和韌性, 促使產(chǎn)生晶間腐蝕。

　　由于奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小, 線膨脹系數(shù)大, 焊接時(shí)變形傾向增大。同時(shí)其導(dǎo)電率小(即電阻大) , 在焊接工藝上應(yīng)盡量減小熔池過(guò)熱, 避免形成粗大柱狀晶, 采用小線能量及小截面焊道是有益的, 減小焊接電流有利于提高焊縫抗裂性能。

4、幾種焊接方法的比較

　　針對(duì)奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點(diǎn), 分別采用了手工鎢極氬弧焊、手工電弧焊、熔化極氬弧焊(MIG) 方法在模擬件上進(jìn)行了工藝試驗(yàn), 模擬件焊接坡口形式如圖1 所示, 焊接位置為平位轉(zhuǎn)動(dòng)(1G) , 后兩種工藝方法的打底焊均采用手工鎢極氬弧焊。

　　手工鎢極氬弧焊的突出優(yōu)點(diǎn)是焊接熔池保護(hù)好, 電弧穩(wěn)定、沒(méi)有熔渣, 焊接接頭組織致密, 綜合力學(xué)性能好, 焊縫質(zhì)量可靠。在焊接奧氏體不銹鋼時(shí), 焊縫耐腐蝕性特別抗晶間腐蝕性能較好, 適用于較薄工件的焊接。而焊接厚度70mm 的Ⅰ級(jí)焊縫, 則焊工勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低下, 而且對(duì)焊工的技能要求較高, 焊接操作稍有不慎或不當(dāng), 即會(huì)在焊縫中產(chǎn)生超標(biāo)缺陷。同時(shí)對(duì)焊縫的熱輸入增大。