1、概述

　　核電站一回路系統中應用的閥門大都要求具有較高的安全等級、高溫高壓性能參數、相應的耐腐蝕性能和至少30a的使用壽命。這些閥門的閥體(殼體)一般采用整體鍛造制成,但有的閥體受內腔加工或其他因素限制,則采用組焊結構。組焊結構的閥門對焊縫質量要求極為嚴格,其焊縫內部不得有超過標準要求的缺陷,熔敷金屬應具有同基體材料一樣的化學成分和金相組織,焊縫的力學性能和耐腐蝕性能必須達到基體材料的性能指標。這就要求選擇適宜的焊接工藝方法,按照標準要求進行焊接工藝評定以確定焊接工藝參數,再通過精心的焊接施工,焊制出符合要求的合格產品。

2、閥件材料

　　按照產品的工況系統要求,核1級閥門產品據法國標準RCC - M《壓水堆核島機械設備設計建造規則》進行設計制造。閥體和接管均為奧氏體不銹鋼鍛件,其技術要求參照RCC - M M3301,選用等效JB 4728 - 2000中鋼號0Cr18Ni10Ti材料,其化學成分和力學性能對照見表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接焊縫,焊縫厚度70mm,為單面U 形坡口。產品按照RCC - M S3000進行焊接工藝評定,焊縫全部進行射線、超聲波及滲透檢驗,并達到JB4730規定的Ⅰ級焊縫要求。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,主要是其枝晶方向性強, 線膨脹系數大, 焊接冷卻時收縮應力大, 容易出現熱裂紋。當焊縫及熱影響區在450～850℃溫度保持一定時間后, 可能在晶界會析出C r的碳化物, 發生晶間腐蝕傾向。焊接接頭殘余應力較大時, 若在氯化物或氟化物等腐蝕介質中工作, 會產生應力腐蝕破壞現象。

　　0C r18N i10Ti鋼是在18 - 8系列奧氏體不銹鋼基礎上加入Ti元素, 目的在于使Ti優先與C 結合而防止C與C r結合, 起到穩定化作用, 從而避免晶界缺C r而發生晶間腐蝕。由于Ti在高溫狀態下易氧化而燒損, 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。

　　焊縫中當鐵素體含量較高時, 若在350 ～500℃溫度區間停留數十或數百小時, 則易出現“475℃”脆性。σ相析出脆化發生在奧氏體或奧氏體- 鐵素體焊縫內, 純奧氏體σ相析出的危險溫度為650～700℃。σ相出會降低金屬的塑性和韌性, 促使產生晶間腐蝕。

　　由于奧氏體不銹鋼的導熱系數小, 線膨脹系數大, 焊接時變形傾向增大。同時其導電率小(即電阻大) , 在焊接工藝上應盡量減小熔池過熱, 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

　　針對奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點, 分別采用了手工鎢極氬弧焊、手工電弧焊、熔化極氬弧焊(MIG) 方法在模擬件上進行了工藝試驗, 模擬件焊接坡口形式如圖1 所示, 焊接位置為平位轉動(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點是焊接熔池保護好, 電弧穩定、沒有熔渣, 焊接接頭組織致密, 綜合力學性能好, 焊縫質量可靠。在焊接奧氏體不銹鋼時, 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級焊縫, 則焊工勞動強度大、效率低下, 而且對焊工的技能要求較高, 焊接操作稍有不慎或不當, 即會在焊縫中產生超標缺陷。同時對焊縫的熱輸入增大。