核电站高压加热器用TP439焊管的评估

任一峰

（上海电气电站设备有限公司 上海电站辅机厂，上海200090）

核电高压加热器的传热管和汽水分离器的传热光管大量选用铁素体不锈钢TP439焊管，目前国内核电机组加热器所使用的TP439管子均由国外进口。以下对TP439的力学和工艺性能作一分析介绍。

1 TP439焊管的特性

SA803TP439铁素体不锈钢换热管的抗腐蚀特性优于碳钢，特别在高温下有良好的力学性能，热膨胀系数与碳钢相当，与奥氏体不锈钢相比，具有良好的传热性和耐蚀性（耐氯化物应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等局部腐蚀），高温抗氧化性更高，膨胀系数小，抗热应力能力大，在运行条件下应力腐蚀开裂敏感性小，硬度高，具有优良的耐磨和耐冲蚀性能，又在停机期间不需要气相保护，且价格便宜。因此，国际上核电机组的高压加热器已大量采用这种换热管，国内岭澳、红沿河、宁德等核电机组的换热管也采用了该材质。

但铁素体不锈钢可焊性差，在焊接过程中容易产生微裂纹；在冷变形的过程中，存在脆性开裂；使用受到限制；室温及低温韧性差，缺口敏感性高，对晶间腐蚀比较敏感。因此在生产过程中必须采取相关措施，如焊接时预热可以减少热影响区的淬硬倾向，减缓冷却速度，防止冷裂纹的产生；也可通过调整钢中C、N和Ti的含量，以改善该钢的可焊性和脆性。

由于铁素体不锈钢存在脆性转变温度较高的特性，对换热管胀接工艺性有很大影响。根据SA803TP439钢化学成分，含钛质量分数越高，脆变温度越高，反之脆变温度越低。试验表明：钛质量分数控制应在0．5%以下比较合适。另外管子的晶粒度对脆变温度也有很大影响。对于核电项目的用管来说，对TP439材料的这些要求是确保管子质量以减少热开裂风险所必需的。

2 焊管的两种焊接工艺比较

生产TP439的焊接工艺有两种：不添加焊丝的惰性气体保护焊（下称TIG）和激光焊接。

目前国外有的厂家完全采用激光焊接生产TP439管，也有的制造厂采用TIG焊制TP439焊管，并在焊后采用微量缩紧拉伸。而国内的几家厂商均采用TIG焊制造工艺。

两种焊接工艺各有利弊，激光焊接是一种先进的技术，但是其对整条生产线的精度要求和可靠性要求更高，包括焊接坡口的加工，焊缝直线度的激光控制，外圆椭圆度在线连续检测等，对其焊接成形质量控制十分重要。

TP439焊管的整条焊缝是换热管的薄弱环节，是控制质量的关键，特别是在换热管胀接时焊缝区域泄漏现象时有发生。在金相显微镜下可以明显看到焊缝组织中存在粗晶区，使材料低温脆性大大提高。根据焊接工艺的不同，TP439焊管的焊缝形状有明显不同（见图1和图2）。

图1 激光焊接管接头金相照片

图2 TIG焊接管接头金相照片

图1中激光焊接线能量高，焊接速度快，焊接接头较窄，粗晶区也相应较小；但是由于焊接速度较快，对焊接成形控制要求较高，容易出现类似错边的现象。

图2中TIG焊缝宽度较宽，焊接速度相对慢，焊接区域的晶粒可以生长得很大，受到重力的影响，若焊接参数匹配不好，焊缝金属容易出现下垂现象，或造成内表面焊缝余高超标。

3 胀管区域出现的问题

TP439管子在与管板胀接后，水压试验过程中曾出现过泄漏现象，经查泄漏发生在胀接区域，且位于管子的焊缝或及热影响区。

通常高压加热器管子与管板连接采用液压胀接和机械胀接两种方式：液压胀接属于一种柔性胀接，是一种对换热管内表面施加均匀的静态内压的胀接技术，胀接后管子内表面光滑，在胀接厚壁管子时需要在管板的管孔内壁开槽线以增加胀紧力；机械胀接是一种应用较为普遍的方法，利用辘子对管子内壁旋转胀压，一般将壁厚减少5%～12%，达到管子外壁与管板孔内壁紧密贴合。在加热器实际制造过程中，为防止少数换热管因脆性转变温度过高而发生开裂的情况，有必要在胀接前对管子管板进行适当的预热，并在胀接过程中保证管子维持一定的温热［1］。至于管子温度控制的区间，需要由胀接工艺试验而定，不能一味强调只能用某种胀接方法，排斥另一种胀接方法，关键是胀接时的管子温度应维持在一定的范围之内。由于这几年核电建设发展速度较快，高压加热器的制造厂家需要积累相关的试验数据和成熟经验，以掌握TP439管子的胀接特性。

4 焊管质量控制关键点

控制管子的质量应从源头开始，选择使用特制的TP439钢带，不能带有微裂纹等缺陷，确保管子的完整性；卷筒钢带开片后，不允许卷边弯曲，以防止脆性开裂；不允许在焊管的焊缝上进行弯曲冷作作业，以避免焊缝脆性开裂。卷板焊接工艺的关键是保证焊管内部没有卷边弯曲，具有非常光滑的焊缝，这个过程比较苛刻，在线生产时必须跟随超声波检测（UT），检查到焊缝存在卷边弯曲，应立即处理。

为了检查焊管的残余缺陷，可以采用涡流检测（ET）来探测所有潜在的热裂纹和脆性裂纹，所进行的涡流检测要比ASTM规定数值相对要严一些。管材涡流探伤的特点就是对横向或点状缺陷灵敏度较高，但对母材纵向和纵向焊缝类似错边或熔接不足的缺陷，检测灵敏度不高，达不到检测效果，此时使用超声波检测（UT）效果好。

建议采购TP439焊管的技术协议明确规定生产厂家必须离线进行涡流探伤，焊接管在线探伤可作为管子制造商控制焊接工艺的手段，不能作为成品管验收的标准。对于验收管子的无损探伤（NDT）应由涡流检测（ET）和超声波检测（UT）两部分组成。涡流检测样管的通孔数值和超声波检测样管槽深数值应在技术协议中明确，以保证管子的质量得到可靠控制，促使管子制造商提供质量合格的换热管。

5 结语

通过对核电站高压加热器换热管用铁素体不锈钢TP439焊管特性描述，指出了管子在制造、胀接和质量控制过程中的问题和处理方法，以正确评估和使用TP439换热管。

［1］阮云峰，赵敏凯，史晓玮．核电高加换热管的胀接工艺性探讨［J］．电站辅机，2012，33（2）：6－8，28．