堆内构件奥氏体不锈钢机加工表面缺陷事件分析

【摘要】在AP1000堆内构件制造中，出现了原材料阶段验收合格的奥氏体不锈钢，机加工表面出现不可接受缺陷的事件，通过介绍该事件从产生到解决的过程，为解决类似问题提供合理的建议。

【关键词】AP1000；堆内构件；奥氏体不锈钢；原材料；机加工；缺陷

1、引言

我国三代核电主要采用美国西屋公司设计的先进非能动压水堆核电技术，堆内构件（Reactor Vessel Internals， RVI）作为核岛主设备之一，是反应堆压力容器内为堆芯部件提供支承、对中和导向，引导冷却剂流入和流出，为堆内测量仪表提供导向和支承的结构部件，其主体材料采用奥氏体不锈钢。

国内某AP1000堆内构件在其发运前夕，清洁后目视检查发现上堆芯支撑板圆周表面存在缺陷，导致设备无法按时发运。本文介绍事件从发生、处理到完成的整个过程，分析了该问题产生的原因，并对规避该风险提出合理的建议。

2、事件介绍

某AP1000堆内构件发运前进行最终清洁工作时，发现上堆芯板45°左侧外圆上有轻微线状痕迹，供应商对表面抛光后出现一个长度约17mm，宽约1.5mm的缺陷，如图1所示。由于发现了该缺陷，堆内构件无法按时发运。

3、事件调查和分析

该事件发生后，我们了解了上堆芯板制造和安装过程，排除了机加工产生该缺陷的可能。并从原材料采购和验收、缺陷性质等方面进行了调查和分析。

原材料采购过程调查

上堆芯板的原材料是牌号为SA336 304H的锻件，按照批准后的锻件采购规范进行制造和验收。原材料验收时，进行了最终状态的UT探伤。采购方实地见证了探伤工序。对相关报告审查后认为原材料的采购和监督符合上游技术条件。

原材料UT探伤

按照ASME 标准和采购规范的要求，该锻件超声检测要求为：检测面为两个平面，灵敏度Ф6mm平底孔DAC曲线，使用探头B2S（Ф24/2MHz）。按照上述要求，供应商对上堆芯支承板可达表面重新进行UT探伤，结果显示合格。

从缺陷图片可以看出，缺陷的位置与轴向（即检测面）大约成45°夹角，且在工件边缘。根据超声波直射法原理对有角度的小缺陷反射不敏感，呈现的反射信号未达到超声波的记录缺陷要求，所以在最终的超声检测报告中未体现。

对缺陷进行定性

为了判断缺陷的性质，我们对该打磨后的缺陷进行了金相分析，认为该缺陷极有可能为原材料夹杂造成。

结论

该缺陷在上堆芯板原材料的制造过程中已经存在，但是对原材料而言不是可记录缺陷，后期由于机加工而导致缺陷开口浮现在零件表面，打磨后显示为不可接受的缺陷。

4、事件的处理

4.1 返修方案的确定

按照ASME BPVC-III NG4130 的要求，在制造阶段发现的原材料缺陷，允许进行修补。

事件发生时，上堆芯板已经处于最终装配阶段，在正对着缺陷的一个定位销孔内，定位销已经冷装且点焊固定。定位销孔壁离缺陷位置距离仅7.4mm。去除缺陷的时候不仅需要考虑打磨深度使得定位销孔穿孔的风险，并且要考虑补焊时对定位销孔和定位销变形的影响。基于上述考虑，我们制定了如图2所示的返修方案。

4.2 返修过程

为了确定缺陷的大小，供应商开启内部NCR打磨去除缺陷。打磨至6.5mm深度时，VT未发现缺陷，PT仍有显示，如图3所示。

该打磨深度已经非常接近点焊在定位销孔内的定位销了，理论距离仅为1.4mm。按照图3所示的返修方案，取出了该定位销。继续打磨缺陷直到没有不可接受的PT显示。在销孔内放置工艺定位销衬垫后，对打磨区域进行补焊。补焊后上堆芯板的目视检查、尺寸检查以及PT检查合格。最后重新加工定位销和定位销孔并按照设计要求进行安装。

5、结论

该问题是属于原材料阶段的非记录显示，在零件机加工后浮现在表面，却在组件阶段被发现的事例。按照原材料UT探伤的验收标准，这种内部缺陷无法避免，但是却可以在零件加工阶段进行控制。

为此，對不锈钢材料和零件加工提出了两点建议：

（1）制造厂可以适当提高原材料阶段UT检验要求，例如增加斜探头探伤有利于发现这种有角度的缺陷；

（2）不锈钢零件机加工后对最终机加工表面进行PT检查，将缺陷控制在零件阶段。

参考文献：

[1] 不锈钢锻件缺陷分析_宋敏华.理化检验， 2009

[2] ASME B&PV Code， 1998 Edition with 1999 and 2000 Addenda

[3] 奥氏体不锈钢大型锻件超声波检测工艺及特点分析_鲁强. 无损探伤，2006

作者简介： 沈洁（1979-），女，湖北武汉，汉，硕士，工程师，主要研究方向：核岛主设备。