用于核岛主设备回火焊道修复的关键技术研究

申伽奇

（中核燕龙科技有限公司 北京 100031）

在压水堆核电厂的反应堆当中，无论是蒸发器还是稳压器，它们的主要部位都需要通过焊接合金来完成，以确保其稳定性。在整个对焊的过程中，由于其强烈的热能循环会导致材料区域组织发生变化，从而影响到设备的性能，因此，无论是硬度方面还是冲击韧性方面，都会造成很大的影响，而且在整个焊接的过程中，残余的应力还会影响到加热区的裂纹倾向，所以说，对于焊接头在实际生产过程中都需要做好焊接后处理。

1 核岛主设备回火焊道修复技术的简要介绍

在核电厂主设备制造的过程中，如果焊接层存在缺陷，就需要对这些缺陷进行补焊返修。但是在实际工作中，因受到核岛的空间限制或是其他一系列因素的影响因素，导致焊接区域没有办法及时进行补修，而且也没有办法完成焊接后的热处理工作。如果想要确保补焊后的焊接头具有良好的组织性能，就要应用一种能够做好后续处理的修复技术——回火焊道修复技术，其刚好可以满足核电站主设备制造的需求。回火焊道技术的主要应用原理就是通过层道间的焊接热循环相互作用，以此来改变焊接热影响区域的组织性能，能让焊接头的修复质量能够达到国家标准［1］。在整个回火焊道修复技术当中，所采用的自动TIG 焊接热源稳定性非常好，在整个焊接的过程中，可以将对人造成的伤害降到最低，并且还可以抗干扰，热输入值也比较小，在实际焊接修复当中有着非常广泛的应用。尤其是在核岛主设备制造的过程中，由于其特殊用途，所以说对安全性的要求也就比较高，采用传统的焊接技术焊接后的一个处理区域很难满足国家标准，而通过回火焊道技术则可以尽量避免焊接部分出现缺陷。在本次实验当中，所采用的是自动TIG焊接方法，对核岛主设备的镍基堆焊层进行模拟返修，并且将能够影响母材。在与影响区域组织性能的焊道技术进行对比后，通过验证可得知，采用回火焊道修复技术的可行性比较强，在后续的核岛主设备制造当中，完全可以应用回火焊道技术来进行主设备区域的制造及维修。相关负责人对这一技术也要提高重视程度，在本次实验中，该技术的表现非常良好，可以将其应用到主设备的制造当中［2］。

2 实验材料及实验方法

在本次试验中，采用的试验材料是镍基合金焊丝，在自制模拟凹槽的低合金钢锻件上进行模拟补焊。面基堆焊层的厚度为10mm，底部凹槽距离焊层的长度为6mm。模拟补焊可以分为两种情况：第一是普通的模拟补焊结合消应力热处理；第二是回火焊道模拟补焊。

镍基合金焊丝中包含非常多的成分，有常见的铜铁等金属，还有碳、硫等一系列基础元素，普通的模拟补焊技术采用的是手工氩弧焊，对凹槽部位由下到上进行多层补焊，在完成凹槽部位的焊接以后，就会对实验板进行消应力热处理。而回火焊到模拟补焊则是从下至上分为多个层次，每一层次的焊接工作完成以后都会对整体进行打磨，这是为了确保焊道的均匀性，而且下一层的焊接效果也会更好，在完成3 层的焊接以后，就可利用普通的焊接方式对凹槽部位进行多次填充，直到整个焊接工作完成，而且回火焊道的一个重要优点就是它不需要进行消应力热处理。无论是从硬度上看还是从焊接质量上看，回火焊道的性能要比普通焊接技术强很多，并且结合微观组织的分析可以得出，回火焊道的凹槽式板热影响的区域组织的性能要较普通焊接好很多［3］。

3 性能检测及结果分析

3.1 截面区域硬度

通过硬度计在试样板上面进行测试以后，每隔0.5cm 测试1 次，可以得出，回火焊道处理后的试样板要比普通焊道处理后的试样板硬度高，而且从左到右呈现出先上升后下降的趋势［4］，而导致这一情况的原因就是相邻焊道的热影响区域互相叠加。而且回火焊道的焊接时，要在焊缝处母材热影响区域等，其硬度值都在标准以下，要远远小于国家对于硬度值的最高要求。通过模拟消应力的普通焊接板得出的结果来看，确实硬度数值要比国家标准的硬度值稍高，但是在不同测试点的硬度值相对比较稳定，取平均值可以满足国家的标准，从整体上来看，回火焊道技术对某热材热区域影响达到所预想的效果。尤其是在核岛主设备制造的过程中，焊接点的硬度会从根本上影响到整个设备的使用情况，由于设备使用的特殊性，对硬度的要求也就比较高，普通的焊接虽然能够满足设备要求，但是利用回火焊道焊接技术可以更好地发挥出设备的功效。

3.2 冲击性能分析

在对回火焊道模拟试样板和普通焊接模拟热影响区域进行冲击测试，可以得出在同样的冲击缺口下，从各个区域的热影响区域表现来看，回火焊道技术都要优于普通焊道技术。从整体上的实验结果也可以看出，回火焊道模拟基数的影响区和普通焊接技术的影响区在冲击工时相当的情况下都超过了200kJ，都要高于母材的规定值。但是回火焊道试板促进区的冲击工时比普通焊接试样板的要高一些，之所以会出现这一状况，是因为回火焊道的焊接输入值要比普通焊接的输入值小很多。在第一层焊接时，对母材的影响比较小，而且后续的焊接对于粗晶区又有非常好的调解功能，这也就导致回火旱道促进区的工作性能要比普通焊接粗晶区的性能优良［5］，主要原因就是回火焊道依靠的焊接热值对于母材组织处理稍弱。但是从整体上来看，回火焊道技术对影响区的性能与普通焊接技术消应力热处理后的性能相当，完全可以满足核岛主设备母材冲击性的需求。

3.3 接头组织分析

通过利用显微镜对回火焊道试板和普通焊接试板进行观察和分析以后可以得知，在相同的母材热影响区域内，回火焊道与普通焊道试板的对应区域非常相似，显微的组织都是火索氏体，在对两块补焊试板的热影响区域进行不同区分以后，因而可以得出以下结论：两种补焊试板的细菌区域纤维组织热影响存在一定的区别，虽然都是相同的火索氏体，但是回火焊道试样板的经历要更小，而且通过热影响区域的微观组织，也进一步明确了各个区域硬度及冲击值的分布，不论是回火焊道试样板还是普通焊接试样板，热处理区域和其他分区的冲击性能都比较低，硬度值和细晶区比起来比较高。相关负责人对于这一结果要提高重视程度，因为二者在接头组织的分析上还是存在一定差异的，并不是每一部分都相同，在不同区域有着不同程度的差异。再将回火焊道技术应用，到核岛主设备制造过程中，也要对这一情况提高重视程度，再结合核岛主设备实际制造情况的基础上，应用回火焊道技术，从而进一步推动核岛主设备的研发进展。

4 回火焊道技术的影响因素

4.1 焊接方法的选择

影响回火焊道焊接技术的一个主要因素就是焊接方法的选择。在焊接方法选择的过程中，会影响到层道间焊热的输入值，而且还会影响到焊道的几何形状的稳定性，这不仅会导致整个设备焊点的操作出现问题，甚至会影响到设备部件的使用。在我国，已经有规范将回火焊道的焊接技术写入到技术文件当中，并且做了详细的规定。利用不同直径的焊条对不同的承道之间进行输入值的调整，同时，要求具有较高的焊接水平，才能够真正控制好焊道的几何形状。无论是在国内还是国外，对于回火焊道技术都有了非常广泛的应用。在焊接技术选择方面，国外较国内的选择要更多。而且焊接技术的选择会从根本上影响到整个设备焊点的情况，一定要提高相关负责人对焊道选择的重视程度，要选择最合适的技术，才能够确保设备的有效使用。而且在我国后续的发展中，核岛主设备的制造工作会越来越受到重视，该如何选择合适的焊接方法也是所有技术人员面临的一个关键问题［6］。

4.2 焊道搭接量的测量

焊道搭接量是回火焊道焊接技术的一个非常重要参数，它不仅影响到相邻焊道间的热循环，而且还会影响到整个设备组织区域的性能，尤其是对于焊接部位硬组织的影响会更为严重。在我国回火焊道技术应用的过程中，已经有了很多的实验方案，对焊道搭接量也有了一个明确的标准，所以，核岛主设备的技术负责人一定要对焊道的搭接量标准有一个明确的认识，通过明确看到搭接量，可以更好地发挥出回火焊道技术的作用，使进一步建立起良好的主设备线板，才能够发挥出其真正作用。而且焊道的搭接量也会影响到回火焊道焊接点的应用情况，技术人员要注意焊道搭接量符合我国的相关标准，在焊点的各个区域也要做好相应的测试工作。对于回火焊道修复技术效果来说，焊道搭接量会产生非常重要的影响，所以说，相关的技术人员对于木材选择也要提高重视程度，要根据回火焊道技术的实际情况以及核岛主设备的使用，来选择合适的木材，尽量降低木材对于主设备制造的影响。在未来的发展中，回火焊道技术的应用范围会越来越广，适应性也会更强，在这样的情况下，针对母材的影响就要尽量降到最低。

4.3 焊接顺序的影响

在国外，已有很多技术人员利用药芯焊丝电弧焊的方法，探究了焊接顺序对于焊接结果的影响。从实验结果可以得出，不同的焊接顺序对于热影响区域组织的硬度并没有太过明显的差异，但是在第四道热影响区组织之间的效果有一定的改善。无论是在硬度方面，还是在热影响区的尺寸方面，都进行了相应的数值模拟，从各项参数来看，焊接顺序会在一定程度上影响焊接组织的性能，但是并不会造成太大的差异。相关负责人对于这一情况要提高认识，在明确焊接顺序时，要根据焊接区域的实际情况来选择焊接顺序，尽量做到最合理的顺序安排，才能够进一步发挥出焊接的真正作用，也就才能够提升核岛主设备的制造品质［7］。在我国未来的发展中，核岛主设备的制作工作会受到国家有关部门的重视，如果想要从根本上提升核岛主设备的制造品质，那么就要应用有效的回火焊道修复技术，其是制造核岛主设备集成板的一个重要技术。而焊接顺序则会从根本上影响到回火焊道修复技术的效果，如果想要尽量提高核导主设备的制造品质，那么相关负责人就要注意选择合适的焊接顺序，无论是从国内的发展情况上来看，还是从国外的角度出发，回火焊道修复技术在核岛主设备的制造当中确实有着适合的焊接顺序。

4.4 母材的影响

母材对于最后的焊接结果也会有一定的影响。在国外有技术人员对两个厂家所制造的不同钢材进行了普通焊接方法，加上焊后热处理，以及回火焊道焊接技术进行对比。从实验结果上可以得出，除了夹带杂物的影响以外，除去其他因素的影响，回火焊道焊接技术在不同母材的情况下都能够得到较为良好的焊接组织，但是并不代表着母材的材质，对于回火焊道的焊接结果没有影响。所以说，相关负责人一定要注意在母材的选择上要尽量选择易于焊接的材料，只有这样，才能真正发挥出焊接的作用。而且不同的材料在焊接的过程中也会产生不同的效果，无论是从硬度上还是从焊接热区域的处理上，都会有一定的不同。不仅是在国外还是国内的技术人员也对不同母材的焊接技术进行比较，无论是哪一种焊接技术，在不同的舞台上都是有一定的差异的。相较于普通的焊接技术而言，回火焊道的技术影响要更小一些。尤其是在近几年的发展当中，我国对于核岛主设备的实际应用情况越来越重视，在焊道方面也设立了相关的标准，在应用回火焊道修复技术的过程中，一定要保证参数都能够符合国家颁布的标准，只有这样，才能够确保在核岛主设备制造或者是修复的过程中能够应用回火焊道技术，从而进一步推动核岛主设备的发展。在未来发展中，各大企业对于核岛主设备的竞争会越来越激烈，而回火焊道技术的有效应用也可以从根本上推动核岛主设备的发展。

5 结语

与传统的热处理以后普通模拟补焊试板相比，回火焊道技术可以减少对影响区热度值和冲击值的影响，但是要高于传统标准中对于母材硬度和冲击的规定数值，整个回火焊道补焊试板影响区的显微组织是火索，试板在焊接处理以后和普通的试板组织相似，采用免热处理后的回火焊道修复技术对组织区的影响性能比较小，可以满足核岛主要设备、制造产品的需求。所以，相关负责人要提高对这一技术的重视程度，将其应用到核岛主要设备的制造当中，进一步推动核岛设备制造整体技术的发展。