crdm管座用管座的试样重组

crdm管座用管座的试样重组

0晶粒度和夹子检测在现场焊接和水压试验后，建造一座虹膜压力容器的主装置（以下简称crdm）时，将其看到下属的母材料。法国RCC-M规范对CRDM管座母材的拉伸、冲击、硬度等力学性能有相应的指标要求,在此基础上,国内的采购规范还增加了对晶粒度和夹杂物的要求。通过对下管座母材的见证件取样分析,发现其母材组织内部晶粒度超标,并有超大尺寸夹杂物存在的现象。鉴于晶粒度和夹杂物尺寸是国内采购规范书在RCC-M规范基础上增加的指标要求,为全面了解管座母材的性能与组织关系,对该材料的组织及拉伸、冲击等性能进行复验。就冲击性能而言,由于见证件材料有限,仅剩前期破断的冲击试样,如图1所示,无法采用常规方法对冲击性能进行检验。因此,采用试样重组技术将破断的冲击试样与同炉批号材料焊接重组成新的试样,从而实现对母材冲击性能的复验。1试样重组技术试样重组技术,是在少量研究材料周围连接与之性能相近的其他辅助材料,并通过焊接等材料连接技术进行组合,再加工成能满足几何尺寸要求的复合试样(标准尺寸或非标准尺寸试样)的制备技术自20世纪以来,试样重组技术在国外核电站得到了广泛的应用。例如,美国在1986年利用试样重组技术重新评估了Ginna核电站辐照监督管内焊缝金属的上平台能量2试样重组和热影响区的确定本次性能复验的材料为牌号Z2CN19.10的控氮不锈钢,分别包含两个炉批号的破断试样材料A和B(如图1所示),由于试样断口处的变形较大,选取插入段应尽量避开变形区域,从而降低甚至消除变形区域对最终性能的影响。对端部未变形区进行测量,得到可截取的插入段尺寸为15mm。图3示出具体实施的技术流程图。首先,采用B炉批号的材料进行试样焊接工艺探索,以材料B作为插入段和支撑段进行条件试样的重组,并对条件试样开展无损检测、金相、硬度、冲击等试验,确认焊接工艺合格;然后,以本次复验材料A和B作为插入段材料,分别匹配上同炉批号的支撑段材料进行试样重组,并开展最终冲击试验。对比条件试样、最终试样以及前期完整试样的结果,最终确定A和B的冲击性能,实现对材料A和B材料的性能复验目的。为充分有效利用破断试样,并降低焊接对重组试样中间插入段性能的影响,本项目中试样重组技术实施的关键在于控制焊接的热影响区宽度尽可能小,使得有效的插入段尺寸尽可能大。本项目中试样重组选择了电子束焊接技术,这是因为电子束焊接速度快,热影响区小,焊接变形小,对精加工和精装配的试块可用作最后连接工序,无需再加工即可保持重组试样的几何尺寸精度要求。此外,真空电子束焊接还可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染,有利于焊缝金属的除气和净化,保证连接界面的强度要求。对于夏比冲击试样而言,电子束焊接的热影响区宽度一般为2~3mm。在焊接实施过程中,选择合适的电子束焊接工艺参数以获得良好的焊缝成形和有效焊接熔深,通过改变和优化不同焊接参数,获得质量良好的电子束焊缝以及较窄的热影响区。3试验试验和结果通过对冲击试样的焊接工艺摸索后,以炉批号材料B重组成4个条件冲击试样BT1~BT4。进行射线检测确定条件试样内部没有焊接缺陷,然后选取BT1试样开展金相和硬度试验,其他3个试样开展冲击试验。图4示出条件冲击试样的金相结果。对整个焊缝进行观察,焊缝熔合良好,未发现焊接缺陷,如图4(a)所示。对焊缝的宽度进行测量,得到其宽度约为0.85mm。分别对母材区和焊缝区进行放大,母材的金相组织为孪晶奥氏体+铁素体,如图4(b)所示;焊缝的金相组织为奥氏体+铁素体,未发现焊接缺陷,如图4(c)所示。OSAKI等试验结果如图6所示,可以看出,焊缝及热影响区的宽度为2.2mm。表1列出条件试样的冲击试验结果。条件试样的结果接近,平均值240J,略低于原材料的冲击功,这是由于插入段尺寸有限,仅能取到15mm,导致焊缝的存在对试验的性能产生了影响,即提高了强度而降低了韧性。但是,RCC-M2007规范中对于横向试样,冲击性能指标要求大于60J,无论是条件试样还是原材料试样,其性能值均远高于该指标要求。此外,试验结果的重复性良好,验证了该焊接工艺可用于最终冲击试样的焊接中。采用条件试验验证后的焊接工艺,将炉批号材料A和B的最终试样焊接成型,分别得到4个试样AS1,AS2和BS1,BS2。对最终冲击试样进行试验,试验结果如表2所示。其中,材料B的冲击功分别为227.5J和237.0J,与条件试样的结果接近。而材料A的冲击功略高于B,分别为261.5J和257.5J,但两者均满足RCC-M2007规范中指标的要求。将不同试样的冲击功结果和指标线绘制在图中,如图7所示。材料A和B的冲击性能都与条件试样的性能接近,但由于焊接区对韧性的降低作用,都略低于原始材料的冲击功。无论是材料A还是B,这种差异为30J左右,而原材料B的冲击功标准差也有30J。由于最终试样与条件试样两端的支撑段材料均相同,仅仅是中间插入段有所区别。条件试样的插入段是未试验的母材,而最终试样的插入段是截取的破断试样。两者性能差异不大且高于指标线160J以上,这表明插入段材料的性能与母材是一致的。该批次材料晶粒度超标和夹杂物尺寸超标现象未对试样的冲击性能造成明显劣化。4试验结果分析为了对反应堆压力容器CRDM下管座材料的冲击性能进行复验,在缺少材料的情况下,采用试样重组技术对前期试验的破断试样进行焊接重组。通过条件试样的无损检测、金相、硬度和冲击试验,所选取的焊接工艺验证合格后应用于最终冲击试样的重组中,并得到以下结论:(1)条件试样和最终重组试样的冲击功相近,两者相比于前期的完整试样低约3