材料采用传统的手弧焊接,焊接材料选用碱性药皮焊条(规格Φ3.2、Φ4.0),焊材牌号E9018-G-H4,化学成分见表1所示。
1.2 焊接工艺控制
焊接最小预热温度100°C,最大层间温度200°C。运弧方式采用横摆焊,横摆范围≤3倍焊条直径,层间打磨采用机械式清理。
最大热输入量为44.8 kJ/cm,焊后进行热处理消除焊接应力(板厚<44 mm时无需热处理)[2]。
2 制造过程的质量控制关键环节
核电用钢制安全壳制造过程质量控制采用精细化管理,“一次做对、持续改进”的质控原则,提倡事前控制。施工过程中,有专职质量控制人员负责跟踪、见证、认可、放行,保证产品质量满足设计要求[3]。
2.1 外测预热、板材定位焊质量控制
板材定位焊的预热采用可燃气体加热的方式,定位长度为100 mm~150 mm左右,间隔200 mm~300 mm。
该焊点将在内侧分段退焊3层焊道工序步骤后被碳弧气刨工序清除。在首次VT、PT检验时发现多条焊缝坡口两侧出现圆形显示。
根据返修通知单描述的缺陷位置,进行数据的统计,利用散点分布图的分析寻找缺陷产生的规律。发现缺陷集中分布在间隔400 mm~420 mm外测坡口两侧。
由数据可知,产生该缺陷直接原因为碳弧气刨不彻底,导致定位焊点残留。根本原因在于定位焊前,预热温度不足且定位焊起弧点位置集中,造成焊接缺陷的产生。
质量控制人员采用接触式点温计,测量待焊表面50 mm范围内温度变化(100℃~200℃),降低气孔的产生条件。同时,对定位焊位置做标示,便于在气刨工序中重点修磨起弧位置,消除密集气孔[4]。
2.2 焊前控制
钢制安全壳拼焊采用碱性药皮焊条E9018-G-H4,其屈服强度(2%)530 MPa;母材SA -738 Gr.B的屈服强度(2%)415 MPa。二者由于强度匹配及板厚、坡口形式等原因,焊接时存在一定的淬硬影响,应重点控制根部焊接,避免根部裂纹的产生。焊前应严格控制焊条烘干温度、恒温时间。烘干箱内焊材叠放厚度不超过3层,以免在烘干时受热不均,潮气不易排除,产生缺陷。
2.3 母材预热、内侧分段退焊3层焊道控制
在核电制造、安装行业内,焊接属特殊工艺,对焊接工艺评定、焊接过程的控制尤为严格。依照ASME III卷NE分卷2001版(含2002补遗)的要求,钢制安全壳焊接工艺需满足相应的冲击试验数值。按照ASME IX卷焊接要求,焊接过程中需控制焊接线能量不超过工艺试验值(试验值为最大热输入量为44.8 kJ/cm)。
施工过程中,焊工在焊接坡口外侧第3层焊道时,发现坡口填充最大宽度26 mm,如采用双焊道填充焊道较窄,不易施焊及过程清理困难,故采用单道焊填充。上述问题违背工艺横摆范围≤3倍焊条直径的限定。焊道超宽这种情况,在ASME IX卷的标准下,属非重要变数范围内,被认为是可以被接受的。但该焊缝间接超出标准了关于热输入量(重要变素)的要求。
ASME IX卷标准规定,单位焊缝长度内熔敷焊缝金属体积的增加不能超过评定值的规定。质控及相关人员在现场开展工艺附件试验,确定摆动宽度推荐值和成形焊缝尺寸(宽度)上限值,优化工艺参数。
2.4 外测气刨清根
板材在内侧分段退焊3层焊道后,在焊缝外侧采用碳弧气刨工艺清除打底焊层。碳弧气刨的施工质量直接决定现场返修概率。施工过程中,打底焊层清理较浅(打底焊道有残留)或未能清除焊道中心轴线上的打底焊层,必会造成焊接缺陷(气孔、未熔合、夹渣)的残留,使最终的RT检验不合格,开启焊接返修工作,降低产品合格率。
碳弧气刨去除的打底焊层不宜过深。在结构应力较大的区域,剩余的熔敷金属厚度过少,将造成打底层开裂的质量问题。
碳弧气刨过程中,质控人员使用错边量万用量规,监测剩余的熔敷金属厚度不少于4 mm。这个厚度既能保证焊接质量,也能预留一定的机械清理余量[5]。
3 结束语
综合本文所述,要做好施工过程中的质量管理工作,需要依照程序、规范的要求,对施工过程中人、机、料、法、环、测等六大要素进行控制,更需要质量管理人员具备专业技术知识、统计管理技能的同时,适应现场实际工作状态,因地制宜、实事求是地建立质量控制要求,依靠卓越的品质,带来经济效益。
参考文献
ASME锅炉及压力容器规范. 第III卷“核电厂部件建造规则,MC级部件”, 第1册, NE分卷[S].
ASME锅炉及压力容器规范. 第IX卷.“焊接和钎焊评定标准”[S].
ASME锅炉及压力容器规范. 第II卷.“材料,A篇 铁基材料”[S].
ASME鍋炉及压力容器规范. 第II卷.“材料,C篇 焊条、焊丝及填充材料”[S].
约瑟夫·M·朱兰. 朱兰质量手册: 第5版[M]. 北京: 中国人民大学出版社, 2003.