王 浩,魏光強(qiáng),徐 祺

(中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院反應(yīng)堆燃料及材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都610213)

某電站核島設(shè)備冷卻系統(tǒng)傳熱管的泄漏原因分析

王 浩,魏光強(qiáng),徐 祺

(中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院反應(yīng)堆燃料及材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都610213)

某電站核島設(shè)備冷卻系統(tǒng)的傳熱管頻發(fā)泄漏故障,發(fā)生泄漏的傳熱管材料為紫銅,泄漏點(diǎn)位于彎管和直管之間的焊縫上。采用化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡及能譜分析、X射線衍射分析等方法分析了該傳熱管穿孔泄漏的原因。結(jié)果表明:銅管母材基本完好,整個(gè)泄漏通道沿焊縫發(fā)展,泄漏通道在管道內(nèi)表面的開口寬度大于管道外表面的開口寬度,失效起源于銅管內(nèi)側(cè)焊縫上的缺陷;焊絲中的磷元素含量超標(biāo)導(dǎo)致的焊縫組織中的缺陷,以及焊縫中存在大量氣孔是引發(fā)泄漏的主要原因。

冷卻系統(tǒng);傳熱管;紫銅;焊縫;泄漏

核島設(shè)備冷卻系統(tǒng)的主要功能是為核島的重要廠房提供冷卻,核島設(shè)備冷卻系統(tǒng)的循環(huán)冷卻機(jī)組為水冷柜機(jī),風(fēng)機(jī)與換熱器組裝在一起,換熱器管內(nèi)流通介質(zhì)為冷卻水,管外冷卻介質(zhì)為所在廠房?jī)?nèi)的空氣。自2010年8月以來(lái),某核電站部分核島設(shè)備冷卻系統(tǒng)傳熱管頻發(fā)泄漏故障。對(duì)核島重要廠房的冷卻水取樣分析,發(fā)現(xiàn)冷卻水中銅離子的質(zhì)量濃度在0.2～1 mg·L—1,而技術(shù)要求銅離子的質(zhì)量濃度為≤0.05 mg·L—1。根據(jù)《核島設(shè)備冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程》,冷卻水在充注前須進(jìn)行水質(zhì)取樣分析,當(dāng)時(shí)的分析結(jié)果未見異常。因此可以判斷,超標(biāo)銅離子不是由外部引入的,而是在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的。

發(fā)生泄漏的傳熱管材料為紫銅,銅及銅合金焊接接頭的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能及耐腐蝕性能均比純銅有所降低。在焊接過程時(shí),銅中低熔點(diǎn)合金元素易蒸發(fā),氣孔敏感性較高,且易產(chǎn)生裂紋、未焊透、未熔合等缺陷。近年來(lái),經(jīng)常有文獻(xiàn)報(bào)道[1-2]由于焊接缺陷導(dǎo)致銅或銅合金構(gòu)件失效的案例。為確定該傳熱管泄漏失效的原因,筆者采用化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡及能譜分析等方法對(duì)其進(jìn)行理化檢驗(yàn)和分析。

1 失效設(shè)備概況、試樣制備及試驗(yàn)方法

1.1 失效設(shè)備概況

換熱器冷卻水的PH、電導(dǎo)率、Cl—質(zhì)量濃度、F—質(zhì)量濃度等要求如表1所示。管外冷卻介質(zhì)的環(huán)境溫度為20～40℃,年平均相對(duì)濕度為69%。風(fēng)機(jī)采用鼓風(fēng)式或引風(fēng)式冷卻方式使空氣流動(dòng)冷卻,如圖1所示。

表1 管內(nèi)冷卻水的要求Tab.1 Requirements of cooling water inside the tube

圖1 冷卻方式示意圖Fig.1 Schematic diagrams of cooling modes：（a）blasting-air type；（b）inducing-air type

換熱器傳熱管的材料為T2紫銅,管徑16 mm,壁厚1 mm,管長(zhǎng)850 mm,彎管與直管段通過氣焊連接。按設(shè)計(jì)要求,該類型換熱器使用的焊絲牌號(hào)為HS202或HS201,焊接形式為承插式焊接,即將直管段擴(kuò)孔后,插入U(xiǎn)型彎頭再進(jìn)行焊接,見圖2。該換熱器傳熱管頻繁發(fā)生泄漏,漏點(diǎn)多位于直管和彎管的焊接接頭上。

圖2 傳熱管焊接方式示意圖Fig.2 Schematic diagram of welding mode of the heat transfer tube

1.2 試樣制備

發(fā)生泄漏失效銅管的宏觀形貌如圖3所示,是一段直管與彎管搭接的焊接接頭,外表面涂有一層銀粉漆。該段焊接接頭以前曾出現(xiàn)泄漏,并進(jìn)行過補(bǔ)焊。將失效銅管沿軸向進(jìn)行切割并編號(hào),解剖后的形貌見圖4。截取試樣的編號(hào)、位置以及后續(xù)進(jìn)行的檢驗(yàn)項(xiàng)目見表2。

圖3 泄漏銅管的宏觀形貌Fig.3 Macro morphology of the leakage copper tube

圖4 泄漏銅管切割后形貌Fig.4 Morphology of the leakage copper tube after cutting

表2 銅管試樣的詳細(xì)信息Tab.2 Detail information of samples of the copper tube

1.3 試驗(yàn)方法

采用放大鏡和體視顯微鏡觀察試樣的宏觀形貌。

采用Leitz MM6型金相顯微鏡自帶的標(biāo)尺測(cè)量焊縫附近的直管段和彎管段壁厚,測(cè)量點(diǎn)距焊縫分別約5.0,2.5,0.5 mm。在1號(hào)、2號(hào)試樣上沿銅管軸向截取若干管段鑲嵌,制成焊縫截面金相試樣進(jìn)行泄漏部位的金相檢驗(yàn)。

采用ICAP 6000型等離子體發(fā)射光譜儀、TC-500型氫分析儀和EMIA-820 V2型紅外碳硫分析儀分析銅管母材及焊縫的化學(xué)成分,依據(jù)GB/T 223.59—2008《鋼鐵及合金磷含量的測(cè)定鉍磷鉬藍(lán)分光光度法和銻磷鉬藍(lán)分光光度法》測(cè)定磷元素的含量。

使用FEI Nano400型掃描電鏡觀察銅管內(nèi)壁焊縫及熱影響區(qū)表面是否存在微孔、微裂紋等細(xì)小缺陷,并對(duì)銅管焊縫截面進(jìn)行微觀形貌觀察。利用掃描電鏡自帶的能譜儀分析相關(guān)區(qū)域的微區(qū)成分。采用FM-700型顯微硬度計(jì)測(cè)試試樣的顯微硬度。采用DMAX 1400型X射線衍射儀分析試樣的相結(jié)構(gòu)。

2 理化檢驗(yàn)

2.1 宏觀檢驗(yàn)

泄漏管段焊縫上有兩處補(bǔ)焊留下的凸起,其中一處凸起處存在銅綠。在放大鏡和體視顯微鏡下(放大30倍)觀察,外表面沒有發(fā)現(xiàn)肉眼可見的裂紋、穿孔等缺陷,泄漏點(diǎn)可能被銅綠覆蓋。

由圖4可見,銅管內(nèi)部焊縫高低不一,這與焊接質(zhì)量不佳以及多次補(bǔ)焊有關(guān)。管內(nèi)表面焊縫部位氧化膜呈磚紅色,而母材表面覆蓋著一層黑色氧化膜,在焊縫內(nèi)壁可以觀察到兩處直徑約為0.1 mm的小孔,其中一個(gè)小孔分布在彎管凸起一側(cè)(1號(hào)試樣),另一處小孔分布在彎管凹入一側(cè)(2號(hào)試樣)。

圖5為1號(hào)試樣內(nèi)表面的宏觀形貌。由圖5可見,試樣有明顯的腐蝕痕跡,周圍的二次裂紋呈巖石狀分布。

圖5 1號(hào)試樣內(nèi)表面的宏觀形貌Fig.5 Inner surface macro morphology of sample 1

圖6為1號(hào)試樣焊縫的內(nèi)表面形貌。由圖6可以看出,焊縫區(qū)表面較平坦,沒有明顯的沖刷痕跡,這與焊縫本身硬度較高有關(guān)。焊縫前后彎管和直管內(nèi)表面凹凸不平,特別是下部的直管母材上有明顯的沖刷腐蝕痕跡,表面有魚鱗狀斑紋。

圖6 1號(hào)試樣焊縫的內(nèi)表面形貌Fig.6 Inner surface morphology of the welding seam of sample 1

圖7為2號(hào)試樣的表面形貌,可見疑似泄露孔位于承插焊接頭部位,其毗鄰部位的氧化膜脫落并露出基體顏色。

圖7 2號(hào)試樣內(nèi)表面形貌Fig.7 Inner surface morphology of sample 2

2.2 壁厚檢測(cè)

失效管段主要為彎管,焊縫后殘留的直管段長(zhǎng)約為5～8 mm。直管段和彎管段壁厚的測(cè)量結(jié)果見表3。

由表3可見,彎管幾乎沒有減薄,厚度在0.79～1.0 mm。減薄主要發(fā)生在直管段,根據(jù)測(cè)厚結(jié)果,整個(gè)直管都發(fā)生不同程度的減薄,最薄處厚度僅為0.35 mm,僅為原設(shè)計(jì)厚度的1/3。直管段管壁減薄、特別是靠近焊縫處的減薄需考慮焊接脹管工藝的因素,但由于截取的直管段較短,無(wú)法對(duì)焊縫附近及正常管道的減薄情況進(jìn)行比較。

表3 管壁厚度測(cè)量結(jié)果Tab.3 Measuring results of the tube wall thickness

2.3 化學(xué)成分分析

銅管的成分是T2紫銅,對(duì)3號(hào)試樣母材的化學(xué)成分進(jìn)行了分析,結(jié)果見表4。由表4可見,母材的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)T2紫銅化學(xué)成分的要求。

表4 鋼管母材的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.4 Chemical compositions of the base metal of the copper tube（mass fraction） %

根據(jù)該電站提供的資料,焊材選用了HS201或HS202焊絲。HS201焊絲的流動(dòng)性比一般紫銅的要好,適用于氧-乙炔氣焊、氬弧焊紫銅。HS202焊絲的焊接工藝性能優(yōu)良,焊縫成型良好,力學(xué)性能較高,抗裂性能好,適用于氬弧焊、氧-乙炔氣焊紫銅。由于該銅管的生產(chǎn)時(shí)間比較久遠(yuǎn),已無(wú)法追溯到使用的焊材牌號(hào)、具體成分及焊接工藝信息等。表5列出了兩種焊材的化學(xué)成分作為參考。

表5 HS202及HS201焊絲的主要化學(xué)成分和性能Tab.5 Chemical compositions and properties of HS202 and HS201welding wires

對(duì)焊縫上的若干點(diǎn)進(jìn)行能譜分析,結(jié)果顯示焊縫上含有磷元素。而HS201焊絲不含磷,只有HS202焊絲的主要非金屬元素是磷。據(jù)此可推測(cè)這批換熱器銅管焊接使用的焊絲不可能是HS201焊絲,而應(yīng)是HS202焊絲。

2.4 金相檢驗(yàn)

2.4.1 焊縫組織

圖8為1號(hào)試樣焊縫的顯微組織形貌,下部為母材,上部為焊縫。由圖8可見:母材為退火再結(jié)晶組織;焊縫中斑紋狀基體為(α+Cu3P)共晶體,白色大塊狀物質(zhì)為初晶Cu3P,合金為過共晶組織。金屬凝固時(shí)首先析出初晶Cu3P化合物,此初晶Cu3P與共晶體中的Cu3P相連,無(wú)分界線存在。此外在焊縫上發(fā)現(xiàn)大量的氣孔,一些相鄰氣孔已經(jīng)連接在一起。

圖8 1號(hào)試樣彎管處的顯微組織形貌Fig.8 Microstructure morphology of the elbow part of sample 1

HS202焊絲磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.3%,顯微組織應(yīng)為α固溶體,即使在快冷的非平衡狀態(tài)下,最多只能形成少量(α+Cu3P)共晶體,而1號(hào)試樣焊縫中發(fā)現(xiàn)了較多的共晶體甚至初晶Cu3P,據(jù)此判斷,該批次使用的HS202焊絲的磷元素含量超標(biāo)。

2.4.2 焊縫上的氣孔

圖9為1號(hào)試樣彎管焊縫處密集分布的氣孔形貌,可見銅管的焊縫上分布著密度不均的氣孔,氣孔的直徑在0.1～0.5 mm,有些氣孔之間已經(jīng)相互連通。大量氣孔的存在表明焊后的冷卻速率很高,特別在靠近銅基體的部分氣孔更加密集,說(shuō)明此處的冷卻速率更高。

圖9 1號(hào)試樣彎管處密集分布的氣孔形貌Fig.9 Morphology of dense holes in elbow part of sample 1

觀察發(fā)現(xiàn),氣孔出現(xiàn)的位置主要是在靠近管外壁的焊縫上,特別是在銅基體附近更多,而管內(nèi)壁焊縫上的氣孔含量則較少,這與焊接時(shí)外壁的冷卻速率大于內(nèi)壁的有關(guān)。

2.4.3 1號(hào)試樣上的泄漏通道

為了找到泄漏點(diǎn),對(duì)1號(hào)試樣進(jìn)行鑲嵌,觀察其焊縫截面。在金相檢驗(yàn)的過程中,每磨去約0.1～0.2 mm就對(duì)試樣進(jìn)行拋光、侵蝕并觀察其顯微組織。通過金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在圖5中標(biāo)注的疑似泄漏孔部位發(fā)現(xiàn)了貫穿整個(gè)管壁的泄漏通道,如圖10所示。

圖10 1號(hào)試樣焊縫上的泄漏通道形貌Fig.10 Morphology of the leakage path in welding seam of sample 1

由圖10可見,銅管母材基本完好,整個(gè)泄漏通道沿焊縫發(fā)展,焊縫失效是導(dǎo)致?lián)Q熱器銅管泄漏的根本原因。泄漏通道在管道內(nèi)表面的開口寬度大于管道外表面開口寬度,因此可以判斷,失效起源于銅管內(nèi)側(cè)焊縫上的缺陷處。隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng),缺陷逐漸沿焊縫向管道外側(cè)發(fā)展,最終貫穿整個(gè)管壁引起傳熱管泄漏。

2.4.4 母材減薄部位

焊縫部位截面的金相檢驗(yàn)結(jié)果同樣顯示出母材發(fā)生了明顯的腐蝕減薄。在1號(hào)試樣直管內(nèi)側(cè)發(fā)現(xiàn)了母材被侵蝕的痕跡(圖11),腐蝕減薄深度約0.1 mm,在焊縫處,腐蝕進(jìn)一步向焊材下的母材基體發(fā)展。直管和焊縫結(jié)合部位的紫銅基體也發(fā)生了腐蝕,如圖12所示,腐蝕向母材縱深發(fā)展。該類腐蝕的共同特點(diǎn)是多發(fā)生在焊縫后直管表面,紫銅母材發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。這是由于在焊縫前后形成了湍流,較高的介質(zhì)流速對(duì)母材造成了沖刷腐蝕。

圖11 1號(hào)試樣直管內(nèi)側(cè)母材的腐蝕形貌Fig.11 Erosion morphology of base metal on inner side of the straight pipe of sample 1

圖12 1號(hào)試樣直管和焊縫結(jié)合處母材的腐蝕形貌Fig.12 Erosion morphology of base metal at the junction ofstraight pipe and welding seam of sample 1

2.5 微觀形貌觀察及能譜分析

2.5.1 1號(hào)試樣

(1)1號(hào)試樣內(nèi)壁焊縫上的小孔部位

使用放大鏡觀察1號(hào)試樣,在內(nèi)壁焊縫上發(fā)現(xiàn)一直徑為0.1～0.2 mm的小孔。利用掃描電鏡自帶的能譜儀分析小孔周圍的元素成分,能譜分析部位見圖13,分析結(jié)果見表6。能譜分析顯示,小孔周圍為覆蓋氧化膜的紫銅基體,這與宏觀觀察的結(jié)果一致。在小孔周圍觀察到一些含鐵、鈣、鎂的顆粒狀氧化物,如圖13中的部位3,這是冷卻回路中其他部件溶解的合金元素,或水中雜質(zhì)在銅管內(nèi)部的沉積物。值得注意的是,小孔和裂紋周圍磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的HS202焊絲中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.3%),有的部位甚至達(dá)到10%以上。能譜分析沒有發(fā)現(xiàn)氯、硫等腐蝕性元素。

圖13 1號(hào)試樣小孔周圍的能譜分析部位Fig.13 Energy spectrum analysis positions around the hole in sample 1

(2)1號(hào)試樣內(nèi)壁焊縫處的磷富集區(qū)域

通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),在1號(hào)試樣內(nèi)壁焊縫處散布著直徑為50～200μm的析出物,如圖14所示。對(duì)析出物及其周邊區(qū)域進(jìn)行能譜分析,結(jié)果如表7所示,可見析出物富含磷元素,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.7%。由Cu-P相圖[3]可知,磷元素含量接近此值的相為

Cu3P中間相,Cu3P為D021型金屬間化合物。

表6 1號(hào)試樣小孔周圍各點(diǎn)的能譜分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.6 Energy spectrum analysis results around the hole in sample 1（mass） %

圖14 1號(hào)試樣析出物形貌及能譜分析部位Fig.14 Precipitate morphology and energy spectrum analysis positions of sample 1

表7 析出物及其周邊區(qū)域的能譜分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.7 Energy spectrum analysis results of the precipitate and its vicinity in sample 1（mass） %

2.5.2 2號(hào)試樣

對(duì)2號(hào)試樣的焊縫截面進(jìn)行線掃描,結(jié)果如圖15所示,其中底部直線為線掃描路徑,頂部為銅含量曲線,中部為磷含量曲線。由線掃描結(jié)果可見,焊縫上磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于母材的,點(diǎn)4處磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了10%以上。

使用掃描電鏡觀察2號(hào)試樣的截面形貌,在管內(nèi)壁也發(fā)現(xiàn)了裂紋,如圖16所示。使用能譜儀對(duì)裂紋尖端區(qū)域進(jìn)行能譜分析,分析部位見圖17,分析結(jié)果見表8。該裂紋位于焊縫上,能譜分析結(jié)果顯示裂紋尖端和裂紋附近存在大量的磷元素,裂紋尖端的白色團(tuán)狀物為Cu3P。硬而脆的Cu3P將增加材料的冷脆傾向,在應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生裂紋。

圖15 2號(hào)試樣焊縫截面的線掃描結(jié)果Fig.15 Line scanning result of the welding seam section of sample 2

圖16 2號(hào)試樣內(nèi)壁焊縫上的裂紋形貌Fig.16 Morphology of cracks on the inner wall of welding seam of sample 2

圖17 2號(hào)試樣能譜分析部位Fig.17 Energy spectrum analysis positions of sample 2

表8 2號(hào)試樣的能譜分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.8 Energy spectrum analysis results of sample 2（mass）%

合格的HS202焊絲中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%,其余為銅,焊絲凝固后的顯微組織應(yīng)為磷在銅中的α固溶體,為單相組織。但根據(jù)能譜分析的結(jié)果,失效管段焊縫中的磷元素含量嚴(yán)重超標(biāo),某些區(qū)域的磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)甚至達(dá)到了15%以上,焊縫中不僅有α固溶體,還存在著Cu3P中間相。

2.6 顯微硬度測(cè)試

在2號(hào)試樣制成的截面金相試樣上對(duì)焊縫及其兩側(cè)熱影響區(qū)進(jìn)行顯微硬度測(cè)試,結(jié)果見圖18。顯微硬度測(cè)試結(jié)果表明,熱影響區(qū)硬度為58.0～66.7 HV10,焊縫硬度為105.5～118.4 HV10,可見焊縫處硬度明顯高于熱影響區(qū)硬度。這是由于焊縫處大量的磷與銅形成Cu3P金屬間化合物或含磷固溶體,使焊縫處的硬度大大提高,這也從另一角度說(shuō)明所用的焊絲有誤。

圖18 焊縫及熱影響區(qū)的硬度Fig.18 Hardness of the welding seam and heat affected zones

2.7 氧化膜成分分析

泄露管切開后發(fā)現(xiàn)管內(nèi)表面覆蓋一層黑色氧化膜,焊縫處氧化膜為磚紅色,見圖4。但在直管和彎管試樣的截面上(放大800倍)觀察不到氧化膜,這說(shuō)明該氧化膜非常薄。

利用X射線衍射分析了2號(hào)試樣內(nèi)表面(彎管處)離焊縫較遠(yuǎn)處黑色氧化膜的相結(jié)構(gòu),結(jié)果見圖19,可見黑色膜為銅基體和Cu O相。由于氧化膜較薄,Cu O的衍射峰不明顯,X射線穿過氧化膜到達(dá)銅基體,顯示出較強(qiáng)的銅基體衍射峰。

圖19 氧化膜的X射線衍射分析結(jié)果Fig.19 X-ray diffraction analysis result of the oxide film

Cu O是紫銅在純水中的常見氧化物之一,有一定的保護(hù)作用[4]。在沒有其他因素影響的情況下, Cu O的溶解度決定了回路中的銅離子含量[5-7]。Cu O的溶解度受p H、溫度、溶解氧含量和電導(dǎo)率的影響,在p H為7的除鹽水中,Cu O溶解度約為10.9 mol·L—1(銅 離 子 質(zhì) 量 濃 度 約 為0.063 5 mg·L—1)[5]。

3 分析與討論

焊縫中存在大量的氣孔,觀察發(fā)現(xiàn),氣孔出現(xiàn)的位置主要是在靠近銅管外壁的焊縫上,特別在銅基體附近更多,而管內(nèi)壁焊縫上的氣孔含量則較少,這與焊接時(shí)外壁冷卻速率高于內(nèi)壁的有關(guān)。大量氣孔的存在為微裂紋的發(fā)展提供了方便,微裂紋很容易穿過這些氣孔而快速發(fā)展,直至形成貫穿管壁的泄漏通道而導(dǎo)致銅管的最終失效。紫銅管焊接采用了氣焊,也有利于氣孔的產(chǎn)生。

失效管段焊縫上磷元素含量嚴(yán)重超標(biāo),造成焊縫上不僅有α固溶體,還存在著Cu3P脆性中間相,破壞了焊縫的連續(xù)性。且銅的導(dǎo)熱能力強(qiáng),熔合區(qū)冷卻速率很高,合金迅速凝固,不易形成平衡組織,析出Cu3P中間相時(shí)來(lái)不及和其附近的基體相協(xié)調(diào)變形而產(chǎn)生晶格畸變,進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。在應(yīng)力和脆性Cu3P中間相的共同作用下,容易沿焊縫產(chǎn)生冷脆微裂紋。在介質(zhì)的沖刷下,較軟的α固溶體率先被沖刷走,沖刷到一定程度后較硬的Cu3P相由于缺乏支撐也被整體沖走,從而形成凹坑。在高速流動(dòng)介質(zhì)的不斷作用下,焊縫上逐漸被沖刷出一定深度的凹槽。凹槽中容易積聚介質(zhì)中的有害離子,使抗腐蝕性能較差的雙相合金更容易受到腐蝕,造成凹槽進(jìn)一步發(fā)展成微裂紋而向焊縫深處發(fā)展。

4 結(jié)論

綜合以上分析,換熱器銅管泄漏的主要原因有兩點(diǎn):一是焊接質(zhì)量差導(dǎo)致焊縫中出現(xiàn)大量氣孔;二是焊絲原材料質(zhì)量控制不嚴(yán),導(dǎo)致焊縫中磷元素偏聚成Cu3P中間相,嚴(yán)重?fù)p害了焊縫質(zhì)量。焊縫中的氣孔和Cu3P中間相,在經(jīng)受沖刷和腐蝕時(shí)成為了形成泄露的通道,最終導(dǎo)致了換熱器銅管的泄漏。

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Analysis on Leakage Reasons of the Heat Transfer Tube of Cooling System of the Nuclear Island Facility in a Power Station

WANG Hao,WEI Guang-qiang,XU Qi
(Science and Technology on Reactor Fuel and Materials Laboratory,Nuclear Power Institute of China,Chengdu 610213,China)

In a power station,leakage failure occurred to a heat transfer tube of the nuclear island cooling system frequently.The leaked heat transfer tube was made up of red copper,and the leak points lay on the welding seam between the elbow tube and straight tube.The leakage reasons were studied by chemical composition analysis, metallographic examination,electron microscope and energy spectrum analysis,X-ray diffraction analysis and so on.The results show that:the basic metal of the copper tube didn't suffer damage;the leakage path developed alone the welding seam,and the width of the leakage path in the inner tube was wider than that in the outer tube;the failure was originated from the defect of the welding seam in inner tube;the excess of phosphorous resulted in the defect in the welding seam,and plenty of bubbles existed in the welding seam,which were the main reasons of the leakage.

cooling system;heat transfer tube;red copper;welding seam;leakage

TG115.2

:B

:1001-4012(2017)01-0051-07

10.11973/lhjy-wl201701012

2016-03-15

王浩(1985—),男,碩士,主要從事核結(jié)構(gòu)材料研發(fā)及應(yīng)用研究,wanghao1224＠qq.com。