楊在青，王振星，李冠軍，聶玉清

（上海核工程研究設計院有限公司，上海 200233）

三代核電建造過程中，國內很多的制造廠參與設備制造活動，在制造過程中有時會存在一些問題，長時間難以得到解決，對設備的交付進度造成了很大的影響。為了保障設備交付的質量，以及滿足核電建造的需要，設備采購方針對此類情況會積極協(xié)調設計院、制造廠進行溝通交流，適時進行幫扶指導，推動質量問題的順利解決。

1 概述

國內某制造廠在承制三代核電某型貫穿件鍛件的過程中，落錘試驗出現較多無效的情況，需重新取樣進行再次試驗。貫穿件鍛件設備材料牌號為SA-336 F22 CL.3。

2 試驗執(zhí)行情況核查及無效原因分析

在質量問題發(fā)生后，對該制造廠所承制的三代核電某型鍛件落錘試驗的情況進行了梳理，發(fā)現SA-336 F22 CL.3材料的鍛件基本都存在無效的情況。設計院批準的此類貫穿件鍛件試驗方案為進行通過性試驗，即在確定的溫度對每個位置2個落錘試樣進行落錘試驗,2個均未斷裂視為合格。

2.1 試驗執(zhí)行情況核查

對制造廠落錘試樣制備到試驗執(zhí)行過程進行了核查，未發(fā)現明顯不符合規(guī)范的情況：落錘試驗按照ASTM E208-1991，選擇P3試樣，落錘沖擊能量按照產品實際屈服強度的數值對應ASTM E208-1991表來選擇。裂紋源焊材選用D127(EDPMn4-15)為低合金鋼堆焊焊條(GB/T984-2001)，為制造廠多年來一直使用的焊材。

2.2 無效原因分析

初步分析試驗無效可能是因為落錘試驗按照ASTM E208-1991表1確定的標準沖擊能量不夠。檢查了無效試樣與試驗機底座的接觸情況，發(fā)現存在接觸痕跡，說明不能滿足標準中增加沖擊能量的條件。

3 工藝試驗的開展

3.1 焊材工藝試驗（采用45Mn材料）

制造廠采用45Mn材料執(zhí)行了對所用裂紋源焊材D127（EDPMn4-15, Φ4.0，批號：17721301）的工藝試驗，試驗情況如下：

3.1.1 試樣的制備情況

共準備10件P2試樣，焊接6件,其他4件備用。本次焊材焊接前未進行烘干處理（采用其他廠家的常規(guī)做法），試樣1、2、3采用電流180A, 試樣4、5、6采用電流190A。采用銅模板，試樣在水箱中進行焊接。

3.1.2 試驗過程

試驗依據ASTM E208-1991，試驗溫度為室溫25℃（注明：各方認可按照SA-336 F22 CL.3材料來選定工藝試驗溫度，根據之前對標準的理解，焊材工藝試驗溫度應為TNDT溫度以上55℃，按照已經設計院批準的試驗方案，SA-336 F22 CL.3材料最低的TNDT溫度為-33℃，故試驗溫度需高于22℃）,沖擊能量根據實際屈服強度的數值選擇350J（之前已通過拉伸試驗得出這批45Mn試料的屈服強度為329MPa）。

試驗結果：試樣2、6開裂，其他試樣斷裂，未出現無效試樣。

3.1.3 試驗結果分析及后續(xù)計劃

本次落錘試樣的制作工藝及試驗過程與之前產品試驗所用工藝基本相同，除了試料材質差異（材料采用45Mn，未進行模擬焊后熱處理）、試樣形式差異（工藝試驗P2試樣，試樣產品P3試樣）、焊材未進行烘干處理以及增加了采用190A電流的3個試樣，未出現無效試樣，基本可以排除焊接電流等因素對試驗結果的影響。

其后用備用試料又補充制作了2件試件（采用焊條350℃烘干1h，分別為7#、8#試樣），試驗結果為7#試樣開裂，8#試樣斷裂，基本可以排除焊材烘干對試驗結果的影響。各方據此初步認可了制造廠所用庫存焊材的選擇及焊接工藝的可行性，同意制造廠可按降溫方案進行產品工藝試驗。

3.2 產品工藝試驗（降溫方案）

3.2.1 試樣的制備情況檢查

制造廠選取試料充足的1件SA-336 F22 CL.3材料鍛件兩端頭取樣進行了試驗，每個位置準備8件P3試樣，焊材為所用庫存D127焊材（EDPMn4-15，Φ4.0，批號：17721301）。試料模擬焊后熱處理參數與正式試驗時相同，焊前焊材350℃烘干1h，電流180A。采用銅模板，試樣在水箱中進行焊接。

3.2.2 試驗過程

試驗依據ASTM E208-1991，沖擊能量根據產品實際屈服強度的數值選擇400J，溫度保溫45min。

（1）原溫度試驗。2個位置各取1件按經設計院批準的試驗方案規(guī)定的溫度-10℃進行試驗；結果：2件均無效。

（2）降低20℃試驗。2個位置各取1件在-30℃進行試驗；結果：2件均無效。

（3）再降低15℃試驗。2個位置各取2件在-45℃進行試驗；結果：T端1件開裂，1件斷裂；B端2件均開裂（合格）。

（4）T端升高5℃試驗。T端在-40℃進行試驗，結果：一共打了4件，第1件無效，第2件開裂，第3件無效，第4件開裂（T端有2件開裂，合格）。

3.2.3 試驗結果分析及后續(xù)計劃

本次工藝試驗在原規(guī)定溫度進行落錘試驗仍然無效，通過降低溫度進行試驗最終取得了有效結果，但是試驗過程中還是出現了2件無效。

3.3 對工藝試驗試樣進行金相分析

制造廠隨機抽取了已完成試驗的SA-336 F22 CL.3（不合格、無效、合格）和45Mn（合格、不合格）材料落錘工藝試驗試樣各一件進行了金相分析（宏觀金相、微觀金相），得出的結論是：同種材料不同試驗結果的落錘試樣金相組織沒有明顯差別，焊縫組織較細，無明顯脆性組織；其后，制造廠又補充對之前SA-350 LF2 CL.1材料落錘試驗合格的一件試樣進行了金相分析，也未發(fā)現明顯脆性組織。

3.4 焊材工藝試驗（使用SA-336 F22 CL.3材料做為試料）的執(zhí)行

3.4.1 試樣的制備情況檢查

選取試料充足的1件SA-336 F22 CL.3材料鍛件取樣進行了試驗，準備8件試樣，其中4件P2試樣（制造廠焊接、試驗），焊材為庫存D127焊材（EDPMn4-15），Φ4.0，批號：17721301；4件P3試樣（試料模擬焊后熱處理后提供給第三方制造廠用自用焊材焊接、試驗）。8件試料同爐進行模擬焊后熱處理，參數與正式試驗時相同。

3.4.2 試驗過程及結果分析

試驗溫度為10℃（根據前期工藝試驗的結果，各方一致認為SA-336 F22 CL.3材料的TNDT溫度應該在-45℃，焊材工藝試驗溫度應為TNDT溫度以上55℃，所以試驗溫度確定為10℃）,沖擊能量根據產品實際屈服強度的數值選擇400J。試驗結果：4件P2試樣均無效。

對已完成試驗的4件P2試樣進行了觀察，確認無明顯與底座接觸的痕跡；對試驗機底座尺寸進行了復測，未發(fā)現問題；在這4件P2試樣中隨機選取2件再次進行落錘沖擊，試驗溫度為常溫（32℃左右），其中1件沖擊能量增加68J，另一件增加136J，結果為：試樣表面有明顯與底座接觸痕跡，但是，試驗結果仍舊無效。

3.5 工藝試驗（制造廠提供試料，第三方制造廠用自用焊材焊接、試驗）執(zhí)行

3.5.1 試樣的制備情況檢查

4件P3試樣由制造廠提供，試件情況見3.4.1章節(jié)；裂紋源焊材為第三方制造廠自用CHR127焊材（EDPMn4-15，φ5.0），批號：158054；本次焊接由第三方制造廠經驗相對豐富的焊工施焊，焊接參數滿足制造廠落錘試樣焊接工藝規(guī)程的要求，焊前焊材350℃烘干1h，電流190～195A。采取逐件制作試樣，共制作2件試樣，剩余2件備用。

3.5.2 試驗過程

試驗依據ASTM E208-1991，按照設計院批準的產品試驗方案，試驗溫度為-10℃，保溫45min，沖擊能量根據產品實際屈服強度的數值選擇400J。試驗結果：2件試樣焊縫均開裂，試驗有效。

3.5.3 試驗結果分析及后續(xù)計劃

各方據此認為，制造廠所用庫存焊材存在問題的可能性較大，建議進行雙向對比試驗，即由第三方制造廠提供自用焊材給制造廠進行試驗，同時，由制造廠提供所用庫存焊材給第三方制造廠（使用制造廠提供的剩余2件P3試樣）進行試驗。

3.6 工藝試驗（制造廠提供試料及庫存焊材，第三方制造廠焊接、試驗）執(zhí)行

3.6.1 試樣的制備情況檢查

試樣為章節(jié)3.5.1備用的2件P3試樣；焊材為制造廠提供的庫存D127焊材D127（EDPMn4-15,Φ4.0，批號：17721301）；由第三方制造廠經驗相對豐富的焊工施焊，焊接參數滿足制造廠落錘試樣焊接工藝規(guī)程的要求，焊前焊材350℃烘干1h，電流180～185A。

3.6.2 試驗過程及結果

試驗依據ASTM E208-1991，按照設計院批復的產品試驗方案，試驗溫度為-10℃，保溫45min，沖擊能量根據產品實際屈服強度的數值選擇400J。僅對1件試樣進行了試驗，另一件備用。同時，對制造廠提供的一件已制備好的SA-336 F22 CL.3材料落錘試樣進行了試驗。試驗結果：2件均無效。

3.7 工藝試驗（由制造廠用第三方制造廠焊材焊接、試驗）的執(zhí)行。

3.7.1 試樣制備情況檢查

焊材由第三方制造廠提供，CHR127焊材（EDPMn4-15），φ5.0，批號：158054。

制作2件試件，試料取自1件試料充足SA-336 F22 CL.3材料鍛件，模擬焊后熱處理參數與正式試驗時相同。試樣水箱中焊接，焊前焊材350℃烘干1h，電流190A。

3.7.2 試驗過程及結果

試驗依據ASTM E208-1991，按照設計院批準的產品試驗方案，試驗溫度為-10℃，保溫45min，沖擊能量根據產品實際屈服強度的數值選擇400J。結果：2件試樣試驗結果均有效。

3.7.3 試驗結果分析及后續(xù)計劃

根據以上已完成的工藝試驗結果，各方一致認為：落錘試驗無效的原因為制造廠之前所使用的庫存焊材與SA-336 F22 CL.3材料不匹配，建議制造廠立即重新采購焊材并在使用前進行焊材工藝試驗。

4 新購焊材的工藝試驗

4.1 試樣的制備情況檢查

準備3件P2試樣，裂紋源焊材為新購的CHR127焊材（EDPMn4-15），φ4.0， 批 號：178018； 試 料 取 自 1件試料充足的SA-336 F22 CL.3材料鍛件，制作工藝同章節(jié)3.2.1，試樣加工后尺寸滿足ASTM E208-1991中P2試樣的要求。

4.2 試驗過程及結果

試驗依據ASTM E208-1991，沖擊能量根據實際屈服強度的數值選擇400J，焊材工藝試驗溫度為10℃，保溫45min。結果：3件均開裂，有效。

4.3 試驗結果總結及后續(xù)措施

針對新購焊材的焊材工藝試驗，試驗結果為3件試樣均開裂，滿足標準要求。通過所完成的一系列工藝試驗，各方認為已確定了之前落錘試驗無效的原因為制造廠所用庫存焊材與SA-336 F22 CL.3材料不匹配，新購焊材工藝試驗能夠滿足標準要求，可用于產品落錘試驗。

5 結語

經過大量的工藝試驗，最后證明是制造廠所用裂紋源焊材與產品材料不匹配，雖然所用焊材牌號為國內制造廠普遍采用，原材料質量證明文件、入廠驗收也符合要求，但是，因為焊材生產廠家不同，焊材性能可能會存在一定差異。

對新材料產品或者采用新廠商生產的焊材，建議制造廠在開始使用時或者出現無效的情況后，按照標準進行焊材工藝試驗，以驗證裂紋源焊材與產品材料的匹配性。