Диссертация (Разработка технологических основ электрошлаковой сварки чистых корпусных сталей АЭС), страница 3

Несплошности имелихарактерный вид «ѐлочки» и располагались в центральной части шва на глубине120 мм, Рисунок 1.5.16Рисунок 1.5. Участок шва (указано стрелкой) с кристаллизационнымитрещинами, карты №№ 2, 3, ЦД – контроль, глубина выборки – 120 мм, 1хФрактографическим анализом установлен типичный «горячий» дендритный рельеф на поверхностях несплошностей (Рисунок 1.6).АБРисунок 1.6. Кристаллизационные трещины в шве пробы к днищу № 2А – общий вид трещины, 160х, МРСАБ – рост сульфидного дендрита на берегах трещины, 500х, МРСАВ ЭШ швах ГКТ связаны с высоким значением коэффициента формы шва = Вш / Lмв, где Вш – ширина шва, Lмв – глубина металлической ванны. При < 1 ГКТ практически всегда присутствуют в металле шва [9], что объясняетсябольшим углом смыкания кристаллитов, стремящимся к 180 0.. Неудовлетворительная форма металлической ванны была связана с тремя факторами:- высокая удельная тепловая электрическая мощность, выделяемая вшлаковой ванне при сварке на постоянном токе тремя электродами;17- значительная температура предварительного подогрева - 250 0С;- повышение скорости сварки на ряде участков стыка до 0,7 м/ч посравнению с рекомендуемой 0,5…0,6 м/ч.В дальнейшем с целью радикального снижения тепловложения былиприняты следующие меры:- ЭШС проводилась по двухэлектродной схеме с колебаниями в зазоре;- температура предварительного подогрева была снижена до 150…200 0С;Предложенных мер оказалось достаточно для полного устранения ГКТ вЭШ швах, начиная с днища № 5.

Недопустимые дефекты в нѐм не былиобнаружены как при РГК (заключение № 434 от 30.06.83 г.), так и УЗК(заключение № 1148 от 21.06.83). Однако факультативным УЗК на повышеннойчувствительности искателями на 2 МГц с углом ввода ультразвука 450 к оси швабыли выявлены очень мелкие отражатели с эквивалентной площадью ≈ 1…4 мм2на глубинах 32… 75 мм, которые располагались поперѐк шва вдоль линиисплавления. На темплете, вырезанном в продольном направлении из замыкающего участка шва, данные отражатели были идентифицированы как надрывы посульфидным строчкам, что подтверждалось ВИК и МПД. Такой вид дефектностиявляется типичным для листового металла мартеновской выплавки.Есть и другая характерная особенность листовой стали 15Х2НМФАмартеновской выплавки. Часто основной и шовный металл «проваливались» прииспытаниях механических свойств по прочности (σВ), а чаще по температурномупорогу хладноломкости (tК0).

Например, пробы к днищу № 2 показалиtК0 =0…+10 0С при норме в -10 0С. Одна из листовых заготовок днища №3 в состояниипоставки имела tК0 = +20 0С, а при испытаниях сварной контрольной пробы кднищу №5 tК0 упал до + 50…+20 0С. Всѐ это в итоге приводило к дополнительнойдорогостоящей термообработке и браку.С целью улучшения комплекса механических свойств мартеновскаяреакторная сталь была постепенно переведена на дополнительную обработкув УВРВ (установка внепечного рафинирования и вакуумирования), что снялопроблемы с механическими сдаточными свойствами.18Сборка карты под днище № 6 была осуществлена из листов мартеновской(104527-35454) и УВРВ - выплавки (180834-42459), Приложение Г.

Полныемеханические свойства листовых заготовок приведены в Приложении Д. Режимсварки такой же, как для днища № 5, за исключением температурыпредварительного подогрева, которая была повышена до 225…230 0С.После сварки и отпуска шов был разбит на 22 участка 9, (Рис. 1.7) подРГК.Рисунок 1.7. Стандартное разбиение сварного соединения карт днищна 22 участка контроля (6-1, 6-2…6-22, 6 –№ днища)19При дефектации недопустимых дефектов в пределах круглой заготовкиднища не выявлено. За пределами круга в начале участка 6-1 и в конце 6-22почернения на рентгеновской плѐнке были идентифицированы как недопустимыешлаковые включения (непровары).

После штамповки и термообработки днища научастке 6-10 выявлена продольная трещина длиной ≈ 210 мм, а на участках 618…6-22 – сплошная длиной ≈ 1000 мм. В то же время УЗК на обычнойчувствительности недопустимых дефектов не обнаружено. При контроле наповышенной чувствительности фиксировались плоскостные отражатели научастках 6-18…6-22 с эквивалентной площадью Sэкв сигналов от 1 до 5 мм2 сглубиной залегания от наружной поверхности 50…110 мм.

На участках 6-11…617 также выявлены отражатели с аналогичными коэффициентами формыотражѐнных эхо-сигналов с Sэкв = 1…3 мм2 при глубине залегания 65…110 мм.По результатам контроля днище № 6 было забраковано по причиненаличия скоплений трещин в зоне сплавления со стороны листа основногометалла пл.п. 180834 – 42459 УВРВ – выплавки.Последовало много предположений по поводу разницы в технологическойсвариваемости одной и той же стали, но выплавленной разными методами (УВРВи мартен).

Например, не исключался вариант образования трещин на стадииштамповки, снятия напряжений или улучшения свойств изделия (Рис.1.8).Однако,сваркаследующегообнаруживались на стадииднищазав.№7показала,после ЭШС и последующейтермообработки. Карта под сварку былачтодефектыпослесварочнойсобрана из листов УВРВ-выплавки,Приложение А, по режиму, указанному в Приложении Б.Общая продолжительность процесса сварки составила 13, 35 ч, тогда какзаготовка для днища зав. № 2 (трѐхэлектродная сварка) была выполнена за 8,5 ч.Средняя скорость сварки по высоте стыка была в пределах 0,40…0,50 м/ч.При РГД карты после отпуска индикации недопустимых размеров былиобнаружены на пяти участках из 22. Также, как и в карте зав.

№ 6, они сначалабыли классифицированы как зашлакованные непровары протяжѐнностью от 350до 500 в разных участках карты.20АБРисунок 1.8. Режим термообработки карт днищ после сварки и отпускаА – нагрев под штамповку + штамповка + отпускБ - нормализация + отпуск + улучшениеПо результатам УЗК был выявлен недопустимый дефект с Sэкв = 16 мм2,глубина залегания 90 мм, участок 7-14 (Рис.1.7).

После срезки кармана ивыводных планок были зачищены торцовые поверхности карты на всю толщинусварного соединения. После макротравления со стороны кармана были21обнаруженыпротяжѐнныетрещины,повторяющиелиниюсплавления.Повторным УЗК на повышенной чувствительности практически вдоль всего шваобнаружены отражатели Sэкв от 0,8 до 5…6 мм2 при глубине залегания 70 – 150мм.

Коэффициент формы дефектов – отрицательный. После разрезки заготовкибыли установлены точное месторасположение и первичные морфологическиепризнаки трещин (Рис.1.11), которые однозначно повторяли линию сплавленияРисунок 1.9. Карта днища корпуса реактора зав. №7,трещина по линии сплавления на участке 7-14, х1,тѐмное пятно (указано стрелкой) вокруг трещины – растрав22в срединной части листа. Установлено, что коэффициент формы шва находилсяв пределах  = 2,5…2,7, а доля участия основного металла в металле швасоставляла от 48 до 51%, т.е. фактически половину.

Другие результатыисследований по днищу №7 приведены в главе 5.Повреждаемость и, как следствие, межзѐренные трещины вдоль линиисплавления наблюдались только со стороны одной из листовых УВРВ заготовок(пл.-пр. 180933 - 49859). В ОШЗ со стороны второго листа УВРВ выплавки (пл.пр. 190860 - 51190) не было обнаружено ни одного дефекта (Рисунок 1.9), вдольвсего шва, чтоуказывает на сильное влияние металлургического фактора. Вчастности, в таблице Приложения А приведены значения известного соотношенияМn/S.Хотя содержание серы в стали 15Х2НМФА считалось сравнительно низким(< 0,020 вес.%), отрицательное еѐ воздействие усиливается благодаря высокойраскисленности УВРВ-металла при фактическом содержании Мn = 0,4…0,5вес.%. Марочная полоса стали 15Х2НМФА по химическому составу предполагаетсодержание Mn = 0,4…0,6 %.На сборке днища корпуса реактора зав.

№ 8 произошло хрупкое разрушениелистовой заготовки перед сваркой (Рисунок 1.10). Трещина, имевшая длину около400 мм, возникла в процессе предварительного нагрева под сварку из угловоговыреза контрольной пробы. Проба вырезалась газокислородным способом передсборкой карты из листовой заготовки пл. – прокат 190966 - 57101, Приложение А.Как следует из маркировки листовая заготовка была получена из стали15Х2НМФА, прошедшей внепечное рафинирование и вакуумирование.Размеры карты – высота Н = 5855 мм, ширина В = 5955 мм, толщина – 250мм. Количество скоб жѐсткости – десять, толщина скобы – 85 мм, Рис.

1.10.Сварочные материалы: проволока Св16Х2НМФГА, Ǿ 3 мм, флюс – 48-ОФ-6.Режим сварки: сварка двумя электродами с колебаниями, расстояниемежду электродами - 140 ± 5 мм, количество колебаний электродов – 20 мин-1,ток (J) через электроды – 450 А, напряжение (U) сварки – 48 В. Сваркапроводилась на постоянном токе обратной полярности. Сборка сварочного23зазора – на клин 34 ± 2/48± 2 мм. Скорость подачи сварочной проволоки –200…210 м/ч, глубина шлаковой ванны – 40…50 мм.Рисунок 1.10. Возникновение макротрещины под действием термическихнапряжений от технологического концентратора, карта днища № 8Фрактографическим анализом было показано, что разрушение произошлоотрывом, т.е.

под воздействием нормальных растягивающих напряжений,24сформированныхассиметричнойсхемойрасположенияцентральногоибокового поясов нагревательных элементов. Поскольку было принято решениео дальнейшей сварке днища, то вершина трещины была засверлена на всютолщину листа. Тем не менее, в самом начале сварки трещина началараскрываться под воздействием сварочных напряжений, раздвоилась и пошла вобход сверления пока не «завязла» в области напряжений сжатия в областилиста подогретого до температуры 170…180 0С.При экспертном исследовании на темплете, вырезанном из места стартамакротрещины, были выявлены трещины, которые образовались под воздействием термического цикла кислородно-разделительной резки (КРР) в основномметалле (Рисунок 1.11).

Одна из них привела к развитию макротрещины подвоздействием термических напряжений при предварительном нагреве подсварку.Рисунок 1.11. Трещины от технологического концентратора после КРР, сталь15Х2НМФА, х250. Тонкая стрелка – место старта макротрещины, толстая –направление распространения макротрещиныКонцентраторы в виде небольших трещин (Рисунок 1.13), возникли в ЗТВ отгазокислородной вырезки контрольных проб из листа перед сборкой карты под25ЭШС.