核电站20MN5M碳钢铸件阀门焊接工艺评定实施分析

沈智友

内容摘要：本文主要介绍核电站安装使用的材质为20MN5M碳钢铸件的阀门，由于材质的特殊性，优先选用该材质材料进行焊接工艺评定的制作，对评定试验结果进行分析，得出由于20MN5M母材性能不满足焊接工艺评定要求的结论，最终重新选择A105和A106GR.C母材，完成阀门焊接工艺评定。

关键词：碳钢铸件  焊接工艺评定 不合格 分析 母材缺陷

引言：

核电安装现场出现材质为20MN5M碳钢铸件阀门，该材质材料最小抗拉强度为Rm≥485Mpa，常规焊接工艺评定无法覆盖，需对此材料进行专项焊接工艺评定，实施过程中，由于出现不满足技术要求的結果，经过原因分析、采取合理的方法，使阀门焊接工艺评定顺利完成。

1焊接工艺评定的规划及实施

涉及材质20MN5M阀门的焊口为对接焊缝，母材组合主要有20MN5M+A106GR.B、20MN5M+P265GH、20MN5M+P280GH、20MN5M+TP304L等，根据《RCCM  M1112  1、2、3级设备用承压碳钢铸件》确认20MN5M材质为碳钢铸件，最小抗拉强度Rm≥485Mpa，现场常规材料最小抗拉强度Rm≥470 Mpa，需对20MN5M材料实施专项焊接工艺评定的规划、制作。

选择20MN5M材料实施阀门专项焊接工艺评定，项目清单及实施情况，详见如下表1：

2）实施结果

根据试验结果，有5项阀门专项焊接工艺评定试验不合格，根据试验情况，所有不合格试验均指向母材问题，重新对20MN5M母材进行采购，对WPQR-03、WPQR-04、WPQR-05进行第二次制作，实施结果仍为不合格，详见表1。

2实施分析

根据评定试验结果，针对碳钢铸件20MN5M母材焊接工艺评定实施进行如下分析：

1）焊接操作人员

焊接工艺评定的试件焊接均是选择技能熟练的焊接操作人员。

2）焊接材料

上述7项焊接工艺评定所用的焊接材料使用前按照技术规格书的要求实施焊材验收试验，未出现力学试验不合格的情况。

3）焊接工艺

所选择成熟焊接工艺，根据焊接工艺评定的试验结果，焊缝接头试验均满足技术文件要求。

4）母材

此次7项阀门焊接工艺评定均使用到材质为20MN5M母材，对该材料的分析见如下：

根据20MN5M/Φ168.3×14.27焊接工艺评定不合格弯曲试样，缺陷位于20MN5M侧母材热影响区以及母材区。

母材为20MN5M/Φ250.9×26.95焊接工艺评定，横向拉伸不合格，断裂在母材上，热影响区2个冲击低于单个最小值，冲击缺口位于20MN5M母材。

母材为Z2CN18.10+20MN5M/Φ21.3×4.78焊接工艺评定，横向拉伸试验不合格，断裂位置均位于在20MN5M母材侧上。

核实20MN5M母材生产标准《RCCM  M1112  1、2、3级设备用承压碳钢铸件》发现，对于20MN5M母材在标准中无弯曲性能的要求。

碳钢铸件材料特性多疏松、气孔、夹渣等内部缺陷，易导致评定理化试验不满足焊接工艺评定的要求。

终上所述，碳钢铸件20MN5M母材性能不满足焊接工艺评定的要求。

3解决措施

为避免焊接工艺评定再次出现上述问题，重新选择母材实施焊接工艺评定覆盖20MN5M焊口，重新选择的母材需满足如下条件：

1）母材制造形式为轧件或锻件，评定结果良好，没有出现由于母材原因导致试验不合格的情况，可优先选择;

2）标准规定碳钢母材最小抗拉强度在（Rm-60）Mpa～Rm之间可以等效，20MN5M材质最小抗拉强度为Rm≥485Mpa，选择的母材最小抗拉强度为485～545Mpa碳钢;

3）要求选择市场占有量大、易于采购的材料;

4）可选择A105和A106GR.C母材重新实施阀门焊接工艺评定，根据评定结果，所有试验均满足技术要求。

4结论

通过对影响阀门焊接工艺评定结果的各个因素进行分析，可以得出如下结论：

1）母材选择是焊接工艺评定制作的重要环节，材料性能直接影响试验结果;

2）焊接工艺评定规划阶段，应提前分析选择的母材性能;

3）材质为20MN5M母材由于材料制造无弯曲性能要求，试验结果具有随机性，不满足焊接工艺评定的制作;

4）材质为A105和A106GR.C母材，其性能满足焊接工艺评定试验要求，适用于阀门焊接工艺评定的制作。

参考文献：

[1]0426AT0048  碳钢、低合金钢焊接工艺评定

[2]0426AT0073  异种钢焊接工艺评定

[3]RCC-M 压水堆核岛机械设备设计和建造规则（2000版+2002补遗）（S册）

[4]RCCM  M1112  1、2、3级设备用承压碳钢铸件