田湾核电站发现八条缺陷焊缝，事件还原

6月12日，国家核安全局官网显示，5月4日，田湾核电站1号机组换料大修期间，机组处于冷停堆状态。营运单位在对低压安注系统焊缝进行渗透在役检查时，发现低压安注系统其中一条管道焊缝存在渗透线性显示，按照在役检查验收准则，为超标缺陷。

发现缺陷后，营运单位按照在役检查大纲要求，对1号机组所有同种类型焊缝进行渗透扩检，共检查367条焊缝，累计发现8条焊缝存在超标缺陷显示，焊缝均位于低压安注系统上。

事件发生后，相关公司开展了原因分析，初步判断本事件原因为焊接热裂纹，是在工厂制造过程中产生并在运行过程中逐渐扩展被检出。

之后，该公司编制了《田湾核电站低压安注系统管道焊缝补焊工艺方案》，并按方案开展缺陷处理。

焊接热裂纹是如何形成的?

该事件中，所幸反应堆各道屏障完整，无放射性物质对外释放，但焊接热裂纹却不得不引起重视。

热裂纹又叫“结晶裂纹”。焊接过程中，由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹。

热裂纹的产生示意图

此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开。总之，热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。

如何预防焊接热裂纹?

热裂纹形成的影响因素很多，因此想要预防，需要从选材及焊接工艺入手。

1、选材

焊缝金属中的C、S、P含量越高，特别是S含量高时，越容易形成热裂纹。

碳钢和低合金钢由于含碳当量低，且含有对防热裂纹有利的Mn，故这类钢的热裂倾向均较小，一般不会产生热裂纹。但当钢的成分不均，偏析严重而使局部C、S、P含量过高，或焊接材料中S、P杂质偏高时，焊缝金属中有可能产生热裂纹。实际生产中曾经出现过这样的情况，后经严格限制S、P才得以防止。

焊接热裂纹

2、焊接工艺

工艺因素方面工艺方面主要是焊接规范、预热、接头形式和焊接顺序等，用工艺方法主要是改善焊接时的应力从而防止结晶裂纹。

焊接工艺及规范

经过实践证明，适当增加焊接线能量和提高预热温度，可以减小焊缝金属的应变率，从而降低结晶裂纹的倾向。

接头形式

焊接接头形式不同，将影响接头的受力状态，结晶条件和热的分布等，因而结晶裂纹的倾向也不同，在设计和施工时应特别注意，如表面堆焊和熔深较浅的对接焊缝抗裂性较高，熔深较大的对接和各种角接、搭接、t型接头和外角接焊缝抗裂性较差，因为这些焊缝所承受得应力正好作用在焊缝的结晶面上，而这个面是晶粒之间联系较差，杂质聚集的地方，故易于引起裂纹。

对于厚板焊接结构，施工时常用多层焊，裂纹倾向比单层焊有所缓和，但对各层的熔深应注意控制。

焊接技术

接头处尽量避免应力集中(错边、咬肉、未焊透等)，也是降低裂纹倾向的有效方法。

焊接次序

施工时焊接次序是很重要的，同样的焊接方法和焊接材料，焊接次序不同，具有不同的结晶裂纹倾向。

总的原则是尽量使大多数焊缝能在较小刚度条件下焊接，使焊缝的受力较小。例如，锅炉板与管束的焊接，采用同心圆式和平行线式都不利于应力疏散，只有采用放射交叉式的焊接次序才能分散应力。

在一般情况下，尽可能采用对称施焊，以利分散应力，减小裂纹倾向。

数字化仿真 让工艺缺陷可防可控

由上文可见，预防焊接热裂纹，很大程度上要依赖工艺措施的改进。在这方面，通过数字化仿真，工艺上的缺陷是可仿可防的：基于工艺过程可视化物理模型建立工艺与质量的因果模型，在工艺系统级及参数级进行多学科复合优化，从而提高工艺可靠性。

仿真过程中，还可结合应力检测得出的数据，分析哪个工艺环节导致应力集中，并对此制定可靠的工艺流程，优化工艺方案。相较于试错式工艺改进的一次次实物实验，基于CAE仿真技术的工艺优化方法更高效、更经济。

(北京翔博科技焊接工艺仿真服务)