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不銹鋼焊接構(gòu)件的振動(dòng)時(shí)效與熱時(shí)效工藝分析

摘要：采用振動(dòng)時(shí)效(VSR)和熱時(shí)效兩種方法對(duì)核電堆內(nèi)構(gòu)件304L不銹鋼方形筒體(控制棒導(dǎo)向筒)進(jìn)行焊后去應(yīng)力處理。通過(guò)對(duì)殘余應(yīng)力和工藝變形測(cè)定，表明這兩種方法都可達(dá)到期望的技術(shù)要求。對(duì)振動(dòng)時(shí)效的機(jī)理及動(dòng)應(yīng)力對(duì)去應(yīng)力效果的影響作了較詳細(xì)的介紹，并對(duì)兩種工藝進(jìn)行了比較。 天津多功能振動(dòng)時(shí)效設(shè)備 振動(dòng)時(shí)效儀 

1 前言  

核電堆內(nèi)構(gòu)件方形筒體即控制棒導(dǎo)向筒(見(jiàn)圖1)，是核反應(yīng)堆內(nèi)尺寸精度要求最高的焊接構(gòu)件。母材為304L超低碳不銹鋼。它由9塊多孔法蘭板、8根雙孔管、8根C形管及2個(gè)半方管外包殼，通過(guò)真空電子束焊及手工氬弧焊組成一體，構(gòu)成有24個(gè)導(dǎo)向孔系的高精度焊接構(gòu)件。外包殼斷面為190mm×190mm，板厚6mm，工件全長(zhǎng)2388mm。它用于反應(yīng)堆控制棒上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的導(dǎo)向，在事故出現(xiàn)時(shí)，它必須保證控制棒在重力作用下迅速插入堆芯，以緊急停堆。因此其制造技術(shù)要求非常高，焊接過(guò)程及焊后去應(yīng)力過(guò)程都必須嚴(yán)格控制變形。24個(gè)導(dǎo)向孔系在全長(zhǎng)范圍的位置偏差不得大于0.8mm。針對(duì)焊后去應(yīng)力的技術(shù)要求，本研究選擇熱時(shí)效及振動(dòng)時(shí)效(VSR-Vibrate Stress Relief)兩種方法進(jìn)行試驗(yàn)。包括：304L鋼焊接殘余應(yīng)力的分布，熱時(shí)效工藝，振動(dòng)時(shí)效工藝，兩種工藝前后的應(yīng)力變化及精度變化，通過(guò)定量數(shù)據(jù)來(lái)確定這兩種工藝能否達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。為今后規(guī)�；a(chǎn)提供重要的試驗(yàn)依據(jù)。天津多功能振動(dòng)時(shí)效設(shè)備 振動(dòng)時(shí)效儀

304L是滿足核電堆內(nèi)構(gòu)件要求的優(yōu)質(zhì)超低碳不銹鋼，其化學(xué)成分w(%)為：1.5C，0.033Mn，9.08Ni， 18.54Cr，0.003Cu，0.023S，0.056P，0.002N。項(xiàng)目組對(duì)304L鋼等離子脈沖對(duì)接焊接試板用盲孔法進(jìn)行了殘余應(yīng)力測(cè)定，測(cè)定的縱向殘余應(yīng)力分布見(jiàn)圖2。各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)由4次測(cè)量結(jié)果按統(tǒng)計(jì)方法獲得。從總體上看，其縱向應(yīng)力除焊縫中心外304L鋼與一般碳素結(jié)構(gòu)鋼的主應(yīng)力分布相似，近縫區(qū)為拉應(yīng)力，遠(yuǎn)焊縫區(qū)為壓應(yīng)力，板邊為低應(yīng)力。但在焊縫中央呈低應(yīng)力甚至壓應(yīng)力，分布比較離散，與碳素結(jié)構(gòu)鋼有明顯的區(qū)別。304L鋼合金量高，焊縫在冷卻過(guò)程中由于低溫相變后晶粒膨脹，在非填充的等離子對(duì)接焊后，焊縫中心在板平面上凸起，反映了晶粒膨脹的結(jié)果，由此導(dǎo)致低壓力和壓應(yīng)力傾向。這種初始應(yīng)力分布對(duì)振動(dòng)后的應(yīng)力重新分布有十分明顯的影響，由于振動(dòng)引起的應(yīng)力均化作用，焊縫中心應(yīng)力應(yīng)由壓應(yīng)力或低應(yīng)力趨向正應(yīng)力(應(yīng)力上升)，但不大于200MPa(實(shí)測(cè)峰值應(yīng)力)。天津多功能振動(dòng)時(shí)效設(shè)備 振動(dòng)時(shí)效儀