江苏核电有限公司 连云港市 222200
摘要：对硼酸水箱（下文称JNK水箱）泄漏部位进行缺陷分析，根据泄漏原因制定修复方案。选取更耐晶间腐蚀的双相不锈钢作为修复材料，设计新的焊接结构，引入焊接质量更高、性能更稳定的自动焊；首次在高温、高辐射、密闭环境中使用自呼吸式焊接面罩，在水箱内安装降温系统及空气循环系统。运行数据表明，经过焊接修复处理的水箱泄漏量明显下降。
关键词：水箱；泄漏；修复；焊接
1 前言
1.1 缺陷简介
田湾核电站JNK水箱是一个24米长、12米宽、5米高的容器。水箱墙体钢衬里安装时，首先焊接钢衬里，并且在钢衬里与墙体之间预留100mm间隙，然后在间隙中填充混凝土，填充混凝土时，采用预制模具防止钢衬里受到载荷的作用。钢衬里是由尺寸为2000×1000×3mm（长×宽×厚）的08X18H10T不锈钢板材对接焊接而成。
检修过程中，发现JNK水箱钢衬里的侧壁和顶面的部分焊缝处有腐蚀痕迹，箱体有硼酸泄漏现象。文中从JNK水箱泄漏缺陷失效分析入手，对修复方案进行论证，选用更耐腐蚀的材料，设计新的焊接与装配结构，引入自动焊接的方式，解决施工过程中的难点。田湾核电站低浓度硼酸水箱泄漏缺陷焊接修复处理的经验对核电站类似缺陷的修复工作具有较好的借鉴意义。
2 泄漏缺陷失效分析
2.1材料
JNK水箱钢衬里的材质为俄罗斯牌号08X18H10T，对应国内牌号为0Cr18Ni11Ti，这种不锈钢是18-8型Cr-Ni添加稳定化元素Ti的典型奥氏体不锈钢，属于应力腐蚀的敏感材料。
2.2环境
水箱的运行温度为70℃，处于Cr-Ni奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀的50-300℃温度范围，导致其材料产生应力腐蚀开裂的敏感性提高。水箱样品发现有多处裂纹中存在Cl-，Cl-对应力腐蚀开裂有很大贡献。
2.3应力
水箱的内壁钢衬里之间存在横向焊接和纵向焊接，此外钢衬里与加强板还存在点焊，焊缝处加强板的不对称结构会导致焊接热量扩散不均匀及焊接热应力分布不均匀，在热应力集中的地方，容易在腐蚀介质的作用下导致应力腐蚀开裂生。
综合分析结果，水箱钢衬里开裂和泄漏的失效机理是应力腐蚀开裂。
3 修复工艺
3.1方案
应力腐蚀裂纹起源于安装期间的水箱外部原始焊缝，如采用对已裂穿、发生泄漏部位局部贴板焊接的方式进行维修，原有钢板焊缝附近的应力腐蚀裂纹会在贴板过程中进一步扩大；即便是在保持新的贴板焊缝与原始焊缝一定距离的前提下，如果原始板材在混凝土侧已经存在大量的应力腐蚀裂纹，那么在焊接修复期间仍然存在开裂风险；此外，在原始板材上任何新的贴板都会在未来产生额外的可能会产生应力腐蚀失效的残余应力。综合以上分析，认为局部修复是无法确保成功的，实际修复的经验也证明了这一点。
基于上述分析，整体贴板修复是最好的工程解决方案。
3.2选材
由于水箱钢衬里混凝土侧水分凝结无法消除，选材时除需考虑具备耐硼酸腐蚀能力外，还需具有更好的抗应力腐蚀能力。
有以下三种材料供选择：
（1）321奥氏体不锈钢。这种材料符合水箱原设计要求，但它的奥氏体微观结构对应力腐蚀较为敏感，使用后可能会再次发生应力腐蚀开裂问题。
（2）2205双相不锈钢。双相钢具备更好的抗应力腐蚀开裂的能力，2205是双相钢中最有效的结构形式，在水箱工况中也具有较好的抗应力腐蚀开裂的能力。
（3）镍基合金625。镍基合金具有非常好的抗应力腐蚀开裂能力，但价格十分昂贵，是2205双相不锈钢的6倍。
在满足现场使用的条件下，综合考虑材料特性、钢板装配结构的改善和价格因素，选定使用2205双相不锈钢。
3.3钢板装配
以西墙为例，如图1所示，现场施工顺序为从左至右完成主体钢板与原衬板的点焊固定以及搭接焊缝安装后，再进行竖向密封窄条钢板的点焊固定及焊接，最后安装底部脚踏板，最大程度降低发生损坏的可能性。主体钢板横向板间距控制在10～40mm之间，与原钢衬里间的间隙控制在2mm以内。
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3.5 焊接质量控制
（1）焊工资格：焊工及自动焊操作工需按法规取得相应焊工资格；
（2）焊材：填充焊材牌号为美标ER2209，焊缝为奥氏体-铁素体双相组织，其抗拉强度高、抗应力腐蚀能力强、抗热裂纹性能好；焊材复验合格后方可使用；
（3）层间温度：严格控制层间温度，在下一焊道施工前必须确保前一焊道表面温度低于120℃；
（4）电流：严格按照WPS数据单控制焊接电流，在给定值范围内选择尽量小的电流电压；
（5）为确保收弧处的焊接质量，防止焊缝完全凝固前被氧化，在熄弧后仍必须进行持续送气保护，送气时间为5～7s左右；
（6）打磨：采取打磨前预热、限制打磨速率及间歇停止使热量及时消散等措施，避免过多的打磨清理产生的热输入导致局部硬化组织产生。
4 无损检验
对JNK衬板维修处理过程中新产生的焊接接头的检验主要包括目视检验、渗透检验和泄漏检验（真空罩检测）。
5 水箱泄漏趋势
受制于工期，JNK水箱贴板修复分两次进行，第一次完成缺陷最多的西侧墙面整体贴板修复后，水箱泄漏量从40升/小时降低至25升/小时，在第二次完成所有墙面贴板修复后，水箱泄漏量降低至1.2升/小时。水箱仍然存在的泄漏，判断为夹层内残水。
6 结论
（1）田湾核电站水箱钢衬里泄漏的失效机理是应力腐蚀开裂，原因包括三个方面：08X18H10T为应力腐蚀敏感材料，衬板背面存在Cl-，残余应力；
（2）局部贴板无法从根本上解决泄漏问题，整体贴板修复是最好的解决方案；
（3）选取耐应力腐蚀材料、优化钢板装配、受控的高质量焊接工艺是水箱钢衬里修复方案中的关键因素；
（4）泄漏量检测数据表明，JNK水箱整体贴板修复效果明显。
参考文献
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论文作者:杨二加,崔勇,蒋永,雷雄,赵洪治
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年21期
论文发表时间:2020/2/28
标签：水箱论文; 应力论文; 衬里论文; 贴板论文; 奥氏体论文; 材料论文; 不锈钢论文; 《建筑学研究前沿》2019年21期论文;