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不銹鋼焊接構件的振動時效與熱時效工藝分析

摘要：采用振動時效(VSR)和熱時效兩種方法對核電堆內構件304L不銹鋼方形筒體(控制棒導向筒)進行焊后去應力處理。通過對殘余應力和工藝變形測定，表明這兩種方法都可達到期望的技術要求。對振動時效的機理及動應力對去應力效果的影響作了較詳細的介紹，并對兩種工藝進行了比較。 天津多功能振動時效設備 振動時效儀 

1 前言  

核電堆內構件方形筒體即控制棒導向筒(見圖1)，是核反應堆內尺寸精度要求最高的焊接構件。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個半方管外包殼，通過真空電子束焊及手工氬弧焊組成一體，構成有24個導向孔系的高精度焊接構件。外包殼斷面為190mm×190mm，板厚6mm，工件全長2388mm。它用于反應堆控制棒上下運動時的導向，在事故出現時，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。因此其制造技術要求非常高，焊接過程及焊后去應力過程都必須嚴格控制變形。24個導向孔系在全長范圍的位置偏差不得大于0.8mm。針對焊后去應力的技術要求，本研究選擇熱時效及振動時效(VSR-Vibrate Stress Relief)兩種方法進行試驗。包括：304L鋼焊接殘余應力的分布，熱時效工藝，振動時效工藝，兩種工藝前后的應力變化及精度變化，通過定量數據來確定這兩種工藝能否達到規定的技術要求。為今后規模化生產提供重要的試驗依據。天津多功能振動時效設備 振動時效儀

304L是滿足核電堆內構件要求的優質超低碳不銹鋼，其化學成分w(%)為：1.5C，0.033Mn，9.08Ni， 18.54Cr，0.003Cu，0.023S，0.056P，0.002N。項目組對304L鋼等離子脈沖對接焊接試板用盲孔法進行了殘余應力測定，測定的縱向殘余應力分布見圖2。各測點的數據由4次測量結果按統計方法獲得。從總體上看，其縱向應力除焊縫中心外304L鋼與一般碳素結構鋼的主應力分布相似，近縫區為拉應力，遠焊縫區為壓應力，板邊為低應力。但在焊縫中央呈低應力甚至壓應力，分布比較離散，與碳素結構鋼有明顯的區別。304L鋼合金量高，焊縫在冷卻過程中由于低溫相變后晶粒膨脹，在非填充的等離子對接焊后，焊縫中心在板平面上凸起，反映了晶粒膨脹的結果，由此導致低壓力和壓應力傾向。這種初始應力分布對振動后的應力重新分布有十分明顯的影響，由于振動引起的應力均化作用，焊縫中心應力應由壓應力或低應力趨向正應力(應力上升)，但不大于200MPa(實測峰值應力)。天津多功能振動時效設備 振動時效儀