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SA-533GrBCL1钢是核电站建设中使用较多的一种钢材，有一定的核级安全要求，为验证SA-533GrBCL1焊接稳定性。特开展焊条电弧焊多次返修对压力容器用钢板SA-533GrBCL1接头性能的影响研究，通过拉伸、弯曲、低温冲击和硬度试验等性能试验，分析多次返修（≤5次）的焊接接头不同位置的金相组织分布和变化规律。结果表明，SA-533GrBCL1焊接接头经过多次返修或返修焊后热处理，其接头力学性能未见异常变化，各项性能指标符合相关制造规范要求，但多次返修后热影响区较未返修接头存在软化，焊后热处理降解并平化了焊接接头各区域的硬度差异。焊缝金属和焊后热处理熔合区微观上表现为铁素体组织萌生针状、块状、片状形态转变，并伴生少量粒状贝氏体、珠光体组织形态，表现出冲击韧性值呈现分散性。
译 EN
SA-533GrBCL1 steel is a kind of steel that is widely used in the construction of nuclear power plants. It has certain nuclear safety requirements to verify the welding stability of SA-533GrBCL1. Specially carry out research on the influence of electrode arc welding multiple repairs on the performance of steel plate SA-533GrBCL1 for pressure vessels. Through performance tests such as tensile, bending, low temperature impact and hardness tests, the different welding joints of multiple repairs (≤5 times) are analyzed. The metallographic structure distribution and variation law of the location. The results show that the mechanical properties of SA-533GrBCL1 welded joints have not changed abnormally after repeated repairs or post-weld heat treatment, and the performance indicators meet the requirements of relevant manufacturing specifications, but the heat-affected zone exists after repeated repairs compared with unrepaired joints. Softening, post-weld heat treatment degrades and smoothes out hardness differences in various areas of the welded joint. Microscopically, the weld metal and the fusion zone of the post-weld heat treatment show that the ferrite structure initiates acicular, block, and flake morphology transformation, and is accompanied by a small amount of granular bainite and pearlite structure, showing that the impact toughness value is dispersive.
译 EN
SA-533GrBCL1;
返修次数;
力学性能;
金相组织
译 EN
在承压设备的焊接过程中，尽管《锅炉和压力容器安全技术监察规程》以及相关制造技术规范都有“焊缝同一部位的返修次数不宜超过两次，超过两次，返修前应经制造单位技术负责人批准”的管理规定［
译 EN
SA-533GrBCL1是美标压力容器用钢板，它属于核电用容器钢板，在沸水堆和压力堆上均有大量应用。SA-533GrBCL1为Mn-Mo-Ni型低合金钢，其淬火组织为马氏体组织，过度返修易产生的缺陷有裂纹等缺陷的产生。本文选用SA-533GrBCL1钢，通过5次焊缝返修，研究不同返修次数下焊接接头的组织和力学性能的变化，对比分析与原焊缝的差异，评估其性能变化对相关规范的符合性，为SA-533GrBCL1钢的实际应用提供借鉴［
译 EN
试验母材为SA-533GrBCL1，板厚30 mm，其化学成分和力学性能如
译 EN
| 状态 | C | Si | Mn | Ni | Mo | P | S |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
标准 实测值 | ≤0.25 | 0.13~0.45 | 1.07~1.62 | 0.37~0.73 | 0.41~0.64 | ≤0.025 | ≤0.025 |
| 0.17 | 0.19 | 1.44 | 0.66 | 0.50 | 0.004 | 0.002 |
| 状态 | 抗拉强度Rm/MPa | 屈服强度ReL/MPa | 延伸率A/% | 收缩面积/% | 冲击功（-18 ℃）Akv/J |
|---|---|---|---|---|---|
| 标准 | 620~795 | ≥485 | ≥16 | — | — |
| 实测值 | 735 | 621 | 28 | 76 | 276 |
返修试验焊材选择四川大西洋CHE608HR1焊条，型号ASME SFA5.5 E9018-GH4，直径4.0 mm，其熔敷金属化学成分和力学性能如
译 EN
| C | Mn | Si | S | P | Mo | Ni |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.081 | 1.44 | 0.25 | 0.0033 | 0.0064 | 0.45 | 0.83 |
抗拉强度 Rm/MPa | 屈服强度 ReL/MPa | 断后伸长率 A/% | 冲击功（-22 ℃） KV2/J |
|---|---|---|---|
| 668 | 595 | 25 | 148，107，141 |
用10件单块300 mm（长）×150 mm（宽）×30 mm（厚）的试件组合，分别用于1~5次返修的五付试件，分别用R-1~R-5编号分别表示未返修、一次返修、三次返修、五次返修、返修五次+退火试板［
译 EN
| 试样 | 返修次数 | 检验状态 | 备注 |
|---|---|---|---|
| R-1 | 未返修 | 焊态 | — |
| R-2 | 返修一次 | 焊态 | — |
| R-3 | 返修3次 | 焊态 | — |
| R-4 | 返修5次 | 焊态 | — |
| R-5 | 返修5次 | 热处理状态 | （610±15） ℃×15 h |
| 焊接方法 | 牌号 | 直径/mm | 极性 | 电流I/A | 电弧电压U/V | 焊接速度v/（cm·min-1） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SMAW | CHE608HR1 | 4.0 | 直流反接 | 150~180 | 22~33 | 15~22 |
试板R-1~R-5按NB/T47013.2进行UT和MT探伤检验，质量等级均为Ⅰ级。
译 EN
按照NB/T47014-2011《压力容器焊接工艺评定》标准要求和规定的试验方法，截取拉伸、冲击、弯曲和硬度试样，并进行相应试验。试验结果如
译 EN
| 试样 | 拉伸试验 | 弯曲试验（D=4a） | |
|---|---|---|---|
| Rm/MPa | 断裂位置 | ||
| R-1 | 728.5 | 破坏位置在焊缝 | 无开口缺陷 |
| R-2 | 722 | 破坏位置在母材 | 无开口缺陷 |
| R-3 | 738 | 破坏位置在母材 | 无开口缺陷 |
| R-4 | 721 | 破坏位置在母材 | 无开口缺陷 |
| R-5 | 695.5 | 破坏位置在母材 | 无开口缺陷 |
| 试样 | 熔合线 | 熔合线+2 mm | 焊缝 |
|---|---|---|---|
| R-1 |
184，173，211 （平均189.3） |
191，269，249 （平均236.3） |
75，83，81 （平均79.7） |
| R-2 |
155，164，179 （平均166） |
253，233，282 （平均256） |
126，101，111 （平均112.7） |
| R-3 |
298，213，202 （平均237.7） |
300，305，296 （平均300.3） |
82，123，92 （平均99） |
| R-4 |
198，200，196 （平均198） |
262，285，273 （平均273.3） |
106，116，125 （平均115.7） |
| R-5 |
161，150，146 （平均152.3） |
187，235，233 （平均218.3） |
116，117，92 （平均108.3） |
图1 焊接接头硬度
Fig.1 Hardness of welded joint
下载: 原图 |
高精图 |
低精图为研究多次返修对SA-533GrBCL1钢焊接接头区域组织的影响，截取未返修、多次返修和返修后热处理焊接接头表层焊缝、熔合区域金属进行金相检测［
译 EN
图2 不同返修次数焊缝金属微观金相组织
Fig.2 Microstructure of weld metal with different repair times
R-1 R-2 R-3 R-4 R-5
下载: 原图 |
高精图 |
低精图图3 不同返修次数对应熔合区微观金相组织
Fig.3 Microstructure of fusion zone corresponding to different repair times
R-1 R-2 R-3 R-4 R-5
下载: 原图 |
高精图 |
低精图由
译 EN
由
译 EN
如
译 EN
由
译 EN
如
译 EN
上述分析表明，SA-533GrBCL1钢热影响区在多次焊接热循环作用下，过热区的晶粒粗化，为粗大的柱状晶组织，在柱状晶的晶界上分布的先共析铁素体，沿晶界上有少量的贝氏体，晶间有粒状贝氏体聚集，晶内为铁素体和粒状贝氏体组织，铁素体多以等轴晶形式存在并略有偏析。但随着返修次数的增加，焊缝和焊后热处理熔合区微观上表现为铁素体组织萌生针状、块状、片状形态转变，并伴生少量粒状贝氏体、珠光体组织形态，与宏观上冲击韧性值离散度有所变化显示出相关性［
译 EN
（1）从SA-533GrBCL1多次返修和返修焊后热处理拉伸、弯曲、冲击韧性试验和硬度检测结果看，多次返修和返修焊后热处理与未返修焊接接头性能相比较没有异常改变，各项性能指标符合NB/T 47014-2011《压力容器焊接工艺评定》及相关制造规范要求。
译 EN
（2）从焊缝金属、熔合区及热影响区金相组织分析结果看，SA-533GrBCL1钢焊接接头经多次返修，在多次焊接热循环作用下，热影响区晶粒粗化不明显，但随着返修次数的增加，焊缝和焊后热处理熔合区微观上铁素体组织与组织结构发生转变，宏观上表现为区域冲击韧性值离散度有所变化。
译 EN
（3）就SA-533GrBCL1钢焊缝的多次返修进行较系统的接头金相组织分析和力学性能测试，为后续的相关研究和工程实践提供了可靠的数据支撑，对拓宽SA-533GrBCL1钢焊接的工程应用实践具有一定的指导意义和参考价值。
译 EN
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