核电站主回路大厚度不锈钢管道的焊接

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焊接 2004(4)

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核电站主回路大厚度不锈钢管道的焊接

广东火电工程总公司(广州市 510730) 赖寿祝

摘要 简要介绍了核电站主回路大厚度不锈钢管道的焊接工艺,在核电站建设中,接触高温强腐蚀或化学强腐蚀介质的管道常用奥氏体不锈钢制造。核电站主回路中的介质含有高放射性物质,焊接质量的好坏将直接影响到机组的安全运行。

关键词: 核电站 不锈钢 厚壁大管 焊接工艺

WELDINGOFBIGTHICKNESSSTAINLESSSTEELPIPINGOF

MAINLOOPSINNUCLEARPOWERSTATIONGuangdongPowerEngineeringCorporation LaiShouzhu

Abstract

Inthispaper,theweldingprocedureofthebigthicknessstainlesssteelpipingofmainloopsinnuclearpower

stationassemblieswasbrieflyintroduced.Inthebuildingofnuclearpowerstation,thepipingofbigthicknessausteniticstainlesssteelwasusedtoresisthightemperaturecorrosionorseverechemicalcorrosion.Becausethemediumsinmainloopshadhighra dioactiveelements,theweldingqualityofmainloopswoulddirectlyaffectsafeoperationofassemblies.

Keyword: nuclearpowerstation, stainlesssteel, bigthicknesspiping, weldingprocedure

0 前 言

压水堆型核电站由核岛(NI)、常规岛(CI)和BOP三部分组成。由于载热剂需直接流过反应堆的堆芯,

含有高放射性物质,且是中温高压的介质(T=320 ,P=15.5MPa),一旦发生泄漏,将会对人的身体健康、生态环境等产生严重的危害,后果不堪设想。因此,对主回路大厚度不锈钢管道的焊接质量和工艺要求十分严格,是核岛管道安装焊接中最重要的部分,直接关系到机组的安全运行。1 焊口情况

一台机组不锈钢管道安装焊口共有24个,2台机组共有焊口48个,焊口的材质、规格、数量和焊接位置见表1。

主回路不锈钢管道的材质为Z2CND18-12N和Z3CN20-09M两种,均为法国钢种,其化学成分见表2。这两种钢材均属于Cr-Ni奥氏体不锈钢,碳含量很低。奥氏体不锈钢具有良好的焊接性,不易产生冷裂纹,但

由于奥氏体不锈钢的导热性较差,线膨胀系数较大,这就导致在焊接过程中会产生较大的焊接应力,如果焊接材料或焊接工艺选择不当,会产生晶间腐蚀和热裂纹等缺陷,影响焊缝的质量。

表1 焊口参数

直径d/mm

828873924924967.4976

厚度 /mm

666968.568.59095.7

焊口数量/个

12666612

焊接位置5G5G2G5G2G6G

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表2 Z2CND18-12N和Z3CN20-09M的化学成分(%)

钢材牌号Z2CND18-12NZ3CN20-09M

C!0.02!0.03

Cr16~1916~19

Ni11~148~10

Mo1.8~2.51.8~2.5

N!0.25!0.25

S!0.03!0.03

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P!0.035!0.035

2 焊接工艺

(1)不锈钢管道安装时,为防止对不锈钢产生任何污染,所使用的工器具如钢丝绳、倒链、砂轮片及刷子等都必须是专用工具,不得与碳钢或铁素体钢相接触。

(2)加工均匀的U形坡口,在每个主回路中,除了一个焊口的坡口需在现场加工外,其余的坡口由供货厂家加工好。

(3)对口前用不锈钢专用砂轮片,将两侧坡口内外侧不小于20mm范围内的油、污物清理干净,露出金属光泽。经着色检验合格后,再用丙酮和酒精擦拭1~2遍,方可开始对口。对口时,采用TIG定位焊将6~8块不锈钢圆柱均匀分布固定在坡口内,焊丝和焊接参数与正式施焊时相同,同时要保证内壁齐平,错口值不得

大于0.5mm,钝边为0.5~1mm,间隙为1~4mm。(4)打底层的焊丝选用ThermanitGE316L(瑞典)焊丝,相当于ER316L(美国)焊丝;填充和盖面选用OK63.25N(瑞典)焊条,相当于E316L-15(美国)焊条。焊条、焊丝的化学成分见表3。焊条在使用前必须在200~250 烘干箱内烘干1h。必须用专用的焊条筒和焊丝筒领取焊条、焊丝。焊条筒必须通电保温,并扣好筒盖,焊条随用随取。用于钨极氩弧焊打底和背面充氩气保护的氩气纯度 99.99%。

(5)采用瑞典生产的逆变焊机,焊机型号为Aris totig255。这种焊机的最大特点是具有高频引弧功能,在TIG焊接时将起到很大的作用。此外,该焊机还具有性能好、电流调节灵活、尺寸小、重量轻等优点。

(6)背面充氩气保护。为避免焊缝根部出现过烧

P!0.030!0.025

S!0.020!0.025

Cr18.00~20.0018.00~20.00

Ni12.00~14.0012.00~14.00

Mo2.00~3.002.00~3.00

表3 ThermanitGE316L和OK63.25N的化学成分(%)

焊材牌号ThermanitGE316L

OK63.25N

C!0.030!0.035

Si!0.60!0.90

Mn1.00~2.50!2.50

(氧化),必须在管道内充氩气进行保护。在距坡口150

~200mm两侧用耐高温塑料进行封堵,其中一边留一个直径约10mm的小孔,以便排出管内的空气。在另一侧引两条氩气皮管往管内充氩气。坡口先用胶布封住,焊接时边拉开边焊。氩气流量为15~25L/min,充气10min,检查合格后开始打底层的焊接。

(7)采用手工钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊填充和盖面的焊接方法,焊接参数见表4。

氩弧焊打底时,采用两人对称分段退焊,间隔200

mm焊接100mm长焊缝。所有能焊到的部分都焊完后,用砂轮机除去不锈钢圆柱,边除边焊。为了减少危险温度范围(450~850 )的停留时间,均采用小热输入焊接,即小电流、快焊速。为防止出现裂纹,当温度!60 时,再焊一层,分两道,同样采用分步退焊法。临熄弧时,焊枪移动快一点,使弧坑逐渐缩小,熄弧后,焊枪不要离开熔池,让氩气继续保护焊缝5~8s(焊缝

表4 焊接参数

焊接方法TIGTIGSMAWSMAWSMAW

焊接材料ER316LER316LE316L-15E316L-15E316L-15

直径d/mm

1.61.62.53.24.0

电源极性直流正接直流正接直流反接直流反接直流反接

电流I/A50~150100~11050~8080~110120~155

焊接速度v/(mm min-1)80~100100~120120~16080~140100~160

氩气流量Q1/(L min-1)

8~128~12###

背面氩气流量Q2/(L min-1)

15~2510~155~10##

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口均需进行3次射线探伤,分别在焊缝厚度达到15%、50%和100%时进行。探伤之前,必须把焊缝表面打磨干净、平整,并经着色检验合格后方可进行射线探伤。两台机组48个焊口的射线探伤结果见表5。

从射线检验结果可知,一次检验合格率为99.56%,焊接质量优良,这说明采用的焊接工艺方法是可行的。

表5 射线探伤结果

规格/mm 828%66 873%69 924%68.5 967.4%90 976%95.7合计

焊口数量/个1261261248

当量数104.0454.83116.0660.76122.59458.28

不合格当量数001012

一次合格率(%)10010099.1410099.1899.56

呈金黄色或银白色表明保护效果最好)。焊完两层氩弧焊后,经着色检验合格后,再进行焊条电弧焊填充和盖面。

焊条电弧焊填充和盖面时,采用多层多道焊。施焊前必须用耐火布把坡口两边300~400mm范围内包裹好,以免飞溅损伤管子。必须在坡口内引弧,以防电弧擦伤管子表面。焊接过程中均采用小电流、快速短弧焊。焊条不作横向摆动,一次焊成的焊缝宽度不得超过焊条直径的3倍,焊缝厚度小于焊条直径的1.5倍。每层焊完后均要彻底清除熔渣,并打磨平整。收弧时动作要慢,填满弧坑后再收弧。必须严格控制层间温度,保证层间温度<60 才能焊接下一层(道),以防止产生晶间腐蚀和热裂纹。水平固定和45 固定的焊口,两人同时从仰焊位置开始施焊,连续焊到正立焊位置,然后同时从平焊位置分段退焊,分3~4段;垂直固定焊口采用对称连续焊。对称焊时,两人的所用的焊接参数必须尽可能相一致。

第一层焊条电弧焊,背面要充氩气保护,防止焊缝背面在高温下产生氧化,氩气流量为5~10L/min,直到焊缝厚度超过5mm时停止充氩气。第一层选用 2.5mm焊条,分两道焊。垂直固定和45 固定时,焊缝与上坡口容易出现深的沟槽,为防止产生夹渣和未熔合,在上坡口先焊一道,然后再从下往上正常施焊。多道焊时,焊道安排要合理,避免与坡口边形成尖角。

从第二层焊条电弧焊开始到焊缝厚度20%左右采用 3.2mm焊条,20%以后采用 4.0mm焊条。垂直固定和45 固定时,每一层焊缝与上坡口的一道焊缝最好还是采用 3.2mm焊条。焊接盖面层最后一道焊缝时,采用 3.2mm焊条,选择较小的电流为95~100A。焊接完成冷却后进入管内检查根部情况,如发现有未焊透或咬边缺陷,应再用氩弧焊进行补焊,然后把根部和表面焊缝磨平、抛光处理,以防止放射性物质的堆积,同时,提高不锈钢管的抗腐蚀能力。3 焊接质量检验

为了有效的控制焊接质量,在焊接过程中,每个焊

4 结 论

(1)选用与母材相匹配的超低碳(!0.035%)不锈钢焊丝和焊条。

(2)采用小热输入进行焊接即小电流、快速度、薄焊层、短弧焊及不作横向不摆动,是保证焊接质量的重要

措施。

(3)在层多道焊时要控制层间温度,使前一道焊缝冷却到60 以下再焊,以避免间晶腐蚀。

(4)第一层、第二层氩弧焊和第一层焊条电弧焊时严格进行管内充氩气保护,是防止背面焊缝产生过烧的关键。

(5)为了避免产生未熔合,焊下一层时必须清理干净熔渣和飞溅,并打磨平整。

(6)多次进行射线探伤检验,能有效地保证焊缝的质量。

(收稿日期 2003 11 12)

作者简介: 赖寿祝,1971年出生,工程师

。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jofm.html