CN103394796B

CN103394796B - 核电站钢制安全壳的窄间隙坡口及其自动焊接方法

Info

Publication number: CN103394796B
Application number: CN201310269820.6A
Authority: CN
Inventors: 朱德才; 李予卫
Original assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: CN103394796A

Abstract

本发明公开了一种核电站钢制安全壳的窄间隙坡口及其自动焊接方法，核电站钢制安全壳的窄间隙坡口包括上坡口、下坡口和底部钝边，下坡口的顶部连接于上坡口的底部，底部钝边突设于下坡口的底部；窄间隙坡口自动焊接方法采用的是脉冲MAG自动焊接技术。与现有技术相比，本发明通过在核电站钢制安全壳上采用窄间隙坡口，减少了焊接熔敷金属的填充量，降低了焊接成本；通过使用脉冲MAG自动焊接技术，实现了窄间隙坡口的多层单道焊接，提高了焊接效率，缩短了每道焊口的焊接周期。

Description

核电站钢制安全壳的窄间隙坡口及其自动焊接方法

技术领域

本发明涉及核电站的钢制安全壳，更具体地说，本发明涉及一种核电站钢制安全壳的窄间隙坡口及其自动焊接方法。

背景技术

在现有核电技术中，钢制安全壳是核电工程建造施工关键路径上的重要模块。请参阅图1，某型号核电站的钢制安全壳的直径约为40m，高度约为65.6m，整个安全壳由260块平均厚度约44毫米的弧形钢板40焊接而成，其材料采用的是全新的SA738-Gr.B钢材，单机组总重达3359吨。对上述钢制安全壳的对接焊缝，不管是现场或是制造商，目前均采用传统的SMAW(手工焊条电弧焊)工艺。

请参阅图2和图3，使用SMAW工艺的现有钢制安全壳，其坡口形式为X形组合坡口42，焊接采用单层多道焊，焊接后的焊缝44结构如图3所示。但是，这种焊接方式存在以下缺点：1)SMAW工艺的坡口42较宽，焊接熔敷金属的填充量大，不仅焊接材料消耗量大，而且焊接周期相对较长；2)SMAW工艺的坡口形式和尺寸决定了在进行焊接时，要采用多层次多道焊进行焊接，不仅焊接工作量大、焊接环境差，而且焊接质量受焊工水平影响很大，焊缝44的质量难以保证。

有鉴于此，确有必要提供一种能够提高焊接效率和焊缝质量的核电站钢制安全壳的窄间隙坡口及其自动焊接方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能够提高焊接效率和焊缝质量的核电站钢制安全壳的窄间隙坡口及其自动焊接方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站钢制安全壳的窄间隙坡口，其包括上坡口、下坡口和底部钝边，下坡口的顶部连接于上坡口的底部，底部钝边突设于下坡口的底部。

作为本发明核电站钢制安全壳的窄间隙坡口的一种改进，所述上坡口的顶部宽度为7.0～9.5mm。

作为本发明核电站钢制安全壳的窄间隙坡口的一种改进，所述下坡口的顶部宽度为6.5～7.5mm，下坡口的高度为12～18mm。

作为本发明核电站钢制安全壳的窄间隙坡口的一种改进，所述底部钝边的高度为1.5～2.5mm，宽度为2～3.5mm。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法，其包括以下步骤：1)使安全壳母材的相对端部形成上述任一项段落所述的窄间隙坡口；2)对底部钝边和下坡口的底部进行打底焊接，形成焊道；3)对下坡口和上坡口进行多层填充焊接，形成多层填充焊道；4)对上坡口的顶部进行盖面焊接，盖面焊接采用线性焊道或摆动焊道。

作为本发明核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法的一种改进，所述步骤4)的盖面焊接是从剩余焊缝厚度2～3mm开始的。

作为本发明核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法的一种改进，所述步骤2)的打底焊接参数设定如下：焊接电源的电压峰值范围为10V～28V，电流基值范围为60A～120A，电流峰值范围为220A～310A，焊丝的基值送丝速度为20～70inch/min，焊丝的峰值送丝速度为100～180inch/min，焊接速度为3～10inch/min，焊丝直径范围为φ0.8mm～φ1.2mm。

作为本发明核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法的一种改进，所述步骤3)的填充焊接参数设定如下：焊接电源的电压峰值范围为10V～30V，电流基值范围为200A～320A，电流峰值范围为260A～500A，焊丝的基值送丝速度为30～85inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～120inch/min，焊接速度为3～10inch/min，焊丝直径范围为φ1.0mm～φ1.6mm。

作为本发明核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法的一种改进，所述步骤4)的盖面焊接参数设定如下：焊接电源的电压峰值范围为12V～30V，电流基值范围为120A～250A，电流峰值范围为200A～350A，焊丝的基值送丝速度为20～60inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～120inch/min，焊接速度为3～7inch/min，焊丝直径范围为φ1.0mm～φ1.6mm。

作为本发明核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法的一种改进，所述安全壳壁厚为20mm～60mm，安全壳母材的材料为不锈钢、碳钢、合金钢中的一种；焊接的保护气体为氧气、二氧化碳、氩气中的一种，或是氧气和二氧化碳的混合气体。

与现有技术相比，本发明通过在核电站钢制安全壳上采用窄间隙坡口，减少了焊接熔敷金属的填充量，降低了焊接成本；通过使用脉冲MAG自动焊接技术，实现了窄间隙坡口的多层单道焊接，提高了焊接效率，缩短了每道焊口的焊接周期。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站钢制安全壳的窄间隙坡口及其自动焊接方法、有益效果进行详细说明，其中：

图1为待焊接的核电站钢制安全壳的焊缝分布示意图。

图2为使用SMAW工艺的现有钢制安全壳的坡口形式示意图。

图3为使用SMAW工艺的现有钢制安全壳的焊缝结构示意图。

图4为本发明核电站钢制安全壳的窄间隙坡口的结构示意图。

图5为本发明核电站钢制安全壳的窄间隙坡口的焊接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

为了提高焊接效率和焊缝质量，本发明采用脉冲MAG(熔化极气体保护电弧焊)对核电站的钢质安全壳进行焊接。MAG是目前国际上熔化极惰性气体保护电弧焊中先进的焊接方法之一，其在工作时，使用氩气、氦气等惰性气体作为保护气体，由自动送丝机构送进焊丝，根据设定的参数自动行走焊接。相比目前核电工程普遍采用的TIG(TungstenInertGas，非熔化极气体保护焊)和SMAW，MAG自动焊可以降低焊接热输入量、改善焊缝成型、提高焊缝质量，并且能够大幅度提高焊接效率(焊接材料熔敷率超过15kg/h)。另外，脉冲对熔池的搅拌作用也有利于消除气孔等焊接缺陷，自动焊代替手工焊则避免了人为因素对焊接质量的不利影响，使焊接接头产生缺陷的可能性得到有效降低和控制，更易于一次性获得符合核安全设备使用性能的优质焊缝。

本发明采用全自动脉冲MAG焊机，该焊机由焊接电源、电视监控系统、遥控器、焊接机头、焊接轨道及焊枪等六大部分组成，具有弧长自动控制、实时监控、焊枪横摆控制、叠加高频脉冲等功能。焊机电源是一种逆变电源。全自动脉冲MAG焊机可调工艺参数多，能够精确控制焊接热输入以及熔池的形状和尺寸，可以用较低的热输入获得较大的熔深，从而减少焊接热影响区和焊件变形。为了配合全自动脉冲MAG焊机的使用，本发明开发出一种核电站钢制安全壳的窄间隙坡口以及适应窄间隙坡口的焊接工艺参数。

请参阅图4，本发明核电站钢制安全壳的壁厚为20～60mm，其端部形成的焊接坡口包括上坡口62、下坡口64和底部钝边66。上坡口62由上坡口角度限定，下坡口64由下坡口角度限定，下坡口64的顶部连接于上坡口62的底部；底部钝边66突设于下坡口64的底部。其中，上坡口62的顶部宽度X为7.0～9.5mm；下坡口64的顶部宽度X2为6.5～7.5mm，下坡口64的高度H2为12～18mm；底部钝边66的高度H1为1.5～2.5mm，宽度X1为2～3.5mm。

待焊接的安全壳母材的材料为不锈钢、碳钢、合金钢中的一种；焊接保护气体为氧气、二氧化碳、氩气中的一种，或是氧气和二氧化碳的混合气体。在较佳实施方式中，安全壳木材的材料优选为碳钢，焊接保护气体优选为氧气和二氧化碳的混合气体。

请参阅图5，本发明核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法包括以下步骤：

1)使所述安全壳母材60的相对端部形成图4所示的窄间隙坡口；

2)对底部钝边66和下坡口64的底部进行打底焊接，形成焊道1；在进行打底焊接时，设定焊接电源的电压峰值范围为10V～28V，电流基值范围为60A～120A，电流峰值范围为220A～310A，焊丝的基值送丝速度为20～70inch/min，焊丝的峰值送丝速度为100～180inch/min，焊接速度为3～10inch/min，焊丝直径范围为φ0.8mm～φ1.2mm；

3)对下坡口64和上坡口62进行多层填充焊接，每层填充焊接为单道焊，最终形成多层填充焊道2～6；在进行填充焊接时，设定焊接电源的电压峰值范围为10V～30V，电流基值范围为200A～320A，电流峰值范围为260A～500A，焊丝的基值送丝速度为30～85inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～120inch/min，焊接速度为3～10inch/min，焊丝直径范围为φ1.0mm～φ1.6mm；

4)从剩余焊缝厚度2～3mm开始，对上坡口的顶部进行盖面焊接，盖面焊接采用线性焊道或摆动焊道；在进行盖面焊接时，设定焊接电源的电压峰值范围为12V～30V，电流基值范围为120A～250A，电流峰值范围为200A～350A，焊丝的基值送丝速度为20～60inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～120inch/min，焊接速度为3～7inch/min，焊丝直径范围为φ1.0mm～φ1.6mm。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种核电站钢制安全壳的窄间隙坡口，其特征在于：包括上坡口、下坡口和底部钝边，下坡口的顶部连接于上坡口的底部，底部钝边突设于下坡口的底部；上坡口的顶部宽度为7.0～9.5mm；下坡口的顶部宽度为6.5～7.5mm，下坡口的高度为12～18mm；底部钝边的高度为1.5～2.5mm，宽度为2～3.5mm。

2.一种核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法，其特征在于包括以下步骤：

1)使安全壳母材的相对端部形成权利要求1所述的窄间隙坡口；

2)对底部钝边和下坡口的底部进行打底焊接，形成焊道；

3)对下坡口和上坡口进行多层填充焊接，形成多层填充焊道；

4)对上坡口的顶部进行盖面焊接，盖面焊接采用线性焊道或摆动焊道；

其中，所述步骤2)～4)的焊接均采用脉冲MAG进行焊接，焊接的保护气体为氧气、二氧化碳中的一种，或是氧气和二氧化碳的混合气体。

3.根据权利要求2所述的核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法，其特征在于：所述步骤4)的盖面焊接是从剩余焊缝厚度2～3mm开始的。

4.根据权利要求2所述的核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法，其特征在于：所述步骤2)的打底焊接参数设定如下：焊接电源的电压峰值范围为10V～28V，电流基值范围为60A～120A，电流峰值范围为220A～310A，焊丝的基值送丝速度为20～70inch/min，焊丝的峰值送丝速度为100～180inch/min，焊接速度为3～10inch/min，焊丝直径范围为φ0.8mm～φ1.2mm。

5.根据权利要求2所述的核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法，其特征在于：所述步骤3)的填充焊接参数设定如下：焊接电源的电压峰值范围为10V～30V，电流基值范围为200A～320A，电流峰值范围为260A～500A，焊丝的基值送丝速度为30～85inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～120inch/min，焊接速度为3～10inch/min，焊丝直径范围为φ1.0mm～φ1.6mm。

6.根据权利要求2所述的核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法，其特征在于：所述步骤4)的盖面焊接参数设定如下：焊接电源的电压峰值范围为12V～30V，电流基值范围为120A～250A，电流峰值范围为200A～350A，焊丝的基值送丝速度为20～60inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～120inch/min，焊接速度为3～7inch/min，焊丝直径范围为φ1.0mm～φ1.6mm。

7.根据权利要求2所述的核电站钢制安全壳的窄间隙自动焊接方法，其特征在于：所述安全壳壁厚为20mm～60mm，安全壳母材的材料为不锈钢、碳钢、合金钢中的一种。