CN104416259A - 一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺；所述焊接工艺步骤包括：(1)加工坡口；（2）焊前预热；（3）焊接；（4）焊后检测，所述焊前预热温度为150℃～300℃；所述焊接步骤包括：a、首先采用手工电焊条对各个部件的坡口进行焊接，焊至厚度的1/3处时，停止焊接；b、再采用熔化极气体保护电弧焊对各个部件的坡口继续焊接，直至焊接完毕。本发明采用手工电弧焊和熔化极气体保护焊方法，大大提高了生产效率。

Description

一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种水泵的焊接工艺，特别涉及一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺。 
背景技术
参见图1，1000MW核电常规岛主给水泵主要有泵筒体100，进水管200，出水管300，侧板400，筋板几部分，这几部分都需要焊接，并且这些材质不完全相同。其中泵筒体，进水管、出水管为F6NM,侧板为Q235,侧板与泵筒体焊接为异种材质焊接。由于产品制造要求严，结构复杂，制造周期短，设备所用材料成本高，泵筒体上的泵壳，泵盖等大多数部件都是锻件，在焊接时非常困难。 
泵筒体与进水管，出水管，侧板，筋板在焊接时会遇到如下问题： 
（1）主给水泵泵体与进、出水管形状复杂为空间曲面，厚度较大（最大厚度130mm），均匀预热及焊接操作都十分困难，预热不均匀直接导致焊接应力大，从而容易引起裂纹。 
（2）马氏体材料（F6NM）脆硬，在焊接过程中稍微控制不当极易引起开裂。 
（3）焊接应力处理不当，焊缝性能难以达到要求。 
（4）工件因焊接前需要预热、焊接过程中控制层间温度，对于温度控制要求较高，现场操作工作环境恶劣，工期紧，工人疲劳操作质量不好保证。 
（5）进水管、出水管与泵体焊接焊缝坡口形式复杂，不好操作；侧板（Q235）与泵筒体(F6NM)厚度较大且是异种材质焊接，焊后工件变形不好控制。 
（6）焊接顺序设计要合理，否则变形量大。 
在焊接时，一般采用手工电弧焊设备，因为手工电弧焊设备结构简单， 适用性强，比熔化极气体保护电弧焊具有操作灵活等许多优点，但是手工电弧焊设备对焊工的技术要求较高，焊接质量在一定程度上取决于焊工的操作技术。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是主给水泵的泵筒体与进、出水管的焊接困难、预热难等问题，从而提供一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺。 
为达到上述目的，本发明的技术方案如下： 
一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺；所述焊接工艺步骤包括：(1)加工坡口；（2）焊前预热；（3）焊接；（4）焊后检测， 
所述焊前预热温度为150℃～300℃， 
所述焊接步骤包括： 
a、首先采用手工电焊条对各个部件的坡口进行焊接，焊至厚度的1/3处时，停止焊接； 
b、再采用熔化极气体保护电弧焊对各个部件的坡口继续焊接，直至焊接完毕。 
在本发明的一个实施例中，所述焊前预热是采用多组加热带同时加热，并采用自动温控设备来控制加热温度。 
在本发明的一个实施例中，所述焊接工艺采用数控机床分别在进水管、出水管、侧板和筋板与泵体的相互连接处加工坡口。 
在本发明的一个实施例中，所述手工电焊条采用直流反接，焊接电流为80～100A，焊接电压为18～20V，焊接速度为150～170mm/min。 
在本发明的一个实施例中，所述熔化极气体保护电弧焊采用直流反接，焊接电流为180～220A，焊接电压为24～26V，焊接速度为200～230mm/min。 
在本发明的一个实施例中，所述焊接工艺在焊接过程中采用红外线测温仪来实时监控温度，所述红外线测温仪上可以显示出实时测试的温度。 
在本发明的一个实施例中，所述焊接工艺在预热时采用石棉被包裹在各个部件及各个部件之间的焊接区域上，可以进行保温。 
在本发明的一个实施例中，所述焊接工艺在焊接时采用石棉被包裹在各 个部件及各个部件之间的焊接区域上，可以进行保温。 
在本发明的一个实施例中，所述焊接工艺在焊后采用石棉被包裹在各个部件及各个部件之间的焊接区域上，可以进行保温缓冷。 
在本发明的一个实施例中，所述焊后检测包括渗透检测和超声检测，在各个部件焊接部分的打底层和每条焊缝底部最初的1—3层，在每层焊接完后都进行渗透检测，以后每焊接三层进行一次渗透检测，完全焊接完毕后，再采用超声检测对焊接部件整体进行检测。 
通过上述技术方案，本发明的有益效果是： 
（1）焊接材料完全是马氏体材料，提高了生产效率和节约了资源。 
（2）采用温控设备长时间自动加热使温度完全控制在150℃-300°之间，焊接过程中采用测温仪实时监控温度，中途石棉被保温，杜绝了由于预热保温温度方面引起的裂纹倾向。 
（3）采用封底、盖面及中间每三层着色检验，减少了缺陷产生的几率。 
（4）采用手工电弧焊和熔化极气体保护焊方法，大大提高了生产效率。 
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 
图1为主给水泵的结构示意图。 
具体实施方式
本发明提供的核电常规岛主给水泵的焊接工艺主要包括：(1)坡口加工、（2）焊前预热、（3）焊接和（4）焊后检测这四个步骤。 
首先进行坡口加工，分别在进水管、出水管、侧板和筋板与泵体的相互连接处加工坡口。 
由于坡口的接触面都是空间曲面，而在焊接过程中又要保证坡口平整，本发明采用数控机床进行坡口加工，这样可以使得坡口规则平整，使得各个部件在焊接时，整个坡口间隙均匀，进、出水管与泵体组对后内部流道光滑平整，非常有利于焊接，并且焊后焊缝余高经修磨后也不会对流速产生不利影响。 
当进水管、出水管、侧板和筋板与泵体的相互连接处的坡口都加工完毕后，进行焊前预热。 
焊前预热，本发明在预热时，采用多组加热带同时加热，使得预热温度大于150℃，并采用自动温控设备来控制加热温度，使得预热温度不超过300℃。 
由于主给水泵泵体与进、出水管形状复杂为空间曲面，厚度较大（最大厚度130mm），所以在对它们进行均匀预热时非常麻烦，本发明采用的多组加热带同时加热，可以使得预热温度大于150℃，这样在高温下，可以使得各个部件上的坡口迅速预热，并且焊缝的各个层间也可以得到充分的预热，另外本发明还采用自动温控设备来控制加热温度，将加热温度完全控制在150℃～300℃，这样通过自动温控设备控制温度来对坡口和各个焊缝层间持续预热，可以使得坡口和各个焊缝层间预热都非常均匀。 
本发明在预热前，采用石棉被包裹在各个部件及各个部件之间的焊接区域上，这样可进行保温，防止温度降低过快，影响焊接。 
当预热完毕后，再进行焊接。 
在焊接前，继续采用石棉被包裹在各个部件及各个部件之间的焊接区域上，这样可以继续进行保温，提高焊接质量。 
本发明在焊接时，由于各个部件的坡口间隙较小，对焊接的技术要求很高，所以先采用操作方便灵活的手工电焊条进行焊接，因为手工电焊条设备简单，适应力强。 
手工电焊条采用直流反接，焊接电流为80～100A，焊接电压为18～20V，焊接速度为150～170mm/min。 
当焊至厚度的1/3处时，坡口间隙变大了，停止手工电焊条焊接，采用熔化极气体保护电弧焊继续焊接，直至焊接完毕。 
由于手工电焊条对焊接的技术要求很高，焊工在长时间焊接，会容易疲劳，从而降低焊接质量，而熔化极气体保护电弧焊具有生产效率高、易操作、劳动强度低、焊接质量好等优点。 
当坡口间隙变大了，需要的焊缝填充金属增多，焊接工作量会增大很多，如果继续选用手工电焊条进行焊接，容易使得焊工疲劳，这样会降低焊接质量，所以采用易操作、劳动强度低的熔化极气体保护电弧焊非常合适。 
熔化极气体保护电弧焊采用直流反接，焊接电流180～220A，焊接电压24～26V，焊接速度200～230mm/min。 
通过两种焊接方法交替焊接，解决了进水管、出水管与泵体焊接焊缝坡口形式复杂，不好操作和侧板与泵筒体焊后易变形的问题，从而大大提高了生产效率。 
本发明中使用的手工电焊条是选用的大西洋CHK232(E410NiMo-16)φ3.2。 
电焊条的化学成分及性能的参数如下表： 
另外，熔化极气体保护电弧焊选用的焊丝为哈尔滨焊接研究所HS410NiMo规格为φ1.2。 
焊丝的化学成分及性能的参数如下表： 
AWS C Mn Si S P Cr Ni Mo N/mm2 延伸率%
实测值 0.015 0.43 0.23 0.003 0.012 12.14 4.20 0.49 879 18
本发明使用的熔化极气体保护电弧焊所采用的保护气体为ARCA121混合氩气，混合氩气由81%Ar+18%He+1%CO2组成。 
本发明在进行手工电焊条焊接和进行熔化极气体保护电弧焊焊接过程 中，还进行严格层间清理和层间的温度控制。 
层间清理，是防止层间不干净，从而影响焊接质量。 
温度控制，本发明在进行手工电焊条焊接和进行熔化极气体保护电弧焊焊接时，都采用测温仪来实时监控坡口的温度，测温仪为红外线测温仪，工作人员可以通过红外线测温仪上显示的测试温度来实时检测到焊缝的实际温度，在有利的温度范围内进行焊接，防止因温度不合适产生有害金属间相，并且焊缝处又有石棉被保温，这样杜绝了由于工件内部温差大存在较大应力引起的裂纹倾向。 
由于，本发明在焊前预热时，就采用石棉被进行保温，这样可以对焊接部分进行实时保温，并且在焊接后，石棉被还会继续包裹住焊缝处，这样使得焊接部分的温度缓慢降低，这样，防止焊接部分的温度降低过快，容易出现裂紋，当焊接部分的温度降低后，再将石棉被取出。 
在每个部件焊接完毕后，本发明还进行定位尺寸检查。 
最后进行焊后检测，对焊好的各个部件进行检测。 
焊后检测包括渗透检测和超声检测，在各个部件焊接部分的打底层和每条焊缝底部最初的1—3层，在每层焊接完后都进行渗透检测，因为底层的质量对整条焊缝至关重要。以后每焊接三层进行一次渗透检测，完全焊接完毕后，再采用超声检测对各个焊接部件整体进行检测。 
在检测时，如果有定位点上出现裂纹时，应先将定位点彻底清除，再用焊条焊接，焊接完后，再从背面进行清理打磨，一直打磨到焊缝焊肉部分，然后再从内部进行焊接，焊接完毕后，再进行渗透检测和超声检测。 
由于厚大工件一旦在焊接过程出现缺陷，待完全焊接后修复将存在极大困难，因此本发明采用封底、盖面及中间每三层渗透检验，减少了缺陷产生的几率，另外本发明还提供了缺陷的修复方法，使得缺陷可以修复，节约了生产成本。 
由于传统厚大马氏体材料在焊接时中间层均要采用一定的奥氏体材料已防止工件出现裂纹，通过上述设备和方法的实施，本发明的焊材材料完全是马氏体材料，并且不会出现裂纹，大大提高了生产效率和节约了资源。 
针对上述的焊接工艺，以下通过焊接实例进一步说明： 
实施例1 
（1）坡口加工，分别在进水管、出水管、侧板和筋板与泵体的相互连接处加工坡口； 
（2）对各个部件上的坡口进行焊前预热，预热温度控制在150℃～300℃； 
（3）预热完毕后，进行焊接，首先采用手工电焊条进行焊接，手工电焊条采用直流反接，焊接电流为80A，焊接电压为18V，焊接速度为150mm/min，当焊至厚度的1/3处时，停止焊接，再采用熔化极气体保护电弧焊继续进行焊接，直至焊接完毕，熔化极气体保护电弧焊继续进行焊接采用直流反接，焊接电流180A，焊接电压24V，焊接速度200mm/min。 
（4）焊后检测。 
实施例2 
（1）坡口加工，分别在进水管、出水管、侧板和筋板与泵体的相互连接处加工坡口； 
（2）对各个部件上的坡口进行焊前预热，预热温度控制在150℃～300℃； 
（3）预热完毕后，进行焊接，首先采用手工电焊条进行焊接，手工电焊条采用直流反接，焊接电流为90A，焊接电压为19V，焊接速度为160mm/min，当焊至厚度的1/3处时，停止焊接，再采用熔化极气体保护电弧焊继续进行焊接，直至焊接完毕，熔化极气体保护电弧焊继续进行焊接采用直流反接，焊接电流190A，焊接电压25V，焊接速度215mm/min。 
（4）焊后检测。 
实施例3 
（1）坡口加工，分别在进水管、出水管、侧板和筋板与泵体的相互连接处加工坡口； 
（2）对各个部件上的坡口进行焊前预热，预热温度控制在150℃～300℃； 
（3）预热完毕后，进行焊接，首先采用手工电焊条进行焊接，手工电焊条采用直流反接，焊接电流为100A，焊接电压为20V，焊接速度为 170mm/min，当焊至厚度的1/3处时，停止焊接，再采用熔化极气体保护电弧焊继续进行焊接，直至焊接完毕，熔化极气体保护电弧焊继续进行焊接采用直流反接，焊接电流220A，焊接电压26V，焊接速度230mm/min。 
（4）焊后检测。 
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (10)

1.一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺；所述焊接工艺步骤包括：(1)加工坡口；（2）焊前预热；（3）焊接；（4）焊后检测，其特征在于：
所述焊前预热温度为150℃～300℃，
所述焊接步骤包括：
a、首先采用手工电焊条对各个部件的坡口进行焊接，焊至厚度的1/3处时，停止焊接；
b、再采用熔化极气体保护电弧焊对各个部件的坡口继续焊接，直至焊接完毕。
2.根据权利要求1所述的一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺，其特征在于：所述焊前预热是采用多组加热带同时加热，并采用自动温控设备来控制加热温度。
3.根据权利要求1所述的一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺采用数控机床分别在进水管、出水管、侧板和筋板与泵体的相互连接处加工坡口。
4.根据权利要求1所述的一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺，其特征在于：所述手工电焊条采用直流反接，焊接电流为80～100A，焊接电压为18～20V，焊接速度为150～170mm/min。
5.根据权利要求1所述的一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺，其特征在于：所述熔化极气体保护电弧焊采用直流反接，焊接电流为180～220A，焊接电压为24～26V，焊接速度为200～230mm/min。
6.根据权利要求1所述的一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺在焊接过程中采用红外线测温仪来实时监控温度，所述红外线测温仪上可以显示出实时测试的温度。
7.根据权利要求1或2所述的一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺在焊前预热时采用石棉被包裹在各个部件及各个部件之间的焊接区域上，进行保温。
8.根据权利要求1所述的一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺在焊接时采用石棉被包裹在各个部件及各个部件之间的焊接区域上，进行保温缓冷。
9.根据权利要求1所述的一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺在焊接结束后采用石棉被包裹在各个部件及各个部件之间的焊接区域上，进行保温缓冷。
10.根据权利要求1所述的一种核电常规岛主给水泵的焊接工艺，其特征在于：所述焊后检测步骤包括渗透检测和超声检测，在各个部件待焊接部分的打底层和每条焊缝底部最初的1—3层，在每层焊接完后都进行渗透检测，以后每焊接三层进行一次渗透检测，完全焊接完毕后，再采用超声检测对焊接部件整体进行检测。
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