CN105458476A - 核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法 - Google Patents

核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接的技术领域。为了解决目前核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法效率低、劳动强度大且焊工容易受伤的问题，本发明提出一种核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，包括(1)对核岛主蒸汽或主给水管道进行坡口加工，加工的坡口为U型坡口，且该坡口的坡口角度为5°-8°，钝边长度为1.8-3mm，钝边厚度为1.8-3mm，倒角半径为1.8-3mm；(2)管道组对；(3)使用手工钨极氩弧焊进行点固棒点焊固定；(4)管道预热；(5)采用自动钨极氩弧焊完成打底、填充和盖面焊接；(6)进行后热处理和消应力热处理。本发明的焊接方法提高了焊接核岛主蒸汽或主给水管道作业的效率，降低了焊材消耗，改善了焊工的作业环境，降低了焊工的劳动强度。

Description

核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法
技术领域
本发明属于焊接的技术领域，具体涉及一种核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法。
背景技术
核电站核岛主蒸汽管道用于把蒸汽从核岛输送到常规岛，然后供应给主汽轮机及其他用汽设备和系统，核岛主给水管道用于把水输送到蒸发器以产生蒸汽，核电站核岛主蒸汽和主给水管道均属于耐热钢，具有管径粗管壁厚的特点，管壁厚度通常为20-54mm。在核电站建造过程中，核岛主蒸汽和主给水管道均由若干个管道焊接而成，由于核岛主蒸汽和主给水管道运行工况特殊，安全等级高，因此对焊缝质量要求高。目前焊接核电站核岛主蒸汽或主给水管道时，先对核岛主蒸汽或主给水管道加工坡口，然后再使用手工钨极氩弧焊进行焊接，如图1所示，核岛主蒸汽和主给水管道的坡口型式均为宽坡口，该宽坡口上部的坡口角度M为9°-12.5°，下部的坡口角度N为27.5°-32.5°，钝边的厚度H为1.4-1.7mm，钝边的宽度D为0.5-1mm。但核岛主蒸汽或主给水管道共有焊口100多道，焊接工作量大，手工钨极氩弧焊的效率较低，已不能够满足要求，例如使用图1中介绍的宽坡口，采用手工钨极氩弧焊工艺对规格为Φ965.2*44.2的核岛主蒸汽管道进行焊接，完成一道焊口需要两名高级焊工焊接约20天时间，即使使用图1中介绍的宽坡口，采用自动焊的工艺对核岛主蒸汽和主给水管道进行焊接，仍需要1名操作工作业约20天时间，总之目前焊接核电站核岛主蒸汽或主给水管道的方法效率低，特别是使用手工钨极氩弧焊焊接时焊工劳动强度高，而且焊接前要先对核岛主蒸汽或主给水管道进行预热，预热后核岛主蒸汽或主给水管道的温度在100℃以上，焊工在焊接过程中特别容易被烫伤，焊接环境比较恶劣。
发明内容
为了解决目前核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法效率低、劳动强度大且焊工容易受伤的问题，本发明提出一种核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，以降低焊工的劳动强度，降低焊工的作业风险，提高焊接作业的效率。
本发明核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法包括以下步骤：
(1)对所述核岛主蒸汽或主给水管道进行坡口加工，加工的坡口为U型坡口，且该坡口的坡口角度为5°-8°，钝边长度为1.8-3mm，钝边厚度为1.8-3mm，倒角半径为1.8-3mm；
(2)对所述核岛主蒸汽或主给水管道进行组对；
(3)使用手工钨极氩弧焊，对组对后的所述核岛主蒸汽或主给水管道进行点固棒点焊固定；
(4)对组对后的所述核岛主蒸汽或主给水管道进行预热；
(5)采用自动钨极氩弧焊完成打底、填充和盖面焊接；
(6)进行后热处理和消应力热处理。
其中，所述步骤(5)中，所述打底焊接包括熔透焊道、第一条支撑焊道、第二条支撑焊道、第三条支撑焊道和第四条支撑焊道，所述熔透焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值165-205A，基值65-205A，电压：9-11V，焊接速度：2.5-2.9ipm，送丝速度：峰值13-17ipm，基值6-10ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：27％；所述第一条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值170-230A，基值70-130A，电压：9-11V，焊接速度：2.5-2.9ipm，送丝速度：峰值20-30ipm，基值5-15ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：30％；所述第二条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值190-230A，基值90-130A，电压：9-11V，焊接速度：2.5-2.9ipm，送丝速度：峰值20-30ipm，基值5-15ipm，脉冲频率：2.0pps；占空比：30％；所述第三条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值190-230A，基值90-130A，电压：9-11V，焊接速度：2.4-2.8ipm，送丝速度：峰值25-35ipm，基值10-20ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％；所述第四条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值200-240A，基值100-140A，电压：9-11V，焊接速度：2.3-2.7ipm，送丝速度：峰值25-35ipm，基值10-20ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％。
其中，所述步骤(5)中，所述填充焊接包括填充初期焊接和填充末期焊接；所述填充初期焊接过程中，当6mm≤焊道宽度≤8mm时焊接工艺参数为：电流：峰值270-310A，基值170-210A，电压：9-11V，焊接速度：2.3-2.7ipm，送丝速度：峰值40-50ipm，基值20-30ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％；当8mm<焊道宽度≤10mm时焊接工艺参数为：电流：峰值300-340A，基值200-240A，电压：9-11V，焊接速度：2.3-2.7ipm，送丝速度：峰值40-50ipm，基值20-30ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％；所述填充末期焊接的工艺参数为：电流：峰值260-320A，基值160-220A，电压：9-11V，焊接速度：2.2-2.6ipm，送丝速度：峰值40-50ipm，基值20-30ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％。
其中，所述步骤(5)中，所述盖面焊接的工艺参数为：电流：峰值250-290A，基值150-190A，电压：9-11V，焊接速度：2.6-3ipm，送丝速度：峰值30-50ipm，基值10-30ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％；
其中，所述步骤(2)中组对错边量≤1.5mm，组对间隙≤1mm。
其中，所述步骤(4)中，采用电加热方式进行预热，预热温度为125℃-200℃，达到预热温度后保温15分钟。
其中，对坡口两侧250mm的范围进行预热。
其中，所述步骤(6)中，消应力热处理的保温温度为595-625℃，保温时间为4小时。
其中，所述步骤(6)中，后热处理的温度为250-400℃，保温时间为1-2小时。
本发明核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法具有如下的有益效果：
本发明的焊接方法中改进了坡口的角度以及钝边的长度和厚度，这样大大提高了焊接核岛主蒸汽或主给水管道的效率，例如采用本发明的焊接方法焊接规格为Φ965.2*44.2的核岛主蒸汽管道时，完成一道焊口只需一名普通操作工作业约10天时间，而背景技术中介绍的焊接核岛主蒸汽或主给水管道的方法，完成一道焊口需要两名高级焊工焊接约20天时间，或者需要一名操作工作业约20天时间，由此可见本发明的焊接方法缩短了核岛主蒸汽或主给水管道的焊接工期，加快了施工进度。本发明的焊接方法所使用的坡口为窄间隙坡口，降低了焊材消耗。本发明的焊接方法所使用的坡口相比于背景技术中介绍的坡口加工更容易，因为背景技术中介绍的坡口包括上部和下部，上部和下部的坡口角度不同导致加工困难，本发明的坡口上部和下部的坡口角度一致，所以加工更容易。
本发明的焊接方法还改进了打底、填充和盖面焊接的工艺参数，以使焊接完成的核岛主蒸汽或主给水管道的焊缝成形美观，焊缝成形质量好，焊缝与母材圆滑过渡，表面无裂纹、气孔、夹渣、飞溅、未焊透等缺陷。
本发明的焊接方法使用自动钨极氩弧焊完成打底、填充和盖面焊接，这样一方面可以排除人为因素对焊接质量的影响，减少对高技术焊工的依赖，降低焊工的劳动强度，提高焊接质量和焊口一次合格率，符合核岛主蒸汽或主给水管道的的焊接要求，另一方面焊接操作工可以按照设定的焊接工艺参数进行远距离焊接作业，远离核岛主蒸汽或主给水管道，避免被核岛主蒸汽或主给水管道烫伤，从而改善了焊工的作业环境，降低了焊工的作业风险。
附图说明
图1为现有核岛主蒸汽或主给水管道的坡口的结构示意图；
图2为本发明核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法所使用的坡口的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图介绍本发明的技术方案。
本发明核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法包括以下步骤：
(1)采用坡口机加工核岛主蒸汽或主给水管道的坡口，如图2所示，加工完成的坡口为U型坡口，且该坡口的坡口角度Q为5°-8°，钝边长度T为1.8-3mm，钝边厚度P为1.8-3mm，倒角半径R为1.8-3mm。
坡口加工完成后将该坡口及两侧的内外表面清理干净，可以用角向磨光机、棒式砂轮机或钢锉等将坡口表面及边缘区域的铁锈、油清理干净，直到露出金属光泽。
(2)对核岛主蒸汽或主给水管道1进行组对，组对错边量≤1.5mm，组对间隙≤1mm。
(3)使用手工钨极氩弧焊，对组对后的核岛主蒸汽或主给水管道1进行点固棒点焊固定，以使核岛主蒸汽或主给水管道1的相对位置固定，其中若采用坡口内点固则可采用步骤(5)中打底焊接的工艺参数，且点固棒的数量至少为3个。
(4)对组对后的核岛主蒸汽或主给水管道1进行预热，预热的位置为坡口两侧250mm的范围，预热方式为电加热，预热温度为125℃-200℃，达到预热温度后保温15分钟。
(5)采用自动钨极氩弧焊完成打底、填充和盖面焊接，
其中，打底焊接包括熔透焊道、第一条支撑焊道、第二条支撑焊道、第三条支撑焊道和第四条支撑焊道，熔透焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值165-205A，基值65-205A，电压：9-11V，焊接速度：2.5-2.9ipm，送丝速度：峰值13-17ipm，基值6-10ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：27％，ipm表示英寸/分钟，pps表示脉冲数/秒。
第一条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值170-230A，基值70-130A，电压：9-11V，焊接速度：2.5-2.9ipm，送丝速度：峰值20-30ipm，基值5-15ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：30％。
第二条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值190-230A，基值90-130A，电压：9-11V，焊接速度：2.5-2.9ipm，送丝速度：峰值20-30ipm，基值5-15ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：30％。
第三条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值190-230A，基值90-130A，电压：9-11V，焊接速度：2.4-2.8ipm，送丝速度：峰值25-35ipm，基值10-20ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％。
第四条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值200-240A，基值100-140A，电压：9-11V，焊接速度：2.3-2.7ipm，送丝速度：峰值25-35ipm，基值10-20ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％。
填充焊接包括填充初期焊接和填充末期焊接，填充末期焊接是指剩余焊缝厚度为5～8mm的焊接。填充初期焊接过程中，当6mm≤焊道宽度≤8mm时焊接工艺参数为：电流：峰值270-310A，基值170-210A，电压：9-11V，焊接速度：2.3-2.7ipm，送丝速度：峰值40-50ipm，基值20-30ipm，脉冲频率：2.0pps,占空比：50％；当8mm<焊道宽度≤10mm时焊接工艺参数为：电流：峰值300-340A，基值200-240A，电压：9-11V，焊接速度：2.3-2.7ipm，送丝速度：峰值40-50ipm，基值20-30ipm，脉冲频率：2.0pps,占空比：50％。
填充末期焊接的工艺参数为：电流：峰值260-320A，基值160-220A，电压：9-11V，焊接速度：2.2-2.6ipm，送丝速度：峰值40-50ipm，基值20-30ipm，脉冲频率：2.0pps,占空比：50％。
盖面焊接的工艺参数为：电流：峰值250-290A，基值150-190A，电压：9-11V，焊接速度：2.6-3ipm，送丝速度：峰值30-50ipm，基值10-30ipm，脉冲频率：2.0pps,占空比：50％。
(6)进行后热处理和消应力热处理。后热处理的温度为250-400℃，保温时间为1-2小时。消应力热处理的保温温度为595-625℃，保温时间为4小时。
实施例一
焊接设备采用LIBRUDIGT-VI自动焊机，焊丝型号为ER70S-6，焊丝直径为1.0mm，保护气体为氩气，保护气体的纯度≥99.99％，钨极为铈钨极，钨极直径为3.2mm，焊接位置为5GT，核岛主蒸汽管道的规格为核岛主蒸汽管道的材质为P280GH合金钢。
本实施例的核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法包括以下步骤：
(1)采用坡口机加工核岛主蒸汽管道的坡口，加工完成的坡口为U型坡口，且该坡口的坡口角度Q为7°，钝边长度T为2mm，钝边厚度P为2mm，倒角半径R为2mm。
坡口加工完成后将该坡口及两侧的内外表面清理干净，可以用角向磨光机、棒式砂轮机或钢锉等将坡口表面及边缘区域的铁锈、油清理干净，直到露出金属光泽。
(2)对核岛主蒸汽管道进行组对，组对错边量为1mm，组对间隙为0.5mm。
(3)使用手工钨极氩弧焊，对组对后的核岛主蒸汽管道进行点固棒点焊固定，以使核岛主蒸汽管道的相对位置固定。
(4)对组对后的核岛主蒸汽管道进行预热，预热的位置为坡口两侧250mm的范围，预热方式为电阻加热，预热温度为150℃，达到预热温度后保温15分钟。
(5)预启动LIBRUDIGT-VI自动焊机，调整钨极角度和机头位置，输入打底、填充和盖面焊接的工艺参数，然后启动LIBRUDIGT-VI自动焊机，采用自动钨极氩弧焊完成打底、填充和盖面焊接，其中，本步骤的焊接过程采用单层单道焊。
打底、填充和盖面焊接的工艺参数如下：打底焊接包括熔透焊道和四条支撑焊道，一共5个焊道，该熔透焊道和四条支撑焊道的编号依次为1，2，3，4和5，该熔透焊道和四条支撑焊道的焊接工艺参数如表1：
表1
填充焊接一共包括26个焊道，其中填充初期焊接包括24个焊道，该24个焊道的编号依次为6-29，填充末期焊接包括2个焊道，该2个焊道的编号依次为30和31。填充初期焊接的24个焊道的焊接工艺参数如表2-4：
表2
表3
表4
填充末期焊接的2个焊道的焊接工艺参数如表5：
表5
盖面焊接包括两个焊道，焊道编号依次为32和33，该2个焊道的焊接工艺参数如表6：
表6
(6)进行后热处理和消应力热处理。后热处理的温度为300℃，保温时间为1.5小时。消应力热处理的保温温度为610℃，保温时间为4小时。本实施例中完成一道焊口仅需5天时间。
(7)检验，对本实施例中焊接核岛主蒸汽管道形成的焊缝进行检验，检验结果如表7：
表7

Claims (9)

1.一种核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对所述核岛主蒸汽或主给水管道进行坡口加工，加工的坡口为U型坡口，且该坡口的坡口角度为5°-8°，钝边长度为1.8-3mm，钝边厚度为1.8-3mm，倒角半径为1.8-3mm；
(2)对所述核岛主蒸汽或主给水管道进行组对；
(3)使用手工钨极氩弧焊，对组对后的所述核岛主蒸汽或主给水管道进行点固棒点焊固定；
(4)对组对后的所述核岛主蒸汽或主给水管道进行预热；
(5)采用自动钨极氩弧焊完成打底、填充和盖面焊接；
(6)进行后热处理和消应力热处理。
2.根据权利要求1所述的核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述打底焊接包括熔透焊道、第一条支撑焊道、第二条支撑焊道、第三条支撑焊道和第四条支撑焊道，
所述熔透焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值165-205A，基值65-205A，电压：9-11V，焊接速度：2.5-2.9ipm，送丝速度：峰值13-17ipm，基值6-10ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：27％；
所述第一条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值170-230A，基值70-130A，电压：9-11V，焊接速度：2.5-2.9ipm，送丝速度：峰值20-30ipm，基值5-15ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：30％；
所述第二条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值190-230A，基值90-130A，电压：9-11V，焊接速度：2.5-2.9ipm，送丝速度：峰值20-30ipm，基值5-15ipm，脉冲频率：2.0pps；占空比：30％；
所述第三条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值190-230A，基值90-130A，电压：9-11V，焊接速度：2.4-2.8ipm，送丝速度：峰值25-35ipm，基值10-20ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％；
所述第四条支撑焊道的焊接工艺参数为：电流：峰值200-240A，基值100-140A，电压：9-11V，焊接速度：2.3-2.7ipm，送丝速度：峰值25-35ipm，基值10-20ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％。
3.根据权利要求1或2所述的核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述填充焊接包括填充初期焊接和填充末期焊接；所述填充初期焊接过程中，当6mm≤焊道宽度≤8mm时焊接工艺参数为：电流：峰值270-310A，基值170-210A，电压：9-11V，焊接速度：2.3-2.7ipm，送丝速度：峰值40-50ipm，基值20-30ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％；
当8mm<焊道宽度≤10mm时焊接工艺参数为：电流：峰值300-340A，基值200-240A，电压：9-11V，焊接速度：2.3-2.7ipm，送丝速度：峰值40-50ipm，基值20-30ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％；
所述填充末期焊接的工艺参数为：电流：峰值260-320A，基值160-220A，电压：9-11V，焊接速度：2.2-2.6ipm，送丝速度：峰值40-50ipm，基值20-30ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％。
4.根据权利要求1或2所述的核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述盖面焊接的工艺参数为：电流：峰值250-290A，基值150-190A，电压：9-11V，焊接速度：2.6-3ipm，送丝速度：峰值30-50ipm，基值10-30ipm，脉冲频率：2.0pps，占空比：50％。
5.根据权利要求1或2所述的核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)中组对错边量≤1.5mm，组对间隙≤1mm。
6.根据权利要求1或2所述的核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用电加热方式进行预热，预热温度为125℃-200℃，达到预热温度后保温15分钟。
7.根据权利要求7所述的核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，其特征在于，对坡口两侧250mm的范围进行预热。
8.根据权利要求1或2所述的核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，其特征在于，所述步骤(6)中，消应力热处理的保温温度为595-625℃，保温时间为4小时。
9.根据权利要求1或2所述的核电站核岛主蒸汽或主给水管道的焊接方法，其特征在于，所述步骤(6)中，后热处理的温度为250-400℃，保温时间为1-2小时。
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