CN105537738A - 核电站大厚壁管件对接接头的焊接方法 - Google Patents

核电站大厚壁管件对接接头的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核电站建造领域，尤其涉及一种对核电站中大厚壁管件组对形成的对接接头进行焊接的方法。为降低焊接成本，提高焊接质量，本发明提出一种焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，所述大厚壁管件的外径为600-1100mm，壁厚为60-100mm，该方法采用TIG全位置自动焊进行焊接，待焊接大厚壁管件组对后在对接接头处形成双面的组合坡口；在正面坡口内依次进行打底焊接、填充焊接和盖面焊接，对焊接正面和焊接背面分别使用保护气体进行气体保护，当焊接形成的焊缝的厚度大于15mm后，停止对焊接背面进行气体保护；在背面坡口内进行清根操作、盖面焊接。该焊接方法焊接效率高，工期短，保证焊接质量稳定，又可以减小坡口填充量，降低焊接成本。

Description

核电站大厚壁管件对接接头的焊接方法
技术领域
本发明涉及核电站建造领域，尤其涉及一种对核电站中大厚壁管件组对形成的对接接头进行焊接的方法。
背景技术
目前，在对大厚壁管件尤其是外径大于600mm、壁厚大于60mm的不锈钢管件进行焊接连接时，多是采用氩电联合焊接工艺进行焊接。在进行焊接前，先将待焊接的大厚壁管件的组对接头加工形成大角度的单V形坡口，使坡口宽度满足氩电联合焊接的需要。接着采用氩电联合焊接工艺在加工形成的单V形坡口内进行焊接，具体操作如下：先采用氩弧焊进行打底焊接，在打底焊接完成后，接着再采用手工电弧焊进行填充焊接和盖面焊接，从而完成大厚壁管件对接接头的焊接。但是，由于采用氩电联合焊接工艺进行焊接时所需的坡口较宽，导致焊接熔敷金属的填充量大，焊接材料消耗大，焊接周期相对较长，进而导致焊接成本高。另外，由于采用手工电弧焊进行填充焊接和盖面焊接，焊接速度慢，导致焊接周期较长，且焊接质量受焊接人员的个人的焊接水平的影响较大，焊接质量不稳定。
发明内容
为降低焊接成本，提高焊接质量，本发明提出一种焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，所述大厚壁管件的外径为600-1100mm，壁厚为60-100mm，该方法采用TIG全位置自动焊进行焊接，且包括如下步骤：
步骤1、对待焊接大厚壁管件的连接端进行加工，且组对后在对接接头处形成组合坡口，该组合坡口包括向背设置的正面坡口和背面坡口，且所述正面坡口设置在所述大厚壁管件的外壁上，该正面坡口的单边坡度为5±0.5°，所述背面坡口设置在所述大厚壁管件的内壁上，该背面坡口的单边坡度为30±0.5°、单边坡面的长度为18-20mm，所述正面坡口和所述背面坡口之间设置有坡口钝边，组对完成后，所述坡口钝边之间的组对间隙为1-2mm；
步骤2、在所述正面坡口内依次进行打底焊接、填充焊接和盖面焊接，焊接过程中分别使用保护气体对焊接正面和焊接背面进行气体保护，且当焊接形成的焊缝的厚度大于15mm后，停止对焊接背面进行气体保护；
步骤3、先在所述背面坡口内进行清根操作，然后在所述背面坡口内进行盖面焊接，且焊接过程中对焊接正面进行气体保护。
采用该焊接方法对大厚壁管件组对形成的对接接头进行焊接时，由于在管件的对接接头处设置双面坡口，既可以增大正面坡口的两个坡面在靠近坡口钝边位置处的间隙，使之满足TIG全位置自动焊工艺需要，从而利用TIG全位置自动焊工艺对管件的对接接头进行焊接，进而提高焊接效率、缩短焊接施工工期、保证焊接质量，又可以减小坡口填充量，从而减少焊接填充材料的消耗，降低焊接成本。在焊接过程中，对焊接正面和焊接背面均进行气体保护，以避免焊接熔融的金属氧化形成焊接缺陷，提高焊接质量。在背面坡口内进行盖面焊接前，先在背面坡口内进行清根操作，以去除打底焊接形成的焊接缺陷，从而提高背面焊接的焊接效果，提高焊接质量。
优选地，进行打底焊接时，在所述正面坡口内，先对所述坡口钝边进行熔融焊接并形成熔透焊道，然后在所述熔透焊道上进行支撑焊接并依次形成五道支撑焊道。
优选地，在进行熔融焊接时，所述全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为180-200A，基值范围为80-100A。
优选地，在进行支撑焊接时，焊接形成第一支撑焊道的焊接电流的峰值范围为190-210A，基值范围为80-100A；焊接形成第二支撑焊道的焊接电流的峰值范围为200-220A，基值范围为90-120A；焊接形成第三支撑焊道的焊接电流的峰值范围为225-245A，基值范围为120-140A；焊接形成第四支撑焊道的焊接电流的峰值范围为255-275A，基值范围为140-160A；焊接形成第五支撑焊道的焊接电流的峰值范围为255-275A，基值范围为140-160A。
优选地，在进行填充焊接时，当焊缝根部宽度为5-6mm时，焊接电流的峰值范围为240-280A，基值范围为130-170A；当焊缝根部宽度为6-7mm时，焊接电流的峰值范围为255-295A，基值范围为150-190A；当焊缝根部宽度为7-8mm时，焊接电流的峰值范围为270-310A，基值范围为170-210A；当焊缝根部宽度为8-9mm时，焊接电流的峰值范围为280-320A，基值范围为190-230A；当焊缝根部宽度为9-10mm时，焊接电流的峰值范围为290-330A，基值范围为190-230A；当焊缝根部宽度为10-13mm时，焊接电流的峰值范围为300-340A，基值范围为200-240A；当所述正面坡口的剩余深度小于或等于5mm时，进行末期填充焊接，且焊接电流的峰值范围为260-320A、基值范围为160-220A。
优选地，在进行盖面焊接时，焊接电流的峰值范围为230-260A、基值范围为120-160A。
优选地，所述保护气体为氩气或氩氦混合气，且所述氩氦混合气中的氩气与氦气的体积比为3:7。进一步地，对所述焊接正面进行气体保护时，所述保护气体的气体流量为40～160L/min；对所述焊接背面进行气体保护时，所述保护气体的气体流量为5～25L/min，以避免因保护气体的气流过大或过小而影响焊接效果。
优选地，采用砂轮在所述背面坡口内对焊接表面进行打磨，完成清根操作，操作简单方便。
附图说明
图1为本发明方法中大厚壁管件组对形成的坡口的结构示意图；
图2为对图1所示的大厚壁管件组对形成的坡口进行焊接形成的焊缝的剖视示意图。
具体实施方式
本发明采用TIG全位置自动焊工艺对外径为600-1100mm，壁厚为60-100mm的大厚壁管件组对形成的对接接头进行焊接。在焊接过程中，全程使用保护气体对焊接正面进行保护，并在焊接形成的焊缝厚度小于15mm时，同时使用保护气体对焊接背面进行保护，以免焊接熔融的金属被氧化，影响焊接质量。保护气体可选用惰性气体，比如Ar(氩气)，或者由体积比为3:7的Ar与He混合形成的氩氦混合气。在焊接过程中，对焊接正面进行保护的保护气体的流量为40～160L/min，对焊接背面进行保护的保护气体的流量为5～25L/min。
下面，结合图1和2对本发明焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法进行详细说明：
步骤1、组对
分别对大厚壁的管件A的连接端和大厚壁的管件B的连接端进行加工，且管件A的连接端与管件B连接端相向组对后，在管件A和管件B的对接接头处形成组合坡口，该组合坡口包括相背设置的正面坡口1和背面坡口2。其中，正面坡口1位于管件A和管件B的外壁上，且管件A与管件B相对的连接端的正面坡口1的坡面相对于管件A的径向断面的坡度θ为5±0.5°，管件B与管件A相对的连接端的正面坡口1的坡面相对于管件B的径向断面的坡度θ为5±0.5°；背面坡口2位于待焊接的管件A和管件B的内壁上，且管件A与管件B相对的连接端的背面坡口2的坡面相对于管件A的径向断面的坡度β为30±0.5°、长度为4-5mm，管件B与管件A相对的连接端的背面坡口2的坡面相对于管件B的径向断面的坡度β为30±0.5°、长度为18-20mm。也就是说，待焊接的管件A和管件B组对后形成的组合坡口中的正面坡口1的单边坡度θ为5±0.5°，背面坡口2的单边坡度β为30±0.5°、且背面坡口的单边坡面4的长度为18-20mm。组对完成后，位于正面坡口1和背面坡口2之间的坡口钝边3之间的间隙即为管件A和管件B在对接接头处形成的组对间隙，且该组对间隙的取值范围为1-2mm。
步骤2、正面焊接
采用全位置自动焊机在正面坡口1内依次进行打底焊接、填充焊接和盖面焊接，且焊接过程中，全程采用保护气体对焊接正面进行气体保护，焊接初始阶段，同时采用保护气体对焊接背面进行气体保护，并在焊接形成的焊缝厚度大于15mm时，停止对焊接背面进行气体保护。当焊接形成的焊缝厚度大于15mm时，由于后续焊接无法将焊缝熔透，故停止对焊接背面进行气体保护，避免保护气体浪费。
在进行打底焊接时，先从正面坡口1中对坡口钝边3进行熔融焊接以形成熔透焊道，且进行熔融焊接时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为180-200A、基值范围为80-100A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为10-20ipm、基值范围为3-13ipm；然后在熔透焊道上进行支撑焊接并依次形成五道支撑焊道。支撑焊接过程中，焊接形成第一支撑焊道时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为190-210A、基值范围为80-100A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为10-20ipm、基值范围为5-15ipm；焊接形成第二支撑焊道时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为200-220A、基值范围为90-120A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为20-30ipm、基值范围为5-15ipm；焊接形成第三支撑焊道时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为225-245A、基值范围为120-140A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为25-35ipm、基值范围为5-15ipm；焊接形成第四支撑焊道时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为255-275A、基值范围为140-160A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为25-35ipm、基值范围为5-15ipm；焊接形成第五支撑焊道时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为255-275A、基值范围为140-160A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为25-35ipm、基值范围为5-15ipm。
在进行填充焊接时，当焊接形成的焊缝根部宽度为5-6mm时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为240-280A，基值范围为130-170A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为15-35ipm、基值范围为5-25ipm；当焊接形成的焊缝根部宽度为6-7mm时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为255-295A，基值范围为150-190A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为25-45ipm、基值范围为5-25ipm；当焊接形成的焊缝根部宽度为7-8mm时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为270-310A，基值范围为170-210A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为25-45ipm、基值范围为5-25ipm；当焊接形成的焊缝根部宽度为8-9mm时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为280-320A，基值范围为190-230A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为30-50ipm、基值范围为10-30ipm；当焊接形成的焊缝根部宽度为9-10mm时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为290-330A，基值范围为190-230A，电弧电压的峰值范围为8.5-10.5V，送丝速度的峰值范围为30-50ipm、基值范围为10-30ipm；当焊接形成的焊缝根部宽度为10-13mm时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为300-340A，基值范围为200-240A，电弧电压的峰值范围为8.5-10.5V，送丝速度的峰值范围为30-50ipm、基值范围为10-30ipm；当正面坡口1的剩余深度小于或等于5mm时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为260-320A、基值范围为160-220A，电弧电压的峰值范围为8.0-10.0V，送丝速度的峰值范围为25-45ipm、基值范围为10-30ipm。
在进行盖面焊接时，全位置自动焊机的焊接电流的峰值范围为230-260A、基值范围为120-160A，电弧电压的峰值范围为8.5-10.5V，送丝速度的峰值范围为25-45ipm、基值范围为5-25ipm。焊接形成的盖面焊道的表面光滑且高于正面坡口1的正面边沿，从而加强焊缝强度，进而加强两管件通过焊接连接后在对接接头处的连接强度。
步骤3、背面焊接
在进行背面焊接前，先用砂轮从背面坡口2内对正面焊接形成的焊缝表面进行打磨，将该焊缝表面上存在的焊接缺陷比如焊接未熔合部分、表面氧化物除去，从而完成清根操作，以免该处的焊接缺陷影响背面焊接的焊接质量。然后采用全位置自动焊机在背面坡口2内进行盖面焊接，并在焊接过程中对焊接正面进行气体保护，且焊接形成的盖面焊道的表面光滑且高于背面坡口2的边沿，从而加强焊缝强度，进而加强两管件通过焊接连接后在对接接头处的连接强度。
下面，使用下述实施例来对本发明所提出的焊接方法作进一步地说明。
实施例1：对材质为TP316LN不锈钢、Φ952.5×82.6mm、坡口钝边的厚度为2.16-2.41mm的焊接试件进行焊接
焊接试件的规格为Φ952.5×82.6mm，即管件的外径为952.5mm，壁厚为82.6mm，材质为TP316LN不锈钢，正面坡口的单边坡度为5±0.5°，背面坡口的单边坡度为30±0.5°、单边的坡面长度为19mm。焊接时，选用的焊接设备为加拿大LIBURDI公司的GTVI全位置自动焊机；钨极采用抛光铈直钨极，且钨极的直径为3.2-4.0mm、锥度为30°、平台直径为0.8-1.2mm；焊丝采用为ER316L焊丝(英国曼彻特公司产不锈钢焊丝)，且焊丝直径为1.0mm；保护气体选用99.999％的Ar。焊接过程中的焊接参数如表1所示。
表1
焊接完成后，经检测可知，焊缝的正面和背面均不存在裂纹、气孔、咬边、未熔合及夹渣等缺陷，焊缝内部无裂纹及夹渣、气孔等超标缺陷，且满足力学性能要求。
实施例2：对材质为TP316LN不锈钢、Φ688.8Χ65mm、坡口钝边的厚度为2.16-2.41mm的焊接试件进行焊接
焊接试件的规格为Φ688.8Χ65mm，即管件的外径为688.8mm，壁厚为65mm，材质为TP316LN不锈钢，正面坡口的单边坡度为5±0.5°，背面坡口的单边坡度为30±0.5°、单边的坡面长度为18mm。焊接时，选用的焊接设备为加拿大LIBURDI公司的GTVI全位置自动焊机；钨极采用抛光铈直钨极，且钨极的直径为3.2-4.0mm、锥度为30°、平台直径为0.8-1.2mm；焊丝采用为ER316L焊丝(英国曼彻特公司产不锈钢焊丝)，且焊丝直径为1.0mm；保护气体选用99.999％的Ar。焊接过程中的焊接参数如表2所示。
表2
焊接完成后，经检测可知，焊缝的正面和背面均不存在裂纹、气孔、咬边、未熔合及夹渣等缺陷，焊缝内部无裂纹及夹渣、气孔等超标缺陷，且满足力学性能要求。
实施例3：对材质为TP316LN不锈钢、Φ1088Χ94mm、坡口钝边的厚度为2.16-2.41mm的焊接试件进行焊接
焊接试件的规格为Φ1088Χ94mm，即管件的外径为1088mm，壁厚为94mm，材质为TP316LN不锈钢，正面坡口的单边坡度为5±0.5°，背面坡口的单边坡度为30±0.5°、单边的坡面长度为20mm。焊接时，选用的焊接设备为加拿大LIBURDI公司的GTVI全位置自动焊机；钨极采用抛光铈直钨极，且钨极的直径为3.2-4.0mm、锥度为30°、平台直径为0.8-1.2mm；焊丝采用为ER316L焊丝(英国曼彻特公司产不锈钢焊丝)，且焊丝直径为1.0mm；保护气体选用99.999％的Ar。焊接过程中的焊接参数如表3所示。
表3
焊接完成后，经检测可知，焊缝的正面和背面均不存在裂纹、气孔、咬边、未熔合及夹渣等缺陷，焊缝内部无裂纹及夹渣、气孔等超标缺陷，且满足力学性能要求。

Claims (9)

1.一种焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，所述大厚壁管件的外径为600-1100mm，壁厚为60-100mm，其特征在于，该方法采用TIG全位置自动焊进行焊接，且包括如下步骤：
步骤1、对待焊接大厚壁管件的连接端进行加工，且组对后在对接接头处形成组合坡口，该组合坡口包括相背设置的正面坡口和背面坡口，且所述正面坡口设置在所述大厚壁管件的外壁上，该正面坡口的单边坡度为5±0.5°，所述背面坡口设置在所述大厚壁管件的内壁上，该背面坡口的单边坡度为30±0.5°、单边坡面的长度为18-20mm，所述正面坡口和所述背面坡口之间设置有坡口钝边，组对完成后，所述坡口钝边之间的组对间隙为1-2mm；
步骤2、在所述正面坡口内依次进行打底焊接、填充焊接和盖面焊接，焊接过程中分别使用保护气体对焊接正面和焊接背面进行气体保护，且当焊接形成的焊缝的厚度大于15mm后，停止对焊接背面进行气体保护；
步骤3、先在所述背面坡口内进行清根操作，然后在所述背面坡口内进行盖面焊接，且焊接过程中对焊接正面进行气体保护。
2.根据权利要求1所述的焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，其特征在于，进行打底焊接时，在所述正面坡口内，先对所述坡口钝边进行熔融焊接并形成熔透焊道，然后在所述熔透焊道上进行支撑焊接并依次形成五道支撑焊道。
3.根据权利要求2所述的焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，其特征在于，在进行熔融焊接时，焊接电流的峰值范围为180-200A，基值范围为80-100A。
4.根据权利要求3所述的焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，其特征在于，在进行支撑焊接时，焊接形成第一支撑焊道的焊接电流的峰值范围为190-210A，基值范围为80-100A；焊接形成第二支撑焊道的焊接电流的峰值范围为200-220A，基值范围为90-120A；焊接形成第三支撑焊道的焊接电流的峰值范围为225-245A，基值范围为120-140A；焊接形成第四支撑焊道的焊接电流的峰值范围为255-275A，基值范围为140-160A；焊接形成第五支撑焊道的焊接电流的峰值范围为255-275A，基值范围为140-160A。
5.根据权利要求3所述的焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，其特征在于，在进行填充焊接时，当焊缝根部宽度为5-6mm时，焊接电流的峰值范围为240-280A，基值范围为130-170A；当焊缝根部宽度为6-7mm时，焊接电流的峰值范围为255-295A，基值范围为150-190A；当焊缝根部宽度为7-8mm时，焊接电流的峰值范围为270-310A，基值范围为170-210A；当焊缝根部宽度为8-9mm时，焊接电流的峰值范围为280-320A，基值范围为190-230A；当焊缝根部宽度为9-10mm时，焊接电流的峰值范围为290-330A，基值范围为190-230A；当焊缝根部宽度为10-13mm时，焊接电流的峰值范围为300-340A，基值范围为200-240A；
当所述正面坡口的剩余深度小于或等于5mm时，进行末期填充焊接，且焊接电流的峰值范围为260-320A、基值范围为160-220A。
6.根据权利要求3所述的焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，其特征在于，在进行盖面焊接时，焊接电流的峰值范围为230-260A、基值范围为120-160A。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，其特征在于，所述保护气体为氩气或氩氦混合气，且所述氩氦混合气中的氩气与氦气的体积比为3:7。
8.根据权利要求7所述的焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，其特征在于，对所述焊接正面进行气体保护时，所述保护气体的气体流量为40～160L/min；对所述焊接背面进行气体保护时，所述保护气体的气体流量为5～25L/min。
9.根据权利要求1-3中任意一项所述的焊接核电站大厚壁管件对接接头的方法，其特征在于，采用砂轮在所述背面坡口内对焊接表面进行打磨，完成清根操作。
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