CN107617803A - 核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺 - Google Patents
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Abstract
一种核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺，其焊接产品质量稳定。其包括：步骤一，确定焊前坡口及准备焊接材料；步骤二，组对装配焊件，组对间隙范围为0‑10mm，错边量范围为0‑7mm；步骤三，预热焊件间的焊缝位置，预热温度≥75℃，预热范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的两倍，且不小于100mm；步骤四，首先对焊件间的焊缝位置的坡口和根部钝边进行打底焊接，形成打底焊道，然后对正反面的坡口进行多层多道焊填充焊接，形成填充焊道，再对正反面的坡口进行多层多道焊盖面焊接，形成盖面焊道，在焊接过程中的各焊接层间温度控制在93‑200℃，并且焊接过程中采取措施控制焊接变形；步骤五，焊缝检测以确认焊缝是否合格。
Description
技术领域
本发明涉及焊接工艺，尤其涉及核电钢制安全壳的焊接工艺。
背景技术
某堆型核电站采用钢制安全壳与混凝土外壳组成双层安全壳结构，其中钢制安全壳(CV)直径约40m，高度约65.6m，板材材质均为SA738Gr.B，对接焊缝长度约为3400m；筒体内径39.624m，筒体高度42.735m，由11圈板组成，每圈由12块环板组成，总重约为1870吨，CV筒体的环缝长度约1500m；封头的环缝长度约316m。
现有安全壳预制和现场组装采用焊条电弧焊工艺，该焊接工艺存在施工效率低、劳动强度大(如：需要经常更换焊条、焊道不易清理等)、焊接环境条件差、焊材利用率低等缺点。另一方面，焊接产品质量不稳定，易受焊工技能水平及经验影响。故需要开发一种更为高效稳定的焊接工艺方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺，其焊接产品质量稳定。
一种核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺包括：
步骤一，确定焊前坡口及准备焊接材料；
步骤二，组对装配焊件，组对间隙范围为0-10mm，错边量范围为0-7mm；
步骤三，预热焊件间的焊缝位置，预热温度≥75℃，预热范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的两倍，且不小于100mm；
步骤四，首先对焊件间的焊缝位置的坡口和根部钝边进行打底焊接，形成打底焊道，然后对正反面的坡口进行多层多道焊填充焊接，形成填充焊道，再对正反面的坡口进行多层多道焊盖面焊接，形成盖面焊道，在焊接过程中的各焊接层间温度 控制在93-200℃，并且焊接过程中采取措施控制焊接变形；
步骤五，焊缝检测以确认焊缝是否合格。
所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺的进一步特点是，所述坡口为X型对称坡口或者K型对称或不对称坡口。
所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺的进一步特点是，针对埋弧自动焊的所述焊接材料型号为F9AX-EG-F3、F9AX-EF3-F3、F9PX-EG-F3或F9PX-EF3-F3，其中焊丝规格为φ2.0～φ3.2，X取值在6-8之间；手工焊条电弧焊的焊接材料型号为E9018-G-H4或者E9018-G-H8,其中焊条规格为φ3.2或φ4.0。
所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺的进一步特点是，在步骤四中，采用单一的埋弧自动横焊进行打底焊、填充焊和盖面焊，或者采用焊条电弧焊和埋弧自动横焊组合模式进行打底焊、填充焊和盖面焊。
所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺的进一步特点是，所述步骤四包括：步骤4.1，打底层焊接时，采用埋弧焊时以30-55cm/min的焊接速度进行焊接，焊接电流为300-480A,焊接电压为24-35V；采用焊条电弧焊时焊接电流为90-185A，电压20-32V，焊接速度4-10cm/min。
所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺的进一步特点是，所述步骤四还包括步骤4.2，填充层焊接时，正反面填充层以多层多道进行焊接，具体工艺为：采用埋弧焊以35-65cm/min的焊接速度进行焊接，焊接电流为300-550A,焊接电压为24-35V；采用焊条电弧焊时焊接电流为100-185A，电压20-32V，焊接速度6-20cm/min。
所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺的进一步特点是，所述步骤四还包括步骤4.3，盖面层焊接时，采用埋弧焊以35-70cm/min的焊接速度进行焊接，焊接电流为300-550A,焊接电压为24-35V；采用焊条电弧焊时焊接电流为100-185A，电压20-32V，焊接速度6-20cm/min。
所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺的进一步特点是，所述步骤五还包括焊后热处理，该热处理的规范参数为：热处理保温温度595-620℃，保温时间小于10小时；焊后热处理的加热和冷却速度：在425℃以上，加热速率和冷却速率不应超过(220℃×25.4÷T)/h(T为材料的最大厚度)，且不超过220℃/h，亦 不低于55℃/h。
通过发明人的试验来看，本发明与现有技术相比，通过采用对安全壳环焊缝采用埋弧自动横焊工艺，可以获得质量稳定可靠的焊接接头，并提高了焊接效率，缩短了每道焊口的焊接周期。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1为核电站安全壳的示意图。
图2为X型对称坡口的示意图。
图3为K型对称坡口的示意图。
图4为焊道示意图。
图5为核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
如图1所示，核电安全壳包括底封头、筒体一环、筒体二环、筒体三环以及顶封头等模块，筒体一环、筒体二环、筒体三环共由11圈板组成，筒体之间的环缝长度约1500m。底封头或顶也由两个不同部分焊接的，其环缝长度约316m。
在后述实施例中，主要采用埋弧自动横焊设备实施核电安全壳环缝焊接，安全壳环缝壁厚T为35～60mm。
根据本发明的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺如图1所示，其包括步骤1，焊前坡口以及焊接材料准备。
采用的焊接接头形式为对接接头，焊接坡口包括但不限于X型对称坡口，或者K型对称或不对称坡口。其中X型坡口如图2所示，上坡口角度30-45°，下坡口角度0-15°。对称的K型坡口如图3所示，上坡口角度为30-45°，下坡口 角度0°。坡口在组对焊接前，对坡口面进行目视检测和液体渗透检测，坡口面不得存在裂纹、夹杂物等缺陷。
采用的埋弧自动横焊焊丝焊剂组合型号可以选自F9AX-EG-F3、F9AX-EF3-F3、F9PX-EG-F3和F9PX-EF3-F3(其中，X取值在6～8之间)，焊丝规格为φ2.0～φ3.2；采用的手工焊条电弧焊焊材型号为E9018-G-H4、E9018-G-H8,焊条规格为φ3.2、φ4.0。焊剂、焊条在焊前可以根据进行烘培，重复烘培次数一般不超过规定次数3次。
如图5所示，在步骤2中，对焊件组装组对。焊件的组装组对间隙范围0-10mm，错边量范围0-7mm，均可以实现接头良好焊接，组对前对母材坡口及坡口附近例如25mm范围内的水、油锈等污染物进行去除，以使坡口清洁度，组装时可使用工装或定位焊组对，可以使用或不使用焊接引弧板。
如图5所示，在步骤3中，进行焊前预热。焊前预热温度≥75℃，预热方式可以采用电磁感应加热或红外线电加热器加热方式，预热范围预热的范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的2倍，且不小于100mm。
如图5所示，在步骤4中，进行焊接以及层间温度控制，步骤4包括步骤4.1至步骤4.3。在步骤4中的焊接方法包含但不限于埋弧焊(SAW)、焊条电弧焊(SMAW)+埋弧焊。在步骤4中，采用前述的焊接坡口，首先，在步骤4.1中，对焊件根部上下坡口和根部钝边进行打底焊接，形成打底焊道；在步骤4.2中对正反面的上坡口和下坡口进行多层多道焊填充焊接，形成填充焊道；在步骤4.3中，对正反面的上坡口和下坡口进行多层多道焊盖面焊接，形成盖面焊道；焊接过程中的层间温度控制在93-200℃；焊接过程中可以采取措施控制焊接变形。图4示出了正面或反面的各焊道的顺序，各焊道采用了阿拉伯数字进行编号，首先是打底焊道1，然后是填充焊道2到10，最后是盖面焊道11-16。
在步骤4中，焊接工艺可以采用单一的埋弧自动横焊进行打底焊、填充焊、盖面焊；也可以采用焊条电弧焊和埋弧自动横焊组合模式进行打底焊、填充焊和盖面焊；两种焊接方法在焊接均可用于正式焊接、修复焊及返修焊接场合。
在步骤4中，焊接过程控制在焊前去除坡口表面及坡口附近的油污、铁锈、水分等；控制焊接预热温度和焊接过程中的层间温度并记录；焊接工艺参数严格按照工艺卡执行，在焊接过程中控制好焊剂的厚度，焊剂的覆盖厚度宜控制在25-40mm；焊接过程中应时刻观察行走指示线，保持焊接过程走正不偏。具体的焊接工艺参数如下：
在步骤4.1中，打底层焊接时，采用埋弧焊时以30-55cm/min的焊接速度进行焊接，焊接电流为300-480A,焊接电压为24-35V；采用焊条电弧焊时焊接电流为90-185A，电压20-32V，焊接速度4-10cm/min。
在步骤4.2中，填充层焊接时，正反面填充层以多层多道进行焊接，具体工艺为：采用埋弧焊以35-65cm/min的焊接速度进行焊接，焊接电流为300-550A,焊接电压为24-35V；采用焊条电弧焊时焊接电流为100-185A，电压20-32V，焊接速度6-20cm/min。
在步骤4.3中，盖面层焊接时，采用埋弧焊以35-70cm/min的焊接速度进行焊接，焊接电流为300-550A,焊接电压为24-35V；采用焊条电弧焊时焊接电流为100-185A，电压20-32V，焊接速度6-20cm/min。
如图5所示，在步骤5中，对焊缝进行检测，确定焊缝质量是否合格。
如果需要焊后热处理，热处理规范参数为：热处理保温温度595-620℃，保温时间小于10小时，焊后热处理的加热和冷却速度：在425℃以上，加热速率和冷却速率不应超过(220℃×25.4÷T)/h(T为材料的最大厚度)，且不超过220℃/h，亦不低于55℃/h。
按照前述方法的一个示例为：
1、选用母材：国内某核电站安全壳用钢材SA738Gr.B，材料厚度45mm。
2、焊接材料：国内某焊材厂家生产的埋弧焊焊丝焊剂组合型号F9A6-EG-F3，焊丝规格φ2.4。
3、焊接接头设计：选取X型坡口的对接接头，组对间隙为2-3mm,钝边0-2mm, 其中坡口角度上坡口为45°，下坡口为15°，如图4所示。
4、焊接方法；埋弧自动横焊。
5、焊接位置：2G。
6、使用手工焊条电弧焊利用组对块进行试板组装和焊接引弧板。
7、焊前预热温度控制在≥100℃。
8、层间温度控制在200℃以下。
9、焊接控制
(1)组对前必须对母材坡口附近25mm范围内的水、油锈、污等污染物，保证坡口的清洁度，防止影响焊缝质量；
(2)埋弧焊采用直焊道焊接；
(3)打底焊道完成后，使用碳弧气刨或机械打磨清根后，应进行液体渗透检查，确认完全清除所有缺陷；
(4)试验件按双面坡口分为两侧焊接，焊接过程中应尽量保证对称焊接，减小焊接应力和变形；
(5)每一层新焊道开始之前，如有必要应先进行层间清理再开始焊接；
(6)焊剂覆盖厚度控制25-40mm。
10、焊接工艺参数详见表1，焊道分布图见图4。
表1焊接工艺参数表
11、焊接无损检验
焊后先进行试件外观检验，外观检验合格后进行液体渗透和射线检验；检测结果满足某核电站安全壳无损检验技术要求。
12、试样加工
按照某核电站安全壳工艺评定技术要求加工试样尺寸和性能试验件数量，具体包含焊接接头横向室温拉伸试验、焊接接头200℃高温拉伸试验、侧弯试验、焊缝及热影响区-45℃冲击试验、焊缝化学分成分析。
13、接头理化性能试验
(1)按照AWS B4.0M-2000开展焊接接头横向室温拉伸试验，焊接接头均在母材断裂，试验结果合格，接头的抗拉强度值分别为690MPa、695MPa。
(2)按照ASTM E21-1998开展焊接接头200℃高温拉伸试验，试验结果合格，抗拉强度值588MPa，屈服强度504MPa。
(3)按照AWS B4.0M-2000开展焊接接头侧弯试验，试验结果合格，检查受拉面及热影响区未出现裂纹以及由于气孔及夹杂物引起的单个长度超过3mm的开口缺陷。
(4)按照AWS B4.0M-2000开展焊缝及热影响区-45℃冲击试验，试验结果均合格，具体见表2。
表2焊缝及热影响区-45℃冲击试验
(5)按照GB/T 4336-2002开展焊缝化学成分分析试验，试验结果均合格，具体见表3。
表3化学成分表
针对前述试验，可以看出本发明与现有技术相比，通过采用对安全壳环焊缝采用埋弧自动横焊工艺，获得质量稳定可靠的焊接接头，并提高了焊接效率，缩短了每道焊口的焊接周期。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。
Claims (8)
1.核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺，其特征在于，包括：
步骤一，确定焊前坡口及准备焊接材料；
步骤二，组对装配焊件，组对间隙范围为0-10mm，错边量范围为0-7mm；
步骤三，预热焊件间的焊缝位置，预热温度≥75℃，预热范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的两倍，且不小于100mm；
步骤四，首先对焊件间的焊缝位置的坡口和根部钝边进行打底焊接，形成打底焊道，然后对正反面的坡口进行多层多道焊填充焊接，形成填充焊道，再对正反面的坡口进行多层多道焊盖面焊接，形成盖面焊道，在焊接过程中的各焊接层间温度控制在93-200℃，并且焊接过程中采取措施控制焊接变形；
步骤五，焊缝检测以确认焊缝是否合格。
2.如权利要求1所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺，其特征在于，所述坡口为X型对称坡口或者K型对称或不对称坡口。
3.如权利要求1所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺，其特征在于，针对埋弧自动焊的所述焊接材料型号为F9AX-EG-F3、F9AX-EF3-F3、F9PX-EG-F3或F9PX-EF3-F3，其中焊丝规格为φ2.0～φ3.2，X取值在6-8之间；手工焊条电弧焊的焊接材料型号为E9018-G-H4或者E9018-G-H8,其中焊条规格为φ3.2或φ4.0。
4.如权利要求1所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺，其特征在于，在步骤四中，采用单一的埋弧自动横焊进行打底焊、填充焊和盖面焊，或者采用焊条电弧焊和埋弧自动横焊组合模式进行打底焊、填充焊和盖面焊。
5.如权利要求1所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺，其特征在于，所述步骤四包括：
步骤4.1，打底层焊接时，采用埋弧焊时以30-55cm/min的焊接速度进行焊接，焊接电流为300-480A,焊接电压为24-35V；采用焊条电弧焊时焊接电流为90-185A，电压20-32V，焊接速度4-10cm/min。
6.如权利要求5所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺，其特征在于，所述步骤四包括：
步骤4.2，填充层焊接时，正反面填充层以多层多道进行焊接，具体工艺为：采用埋弧焊以35-65cm/min的焊接速度进行焊接，焊接电流为300-550A,焊接电压为24-35V；采用焊条电弧焊时焊接电流为100-185A，电压20-32V，焊接速度6-20cm/min。
7.如权利要求5所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺，其特征在于，所述步骤四包括：
步骤4.3，盖面层焊接时，采用埋弧焊以35-70cm/min的焊接速度进行焊接，焊接电流为300-550A,焊接电压为24-35V；采用焊条电弧焊时焊接电流为100-185A，电压20-32V，焊接速度6-20cm/min。
8.如权利要求1所述的核电钢制安全壳环缝埋弧自动横焊工艺，其特征在于，所述步骤五还包括焊后热处理，该热处理的规范参数为：热处理保温温度595-620℃，保温时间小于10小时；焊后热处理的加热和冷却速度：在425℃以上，加热速率和冷却速率不应超过(220℃×25.4÷T)/h(T为材料的最大厚度)，且不超过220℃/h，亦不低于55℃/h。
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