CN108067708B - 核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法 - Google Patents

核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其包括以下步骤：1)使乏燃料水池不锈钢覆面母材的相对端部形成焊接前组合坡口，组合坡口包括上坡口和下坡口，上坡口底部连接下坡口顶部；2)进行打底不加丝焊接，形成根部焊道；3)对下坡口和上坡口进行加丝填充焊接，形成填充焊道；以及4)对上坡口的顶部进行加丝盖面焊接。相对于现有技术，本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法中，自动焊工艺的坡口窄，焊接熔敷金属的填充量小，焊接成本相对比较低；自动焊工艺的坡口可以实现多层单道焊，可降低现场操作难度，降低对高水平焊工的依赖；自动焊工艺焊接效率高，每道焊口的焊接周期相对短。

Description

核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法
技术领域
本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法。
背景技术
压水堆核电站乏燃料水池位于核燃料厂房内，其功能主要是用于长期贮存乏燃料，为核燃料的装卸、运输和贮存等一系列工艺操作提供场所。在核电站服役阶段，核电站乏燃料水池一直充满含硼水，为核设备运行提供适宜的清洁环境，阻止放射性物质渗入核电站内部的混凝土结构，核电站运行期间必须能保证乏燃料水池不产生泄漏。因此，核电站乏燃料水池的建造质量好坏直接影响核电站运行的安全性。
相关技术的核电站在不同阶段都容易发生水池泄露的问题或事故，众多水池失效案例表明泄漏事故大多直接或间接与建造期间的焊接原始缺陷相关，因此，提高覆面焊接质量对保证钢覆面运行的质量意义重大。
目前，相关核电站乏燃料水池不锈钢覆面的焊接主要采用手工焊丝氩弧焊工艺，坡口形式为带垫板的V形坡口，焊接采用单层多道焊。
但是，相关核电站乏燃料水池不锈钢覆面的焊接方法存在以下缺陷：
手工焊接工艺的坡口宽、组对间隙大，焊接熔敷金属的填充量大；
手工焊接工艺的坡口形式和尺寸决定了在进行焊接时采用多层多道焊进行焊接，焊接周期相对较长；
采用手工焊接工艺，焊工工作量大、焊接环境差且焊接质量受焊工水平影响大；
采用带垫板焊接工艺，增加了结构复杂度，现场施工复杂，在焊缝根部两侧容易产生根部未熔合问题。
有鉴于此，确有必要提供一种可提高焊接效率、减少焊接填充材料的核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法。
发明内容
脉冲惰性气体保护电弧焊是焊接质量较好的方法之一，其在工作时，由自动送丝机构送进焊丝，保护气体使用氩气、氦气等惰性气体，根据设定的参数自动行走焊接。相比于目前核电工程普遍采用的手工电弧焊，气体保护电弧焊可以降低焊接热输入量、改善焊缝成型、提高焊缝质量，并且大幅度提高焊接效率(焊接材料熔敷率超过12kg/h)。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可能性得到有效降低和控制，更易一次性获得符合核安全设备使用性能的优质焊接接头。
本发明将脉冲惰性气体保护电弧焊引入核电工程，采用的脉冲惰性气体保护电弧焊焊机包括焊接电源、电视监控系统、遥控器、焊接机头、温控系统、磁控系统、焊接轨道及焊枪。其中，焊接电源是一种逆变电源，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。脉冲惰性气体保护电弧焊可调工艺参数多，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。
基于以上分析，本发明的目的在于：提供一种可提高焊接效率、减少焊接填充材料的核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其包括以下步骤：
1)使乏燃料水池不锈钢覆面母材的相对端部形成焊接前组合坡口，组合坡口包括上坡口和下坡口，上坡口底部连接下坡口顶部；
2)进行打底不加丝焊接，形成根部焊道；
3)对下坡口和上坡口进行加丝填充焊接，形成填充焊道；以及
4)对上坡口的顶部进行加丝盖面焊接。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，步骤1)中，所述上坡口的顶部宽度范围为4.0～4.5mm，所述下坡口的顶部宽度范围为3.5～4mm，所述下坡口的高度范围为2～3mm。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，步骤2)中，焊接电源的电压峰值的范围为10V～18V，电流基值的范围为60A～120A，电流峰值的范围为180A～220A，焊丝的基值送丝速度为20～50inch/min，焊丝的峰值送丝速度为100～120inch/min，焊接的速度为4～6inch/min。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，步骤3)中，焊接电源的电压峰值的范围为12V～18V，电流基值的范围为120A～180A，电流峰值的范围为220A～260A，焊丝的基值送丝速度为30～45inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～90inch/min，焊接的速度为4～6inch/min。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，步骤4)中，焊接电源的电压峰值的范围为12V～18V，电流基值的范围为120A～140A，电流峰值的范围为200A～220A，焊丝的基值送丝速度为20～30inch/min，焊丝的峰值送丝速度为60～80inch/min，焊接的速度为3～5inch/min。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，焊接填充材料在送丝过程中采用温控系统进行加热，加热温度为200℃-300℃。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，采用磁控系统平衡焊接磁场。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，所述焊接母材材料为不锈钢，焊接的保护气体为氩气气体。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，所述自动焊接方法采用脉冲惰性气体保护电弧焊。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，步骤4)中，盖面焊接采用线性焊道或摆动焊道。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，步骤4)中，从剩余焊缝厚度1～2mm开始，进行盖面焊接。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，所述核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的可焊接壁厚范围3mm～10mm。
作为本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一种改进，以质量百分比计，所述核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法采用的焊丝含有≤0.030％的C、0.65～0.80％Si、1.00～2.50％Mn、0.008～0.015％S、12.00～14.00％Ni、18.00～20.00％Cr、2.00～3.00％Mo、≤0.10％Cu、≤0.020％P、≤0.10％Co、≤0.0018％B和6～12％铁素体。
相对于现有技术，本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法具有以下优点：
自动焊工艺的坡口窄，焊接熔敷金属的填充量小，焊接成本相对比较低；
自动焊工艺的坡口可以实现多层单道焊，可降低现场操作难度，降低对高水平焊工的依赖。
自动焊工艺焊接效率高，每道焊口的焊接周期相对短。
自动焊工艺采用单面焊双面成形工艺，可以覆盖现场不能安装垫板的不锈钢覆面焊接，并可提高根部熔合质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法进行详细说明，其中:
图1是本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法中安全壳坡口结构示意图。
图2是本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的焊接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合具体实施方式，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。
请参照图1和图2所示，本发明提供了一种核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其包括以下步骤：
1)使乏燃料水池不锈钢覆面母材的相对端部形成焊接前组合坡口，组合坡口包括上坡口和下坡口，上坡口底部连接下坡口顶部；
2)进行打底不加丝焊接(干烧)，形成根部焊道；
3)对下坡口和上坡口进行加丝填充焊接，形成填充焊道；以及
4)从剩余焊缝厚度1～2mm开始，对上坡口的顶部进行加丝盖面焊接，盖面焊接采用线性焊道或摆动焊道。
请参照图1所示，根据本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一个实施方式，步骤1)中，上坡口的顶部宽度X范围为4.0～4.5mm，下坡口的顶部宽度X2范围为3.5～4mm，下坡口的高度H2范围为2～3mm。
根据本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一个实施方式，采用脉冲惰性气体保护电弧焊，步骤2)中，焊接电源的电压峰值的范围为10V～18V，电流基值的范围为60A～120A，电流峰值的范围为180A～220A，焊丝的基值送丝速度为20～50inch/min，焊丝的峰值送丝速度为100～120inch/min，焊接的速度为4～6inch/min。步骤3)中，焊接电源的电压峰值的范围为12V～18V，电流基值的范围为120A～180A，电流峰值的范围为220A～260A，焊丝的基值送丝速度为30～45inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～90inch/min，焊接的速度为4～6inch/min。步骤4)中，焊接电源的电压峰值的范围为12V～18V，电流基值的范围为120A～140A，电流峰值的范围为200A～220A，焊丝的基值送丝速度为20～30inch/min，焊丝的峰值送丝速度为60～80inch/min，焊接的速度为3～5inch/min。
根据本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一个实施方式，焊接填充材料在送丝过程中采用温控系统进行加热，加热温度为200℃-300℃。
根据本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一个实施方式，采用磁控系统平衡焊接磁场，焊接母材材料为不锈钢，焊接的保护气体为氩气气体，核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的可焊接厚度范围为3mm～10mm。
根据本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的一个实施方式，焊丝直径φ1.0mm，以质量百分比计，所述核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法采用的焊丝含有≤0.030％的C、0.65～0.80％Si、1.00～2.50％Mn、0.008～0.015％S、12.00～14.00％Ni、18.00～20.00％Cr、2.00～3.00％Mo、≤0.10％Cu、≤0.020％P、≤0.10％Co、≤0.0018％B和6～12％铁素体。本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法中采用的焊丝，在常规ER316L焊材基础上提高了Si含量，提高了熔池流动性，保证了焊接质量。
结合以上描述可知，相对于现有技术，本发明核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法具有以下优点：
自动焊工艺的坡口窄，焊接熔敷金属的填充量小，焊接成本相对比较低；
自动焊工艺的坡口可以实现多层单道焊，可降低现场操作难度，降低对高水平焊工的依赖。
自动焊工艺焊接效率高，每道焊口的焊接周期相对短。
自动焊工艺采用单面焊双面成形工艺，可以覆盖现场不能安装垫板的不锈钢覆面焊接，并可提高根部熔合质量。
根据上述原理，本发明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 (8)

1.一种核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其特征在于，所述核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法的焊接壁厚范围为3mm～10mm，其包括以下步骤：
1)使乏燃料水池不锈钢覆面母材的相对端部形成焊接前组合坡口，组合坡口包括上坡口和下坡口，上坡口底部连接下坡口顶部；所述上坡口的顶部宽度范围为4.0～4.5mm，所述下坡口的顶部宽度范围为3.5～4mm，所述下坡口的高度范围为2～3mm；
2)进行打底不加丝焊接，形成根部焊道；
3)对下坡口和上坡口进行加丝填充焊接，形成填充焊道；焊接填充材料在送丝过程中采用温控系统进行加热，加热温度为200℃-300℃；以及
4)对上坡口的顶部进行加丝盖面焊接；
焊接母材材料为不锈钢；以质量百分比计，所述核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法采用的焊丝含有≤0.030％的C、0.65～0.80％Si、1.00～2.50％Mn、0.008～0.015％S、12.00～14.00％Ni、18.00～20.00％Cr、2.00～3.00％Mo、≤0.10％Cu、≤0.020％P、≤0.10％Co、≤0.0018％B和6～12％铁素体。
2.根据权利要求1所述的核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其特征在于，步骤2)中，焊接电源的电压峰值的范围为10V～18V，电流基值的范围为60A～120A，电流峰值的范围为180A～220A，焊丝的基值送丝速度为20～50inch/min，焊丝的峰值送丝速度为100～120inch/min，焊接的速度为4～6inch/min。
3.根据权利要求1所述的核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其特征在于，步骤3)中，焊接电源的电压峰值的范围为12V～18V，电流基值的范围为120A～180A，电流峰值的范围为220A～260A，焊丝的基值送丝速度为30～45inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～90inch/min，焊接的速度为4～6inch/min。
4.根据权利要求1所述的核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其特征在于，步骤4)中，焊接电源的电压峰值的范围为12V～18V，电流基值的范围为120A～140A，电流峰值的范围为200A～220A，焊丝的基值送丝速度为20～30inch/min，焊丝的峰值送丝速度为60～80inch/min，焊接的速度为3～5inch/min。
5.根据权利要求1所述的核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其特征在于，采用磁控系统平衡焊接磁场。
6.根据权利要求1所述的核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其特征在于，所述焊接的保护气体为氩气气体。
7.根据权利要求1所述的核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其特征在于，步骤4)中，盖面焊接采用线性焊道或摆动焊道。
8.根据权利要求1所述的核电站乏燃料水池不锈钢覆面自动焊接方法，其特征在于，步骤4)中，从剩余焊缝厚度1～2mm开始，进行盖面焊接。
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