CN108714748A - 核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口及焊接工艺 - Google Patents

核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口及焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口，坡口包括带钝边的U型坡口部、第一V型部坡口部以及第二V型部坡口部，第一V型坡口部的下端部连接带钝边的U型坡口部的上端部，第二V型坡口部的下端部连接第一V型坡口部的上端部。核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口焊接工艺包括带钝边的U型+双V型坡口加工，对根部焊道的焊接，填充焊道的焊接，找平焊道的焊接，盖面焊道的焊接，对核电站主管道进行高效、可靠的焊接，控制主管道的焊接变形，保证主管道的安装精度，不仅具有优质高效的优势，而且可降低残余应力，提高抗应力腐蚀敏感能力和抗疲劳断裂能力，不仅提高现场焊接效率，而且保证了焊接质量。

Description

核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口及焊接工艺
技术领域
本发明涉及核电站主管道锻件的现场焊接领域，特别是涉及一种核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口及焊接工艺。
背景技术
核电站一回路主管道是核安全一级设备，连接了压力容器、主泵、蒸发器等重要设备，承担着核安全保护屏障的重要功能，属于核电厂一回路压力边界，要在高温、高压的工况下运行40年以上，对质量要求非常高；同时主管道的焊接是核电站建设阶段的关键路径之一，对焊接质量要求非常严格。
AP1000堆型核电站主管道热段尺寸为Φ952.5×82.6mm，主管道母材为ASMETP316LN。
EPR核电站主管道内径为780mm，壁厚有76mm、90mm和97mm等三种规格，母材材质为X2CrNi19.10N2。
华龙一号主管道尺寸为Φ904×72mm等，母材材质为X2CrNiMo 18.12。
上述三种主管道均采用全锻件式，均属于典型的大厚壁不锈钢管道。当核电站主管道只有热段和冷段时，与以往压水堆核电站主管道设计相比，减少了调整段，因此不能通过调整段来调整主管道焊接收缩变形产生的安装偏差，焊接收缩变形只有在安装焊接过程中采取措施自行平衡，控制难度极大。
总体来说，现有的焊接技术存在以下的问题：
(1)、主管道窄间隙坡口一般为3V型或者双V型，极易根部成型不良；
(2)、焊接时焊枪通常未深入到坡口内，焊接的保护气体(采用氩气和氦气的混合气体)流量约70～80L/min，经济性能较差；
(3)、窄间隙焊接时，焊枪正向行走焊接一圈，然后逆向空走一圈返回起点附近，然后继续正向行走焊接一圈，焊枪空走，焊接效率低下；
(4)、焊接过程中前段使用ER316L焊丝，后段改用ER316LSi焊丝，工艺的复杂性比较高。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口，所述的坡口包括带钝边的U型坡口部、第一V型部坡口部以及第二V型部坡口部，所述的第一V型坡口部的下端部连接所述的带钝边的U型坡口部的上端部，所述的第二V型坡口部的下端部连接所述的第一V型坡口部的上端部。
优选地，所述的带钝边的U型坡口部中：钝边宽度X0＝0.8～1mm，钝边间隙X1≤1mm，钝边厚度Y1＝1～2mm，X1、Y1可以保证打底焊缝能够熔透，但不会熔穿；
所述的带钝边的U型坡口部中：钝边底边具有水平段、一端与所述的水平段相连接的倾斜段，所述的水平段的宽度X2＝13±0.5mm，所述的水平段与所述的倾斜段之间的夹角α1＝9.5°～10°，所述的倾斜段的另一端到所述的水平段的垂直距离Y2＝2±0.5mm，保证了背面对口平齐。
优选地，所述的带钝边的U型坡口部中：上端部的单边间隙X3＝7±1mm，高度Y3＝15±1mm，单边弧度R＝3.5±0.2mm，圆滑底部可以保证焊接打底时熔池与坡口两侧的有效熔合，焊缝根部焊接时熔池状态更易控制，极大提高了焊缝根部的焊接质量。
优选地，所述的第一V型部坡口部上端部的单边间隙X4＝8.6±0.5mm，所述的坡口包括带钝边的U型坡口部、第一V型部坡口部的高度Y4＝50±0.5mm。
优选地，所述的第二V型坡口部的单边坡口角度α2＝1.5～2.5°，可以保证坡口顶部尺寸不至于过大或者过小，坡口顶部尺寸如果过大，焊枪摆动不能到达，使得熔滴与管壁不能熔在一起；坡口顶部尺寸如果过小，焊枪不能深入到坡口中。
本发明的另一个目的是提供一种核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口焊接工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口焊接工艺，包括步骤：
(1)、坡口加工：加工所述的核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口；
(2)、管道组队：周向采用4点固定法，点固棒和母材之间不需要满焊，尽可能保证对接管道的稳定；
(3)、氩气室制作：采用隔板或者水溶纸方式在管道内制作氩气室，留有进气口和出气口，采用流量20～30L/min纯氩，保证焊缝背面得到氩气可靠的保护，维持背面气体保护，直到焊缝厚度至少达到6mm为止；
(4)、焊道设计：沿壁厚方向设计包括根部焊道、填充焊道、找平焊道以及盖面焊道；
(5)、焊道焊接：焊枪伸入破口内部对根部焊道、填充焊道、找平焊道以及盖面焊道进行焊接，深入坡口内的焊枪降低了保护气体的使用量，经济性较好。
优选地，对焊道进行焊接时：焊枪正向行走焊接一圈，然后逆向行走焊接一圈，每层之间交换焊接方向，顺时针焊接与逆时针焊接交替，不仅降低了焊接累积变形量，而且取消了焊枪空走，提高了焊接效率。
优选地，对填充焊道、找平焊道进行焊接时，钨极采用左右摆动的方式进行焊接，保证了熔滴与侧壁的熔合，同时可以减小坡口面积，减少焊材填充量。
优选地，对焊道进行焊接时仅使用ER316L焊丝，相较于以往后段改用ER316LSi焊丝，降低了工艺的复杂性。
优选地，当焊道铺展不均匀时：钨极采用左右摆动的方式进行重熔；当焊道两侧出现较深的熔合不良引起的沟槽时，采用单侧重熔。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明采用窄间隙自动焊技术对核电站主管道进行现场焊接，该技术不仅具有优质高效的优势，而且可降低残余应力，提高抗应力腐蚀敏感能力和抗疲劳断裂能力，不仅提高现场焊接效率，而且保证了焊接质量。
附图说明
附图1为本实施例中波动管全位置窄间隙自动焊坡口的结构示意图；
附图2为本实施例中窄间隙自动焊焊道布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施案例对本发明作进一步描述：
一种核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口焊接工艺，本实施例以波动管为例，包括步骤：
(1)、坡口加工：加工如图1所示的坡口：
一种核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口，坡口包括带钝边的U型坡口部1、第一V型部坡口部2以及第二V型部坡口部3，第一V型坡口部2的下端部连接带钝边的U型坡口部1的上端部，第二V型坡口部3的下端部连接第一V型坡口部2的上端部，形成带钝边U+双V型坡口结构，
其具体参数如下：
T为波动管壁厚；X0＝0.8～1mm，X1≤1mm，Y1＝1～2mm，X2＝13±0.5mm，α1＝9.5°～10°，Y2＝2±0.5mm，X3＝7±1mm，Y3＝15±1mm，R＝3.5±0.2mm，X4＝8.6±0.5mm，Y4＝50±0.5mm，α2＝1.5～2.5°。
(2)、管道组队：周向采用4点固定法，点固棒和母材之间不需要满焊，尽可能保证对接管道的稳定。
(3)、氩气室制作：采用隔板或者水溶纸方式在管道内制作氩气室，留有进气口和出气口，采用流量20～30L/min纯氩，保证焊缝背面得到氩气可靠的保护，维持背面气体保护，直到焊缝厚度至少达到6mm为止。
(4)、焊道设计：沿壁厚方向设计包括根部焊道、填充焊道、找平焊道以及盖面焊道。如图2所示：其中：
根部焊道4：共分四层，包括一条熔透焊道和三条支撑焊道，总焊接厚度H1＝5～8mm；
填充焊道5：总焊接厚度H2通过总厚度T减去H1、H3、H4来控制；
找平焊道6：从剩余焊缝厚度7～8mm开始；
盖面焊道7：一条或多条摆动焊道和1条或多条线状焊道，总焊接厚度H4＝0.5～3mm，焊缝余高控制在0～2mm。
(5)、焊道焊接：
根部焊道焊接：熔透焊道即为打底焊道，熔透焊道采用钨极无左右运动的方式进行焊接，焊接过程中钨极指向对口间隙，基值电流为110±5A，峰值电流为180±10A，线性速度为75±5mm/min；支撑焊道采用钨极左右摆动的方式进行焊接，钨极摆动两侧停留时间为0.5±0.1s，脉冲电流为钨极两侧停留时的同步脉冲。第一道支撑焊道，基值电流为120±15A，峰值电流为190±10A，线性速度为80±5mm/min；第二道支撑焊道，基值电流为130±20A，峰值电流为200±10A，线性速度为80±5mm/min；第三道支撑焊道，基值电流为130±20A，峰值电流为210±20A，线性速度为80±5mm/min，根部焊道总焊接厚度H1控制在5～8mm。
填充焊道焊接：填充焊道采用钨极左右摆动的方式进行焊接，钨极摆动两侧停留时间为0.5s±0.1s，脉冲电流为钨极两侧停留时的同步脉冲，前部填充焊道，基值电流为130±20A，峰值电流为220±30A，线性速度为80±10mm/min；最后一层填充焊道，基值电流为140±20A，峰值电流为220±30A，线性速度为80±10mm/min，总焊接厚度H2通过总厚度T减去H1、H3、H4来控制。
找平焊道焊接：从剩余焊缝厚度7-8mm开始找平，采用钨极左右摆动的方式进行焊接，钨极摆动两侧停留时间为0.5s±0.1s，脉冲电流为钨极两侧停留时的同步脉冲，基值电流为130±25A，峰值电流为220±20A，线性速度为80±5mm/min，根部焊道总焊接厚度H3控制在7～8mm。
盖面焊道焊接：基值电流为140±20A，峰值电流为220±20A，线性速度为80±10mm/min，如果外观无法令人满意，则可以进行不使用填充金属的再熔合。在不同类型焊道的规定参数中选取使用的参数，允许使用钨极无运动或钨极左右摆动的方式进行焊接，总焊接厚度H4＝0.5～3mm，焊缝余高控制在0～2mm。
(6)、特殊情况：用于调整焊道，焊接过程中可能会出现调整焊道(用于解决焊道成形不良与消除焊道表面熔合缺陷)，根据需要被调整的焊道的状态进行钨极动作选定，一般解决焊道铺展不均匀的问题采用钨极摆动重熔；当焊道两侧侧出现较深的熔合不良引起的沟槽时，采用单侧重熔，使焊道两侧成形圆滑。
电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊基本焊接工艺参数如表1、表2所示：
表1三代核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊基本焊接工艺参数：
注：正面保护分为一次气保护和二次气保护，一次气保护：实际流量＝20-30L/min，二次气保护：实际流量＝30-50L/min(距离坡口边缘小于30mm开始使用2次气)。背面保护最小流量12L/min，至少保持到焊缝厚度6mm。
表2核电站波动管全位置窄间隙自动焊焊接工艺参数：
其中：M：代表总的焊道数；IH：峰值电流，单位A；IB：基值电流，单位A；Vs：线性速度，单位mm/min，显示的速度Va需要经过计算：φ工作直径×ω(焊接行走角速度)；VfH：峰值焊丝速度，单位cm/min；VfB：基值焊丝速度，单位cm/min；UB：调节焊接基础环境的跟踪设定中的“跟踪电压”，单位V；pps：每秒脉冲。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口，其特征在于：所述的坡口包括带钝边的U型坡口部、第一V型部坡口部以及第二V型部坡口部，所述的第一V型坡口部的下端部连接所述的带钝边的U型坡口部的上端部，所述的第二V型坡口部的下端部连接所述的第一V型坡口部的上端部。
2.根据权利要求1所述的核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口，其特征在于：
所述的带钝边的U型坡口部中：钝边宽度X0=0.8～1mm，钝边间隙X1≤1mm，钝边厚度Y1=1～2mm；
所述的带钝边的U型坡口部中：钝边底边具有水平段、一端与所述的水平段相连接的倾斜段，所述的水平段的宽度X2=13±0.5mm，所述的水平段与所述的倾斜段之间的夹角α1=9.5°～10°，所述的倾斜段的另一端到所述的水平段的垂直距离Y2=2±0.5mm。
3.根据权利要求1所述的核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口，其特征在于：
所述的带钝边的U型坡口部中：上端部的单边间隙X3=7±1mm，高度Y3=15±1mm，
单边弧度R=3.5±0.2mm。
4.根据权利要求1所述的核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口，其特征在于：
所述的第一V型部坡口部上端部的单边间隙X4=8.6±0.5mm，所述的坡口包括带钝边的U型坡口部、第一V型部坡口部的高度Y4=50±0.5mm。
5.根据权利要求1所述的核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口，其特征在于：所述的第二V型坡口部的单边坡口角度α2=1.5～2.5°。
6.一种核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口焊接工艺，其特征在于：包括步骤：
（1）、坡口加工：加工如权利要求1至5中任意一项权利要求所述的核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口；
（2）、管道组队：周向采用4点固定法；
（3）、氩气室制作：采用隔板或者水溶纸方式在管道内制作氩气室，留有进气口和出气口；
（4）、焊道设计：沿壁厚方向设计包括根部焊道、填充焊道、找平焊道以及盖面焊道；
（5）、焊道焊接：焊枪伸入破口内部对根部焊道、填充焊道、找平焊道以及盖面焊道进行焊接。
7.根据权利要求6所述的核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口焊接工艺，其特征在于：对焊道进行焊接时：焊枪正向行走焊接一圈，然后逆向行走焊接一圈，每层之间交换焊接方向，顺时针焊接与逆时针焊接交替。
8.根据权利要求6所述的核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口焊接工艺，其特征在于：对填充焊道、找平焊道进行焊接时，钨极采用左右摆动的方式进行焊接。
9.根据权利要求6所述的核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口焊接工艺，其特征在于：对焊道进行焊接时仅使用ER316L焊丝。
10.根据权利要求6所述的核电站主管道锻件全位置窄间隙自动焊坡口焊接工艺，其特征在于：当焊道铺展不均匀时：钨极采用左右摆动的方式进行重熔；当焊道两侧出现较深的熔合不良引起的沟槽时，采用单侧重熔。
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