CN108857065A - 一种核电蒸汽发生器的焊接方法 - Google Patents

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张茂龙
鲁艳红
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Abstract

本发明提供一种核电蒸汽发生器的焊接方法，通过激光焊对核电蒸汽发生器的管子管板进行焊接，焊缝深宽比大，能显著提高熔深，有效消除焊缝根部未熔合的缺陷。相比传统的钨极氩弧焊，激光焊时沿管子管板间隙的局部熔深提高2倍以上，同时将焊接效率提高5倍以上。

Description

一种核电蒸汽发生器的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种核电蒸汽发生器的焊接方法。
背景技术
目前国内外对于核电蒸汽发生器管子管板的焊接，广泛采用钨极氩弧焊。然而，管子管板的钨极氩弧焊可能出现根部未熔合的缺陷。管子管板焊缝的考核指标中需要考察焊后的内径，因此不能采用较大的焊接电流，焊接电流是影响熔深的关键参数，熔深不大，焊缝根部在较大的应力作用下出现裂纹，从而造成根部未熔合，如图1所示。
此外，核电蒸汽发生器的管子管板接头数量众多(以CAP1400蒸汽发生器为例，有25212个管子管板接头)，钨极氩弧焊焊接效率低，因此完成蒸汽发生器的管子管板焊接需要较长时间。
激光焊是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。现有技术的一个示例，使用激光焊对不锈钢管子管板(接头形式为管子外凸，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢)进行焊接。该示例指出，容易生成气孔为激光焊的固有缺陷，通过降低焊接速度，改善保护气的供给等方式，以期望消除或减少气孔的产生。
现有技术的另一示例中，使用激光焊，对材料为19Mn6+DT4A+25#或15CrMo+15CrMo的管板管子进行焊接试验，同样指出消除气孔以获得理想焊缝的意图。该示例中还进一步指出，激光焊可以适用于DT4A+20#材料的管子管板焊接，但不适合焊接15CrMo等低合金钢材的管子管板。可见，待焊接的材料不同，对激光焊的实施效果也具有重要影响。目前没有将激光焊应用于核电蒸汽发生器的管子管板焊接的情况。
发明内容
针对目前核电蒸汽发生器管子管板焊接广泛采用钨极氩弧焊的现状，本发明在提出的一种核电蒸汽发生器的焊接方法中，用激光焊取代氩弧焊对核电蒸汽发生器的管子管板进行焊接，消除了核电蒸汽发生器管子管板焊接根部未熔合的缺陷。
本发明提供的一种核电蒸汽发生器的焊接方法，通过激光焊对核电蒸汽发生器的管子管板进行焊接，以消除焊缝根部未熔合的缺陷。
可选地，以激光焊替代钨极氩弧焊，对核电蒸汽发生器的管子管板进行焊接，激光焊时沿管子管板间隙的局部熔深得以达到钨极氩弧焊时的两倍以上。
可选地，管子是690镍基管，管板的材料是低合金钢，两者之间通过激光焊形成的镍基堆焊层来固定连接。
可选地，激光功率2～3kW，焊接速度：1.5～2.0m/min，离焦量：+2～+3mm，保护气体流量6～8L/min。
本发明之前，未有将激光焊应用在核电蒸汽发生器管子管板焊接的实施方案。而本发明的一种核电蒸汽发生器的焊接方法，提供了消除核电蒸汽发生器管子管板焊接根部未熔合缺陷的高效焊接工艺。本发明中用激光焊取代氩弧焊，对核电蒸汽发生器的管子管板进行焊接，焊缝熔深提高2倍以上，有效消除管子管板氩弧焊可能出现的根部未熔合缺陷，同时将焊接效率提高5倍以上。
激光焊的焦点光斑小，功率密度高，不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑，且因为不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形可降至最低。激光焊接自动化程度高，可以计算机控制，焊接速度快，功效高，能够进行复杂形状的焊接。激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序。激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换。生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。
附图说明
图1是传统氩弧焊方法焊接时的根部未熔合状态示意图；
图2是传统氩弧焊方法焊接时管子管板间隙及扩展裂纹的示意图；
图3是两种焊接的对照图，(a)对应传统氩弧焊，(b)对应本发明的激光焊；
图4是本发明一个示例中激光焊设备的示意图；
图5是本发明一个示例中激光焊的流程图。
具体实施方式
本发明以激光焊取代氩弧焊，对核电蒸汽发生器的管子管板进行焊接。示例的管子是690镍基管，管板的材料是低合金钢，两者之间通过激光焊形成的镍基堆焊层来固定连接。示例的管子管板接头形式是平齐的。
激光能量密度高，在焊接过程中存在小孔效应，即：高功率密度的激光入射到工件表面上，使工件表面温度迅速升高、熔化、汽化，并在汽化膨胀压力作用下在工件内部形成小孔，小孔周围形成熔化池。因而，激光焊的焊缝深宽比大，能显著提高熔深。
如图2所示，传统的焊接方式下，管子管板焊缝下方存在间隙，在较大应力作用下，间隙尖端扩展形成裂纹造成根部未熔合。熔深越大，则裂纹扩展阻力越大，对照图3(a)(b)两例激光管子管板焊缝的形貌可以看出，使用本发明的焊接方法后，参见图3(b)，局部熔深(沿管子管板间隙)达两倍以上，因此可以消除根部未熔合缺陷。
参见图4，示例的激光焊设备包含：激光器、机器人系统、激光焊枪。其中，激光器(固体/气体/半导体)，通过实现激光传送、方向和焦点控制的导光系统，来连接被机器人系统夹持的激光焊枪；机器人系统作为运动及控制系统，可精确控制激光焊接轨迹，并可携带过程与质量的监控系统。其他还可以包含诸如光学元件的水冷系统、光学系统的保护装置等外围设备。
本例中，用激光对蒸汽发生器的管子管板进行焊接，激光功率2～3kW，焊接速度：1.5～2.0m/min，离焦量：+2～+3mm，保护气体流量6～8L/min。激光能量密度高，因此焊接速度快，从而可以提高焊接效率。
参见图5，示例的激光焊接过程，包含：
机器人系统带动激光焊枪到达待焊管孔附近；
对待焊管孔进行扫描，获得待焊管孔中心位置，使激光焊枪得以定位；
预送保护气(氦、氩、氮等惰性气体)，使工件在焊接过程中免受氧化，保护聚焦透镜，及驱散等离子屏蔽；
管子管板焊缝激光焊接；
后送保护气，完成管子管板焊接。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种核电蒸汽发生器的焊接方法，其特征在于，通过激光焊对核电蒸汽发生器的管子管板进行焊接，以消除焊缝根部未熔合的缺陷。
2.如权利要求1所述核电蒸汽发生器的焊接方法，其特征在于，以激光焊替代钨极氩弧焊，对核电蒸汽发生器的管子管板进行焊接，激光焊时沿管子管板间隙的局部熔深得以达到钨极氩弧焊时的两倍以上。
3.如权利要求1所述核电蒸汽发生器的焊接方法，其特征在于，管子是690镍基管，管板的材料是低合金钢，两者之间通过激光焊形成的镍基堆焊层来固定连接。
4.如权利要求1所述核电蒸汽发生器的焊接方法，其特征在于，激光功率2～3kW，焊接速度：1.5～2.0m/min，离焦量：+2～+3mm，保护气体流量6～8L/min。
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