CN109277670B - 一种核电厂稳压器电加热元件自动填丝焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核电厂稳压器电加热元件现场更换或设备制造安装技术领域，具体涉及一种核电厂稳压器电加热元件现场更换全套工艺，目的是减低焊接热输入，消除产生热裂纹风险；消除产生焊缝未焊透或焊缝根部未熔合的风险，确保焊缝内外表面成形良好；以标准的焊丝材料替代特制的铁素体填充环作为焊接材料，摆脱国外材料的进口依赖，大副减低成本；自动填丝脉冲钨极自动焊接工艺，以及实现该焊接工艺的配套辅助工艺，实现高质量的电加热元件的现场更换。本发明已在方家山1、2#机、秦二厂1#机分4次成功的实现了共14根电加热元件的现场更换，所有更换都实现“一次操作，一次合格”，工艺可靠性已得到成功验证。

Description

一种核电厂稳压器电加热元件自动填丝焊接工艺
技术领域
本发明属于核电厂稳压器电加热元件现场更换或设备制造安装技术领域，具体涉及一种核电厂稳压器电加热元件自动填丝焊接工艺。
背景技术
稳压器是核电厂一回路压力边界的重要设备，主要起到稳定一回路压力的作用，其中电加热元件是稳压器的主要功能元件。电加热元件是从稳压器底封头贯穿件插入稳压器内部，通过电加热元件套管，其内径
Figure BDA0001799526840000011
外径
Figure BDA0001799526840000012
贯穿稳压器底封头，该套管在稳压器底封头内壁采用J型焊缝密封焊接，其中电加热元件通过一个连接件与电加热元件套管焊接连接，材料同为Z2CND18-12(N)，连接件和电加热元件套管之间的连接焊缝采用对接焊缝连接，且构成核电厂一回路压力边界焊缝，焊缝等级为核安全I级。基本结构如图1所示。
核电厂的稳压器电加热元件数量比较多，根据不同的设计，数量达到63个或更多，在稳压器底封头环状C形布置。由于电加热元件之间的间隔距离比较小，该部位周围空间也很狭窄，电加热元件之间的中心距最小只有55毫米，电加热元件之间的间隙最小只有46毫米，电加热元件的连接件与套管之间的连接焊缝用手工焊接无法胜任，已有的国内外普遍的焊接工艺是采用不开坡口，连接焊缝用铁素体填充环作为焊接填充材料，焊接采用自动钨极氩弧焊一次重熔焊接工艺，电加热元件的初次安装和更换都采用此工艺，具体焊接结构如图2所示。
若电加热元件失去加热功能，就需要现场更换电加热元件，以满足稳压器稳定一回路压力的功能要求。稳压器电加热元件的现场更换就是切割稳压器电加热元件的连接件与套管之间的连接焊缝，抽拔出电加热元件，对电加热元件套管端部进行焊接坡口加工，使其符合焊接要求，再安装新电加热元件后重新焊接的过程。
由于电加热元件的连接件与套管之间的连接焊缝用手工焊接无法胜任，已有的国内外普遍的焊接工艺是采用不开坡口，以铁素铁不锈钢填充环作为焊接填充材料,采用自动钨极氩弧焊接工艺一次性熔焊而成。这种采用一次性自熔焊接工艺相对简单，但需要的熔深大，为确保焊缝根部全熔透，焊接工艺需要的热输入大，且连接件部位散热条件差，容易出现热裂纹。为了减低焊缝热裂纹倾向，采用了铁素体不锈钢填充环作为填充材料，该材料与母材不同材质，冲击韧性比母材低，且工业用量小，需要单独冶炼，实际使用主要依赖进口，价格昂贵。此外，这种结构对于焊缝坡口或焊接电弧的对中要求非常高，稍有不慎就可能产生单边未焊透或熔合不良等焊接缺陷，焊缝根部和焊缝表面的成形不容易兼顾，一定程度上影响焊缝质量。由于该焊缝是一回路压力边界焊缝，若焊缝产生单边未熔合、未焊透，或热裂纹等焊接缺陷，则需要重新更换，造成巨大的损失。
发明内容
本发明的目的是减低焊接热输入，消除产生热裂纹风险；消除产生焊缝未焊透或焊缝根部未熔合的风险，确保焊缝内外表面成形良好；以标准的焊丝材料替代特制的铁素体填充环作为焊接材料，摆脱国外材料的进口依赖，大副减低成本；自动填丝脉冲钨极自动焊接工艺，以及实现该焊接工艺的配套辅助工艺，实现高质量的电加热元件的现场更换。
本发明是这样实现的：
一种核电厂稳压器电加热元件自动填丝焊接工艺，具体包括如下步骤：
步骤一：预先将电加热元件与套管的连接件加工成新设计的焊接坡口，此项工作作为常规机加工工作，在机加工车间内用车床加工；
步骤二：用切割工具沿水平方向切割原设计连接焊缝，直至电加热元件与套管的连接件与电加热元件套管完全分离；
步骤三：在切割后从下部拆卸需要更换的电加热元件；
步骤四：切割后的电加热元件套管在现场加工坡口；
步骤五：加工完成的坡口做焊前PT检查，确认无超标缺陷；
步骤六：安装新的电加热元件，将加工好的电加热元件与套管的连接件套装在电加热元件上，位于电加热元件套管的下端；
步骤七：调节电加热元件与套管的连接件和电加热元件套管之间的坡口间隙并进行对中，完成后对坡口进行焊接点固，点固焊可以用自动焊接，也可以用手工焊接；
步骤八：安装紫铜温度调节块；
步骤九：安装胶皮围腔并驱除空气；
步骤十：充气的同时在焊接模拟体上做焊前见证件焊接，要求见证件焊缝根部、焊缝表面成形和氧化保护良好就可以正式焊接；
步骤十一：见证件焊接合格后，焊接机头安装到现场需要焊接的环形焊接坡口处；待充气完成后，拆除胶皮围腔并快速焊接；
步骤十二：采用单道二层焊接填充进行焊接，首先在内层采用横截面为弧形的打底焊缝，完成后对焊缝表面进行清理，目视检查，然后在外层采用横截面为弧形的盖面焊缝；
步骤十三：现场所有当班焊接的焊缝完成后焊接一个焊后见证件，确保焊接质量和工艺参数的一致性；
步骤十四：所有焊缝完成后对连接焊缝进行PT检查，RT检查，确认合格。
如上所述的步骤一中，电加热元件与套管的连接件的外径为32.5mm，内径为23mm，高度为28mm；在电加热元件与套管的连接件上端的内侧开设有环形凹槽，该凹槽的深度为1.5mm，高度为5mm，凹槽的底部设置有半径为1mm的圆角；凹槽内壁的上端沿径向向外延伸0.5mm至1.4mm后，向下延伸0.5mm至1.5mm，再向外开设角度为10°至30°的倒角；在电加热元件与套管的连接件的中部开设有横截面为三角形的凹槽，该凹槽底部中心位置与电加热元件与套管的连接件下端的距离为18mm。
如上所述的步骤四中，加工后的电加热元件套管外径为32.5mm，内径为23mm；在电加热元件套管下端的内侧开设有环形凹槽，该凹槽的深度为1.5mm，高度为5mm，凹槽的底部设置有半径为1mm的圆角；凹槽内壁的下端向外开设角度为15°至35°的倒角。
如上所述的步骤七中，自动焊点固焊接工艺参数如表1所示：
表1自动焊点固焊接工艺参数
Figure BDA0001799526840000041
如上所述的步骤八中，紫铜温度调节块安装在电加热元件与套管的连接件和电加热元件的外壁上；紫铜温度调节块整体为环形，上部内壁的形状与电加热元件与套管的连接件和电加热元件包壳与连接件密封焊缝的外部形状相匹配，下部内壁与电加热元件包壳的外径相匹配。
如上所述的步骤九中，胶皮围腔整体为圆环形，固定在电加热元件套管和电加热元件与套管的连接件之间形成环形焊接坡口的外侧；导气管的进气端与气源连接，出气端与注射管的后端连接；注射管的头部刺穿胶皮围腔伸入至环形焊接坡口内部；用氩气通过注射管对围成的空腔内充气，把内部的空气驱除到稳压器空腔内；充气时间不小于5分钟，并控制充气流量。
如上所述的步骤十二中，单道二层焊接工艺参数如表2所示：
表2单道二层焊接工艺参数
Figure BDA0001799526840000051
如上所述的步骤十二中，所述的焊丝采用ER316L焊丝。
本发明的有益效果是：
此焊接工艺已在中国核电方家山1、2#机、秦二厂1#机分4次成功的实现了共14根电加热元件的现场更换，新更换的电加热元件连接焊缝经过PT、RT无损检验合格，所有更换都实现“一次操作，一次合格”，工艺可靠性已得到成功验证。
附图说明
图1是现有的核电站稳压器电加热元件与稳压器底封头连接结构示意图；
图2是稳压器电加热元件与套管焊缝接头原设计示意图；
图3是本发明的一种核电厂稳压器电加热元件现场更换全套工艺的电加连接件侧焊接坡口设计示意图；
图4是本发明的一种核电厂稳压器电加热元件现场更换全套工艺的套管侧焊接坡口设计示意图；
图5是本发明的一种核电厂稳压器电加热元件现场更换全套工艺的焊接坡口组合示意图；
图6是本发明的一种核电厂稳压器电加热元件现场更换全套工艺的外坡口内充氩工艺方法示意图；
图7是本发明的一种核电厂稳压器电加热元件现场更换全套工艺的电加连接件防止过热温度调节方法示意图；
图8是本发明的一种核电厂稳压器电加热元件现场更换全套工艺的坡口分层焊接焊道布置示意图。
其中：1.稳压器底封头，2.稳压器裙座支撑体，3.电加热元件套管，4.电加热元件与电加热元件套管连接焊缝，5.电加热元件，6.稳压器波动管，7.原设计连接焊缝，8.电加热元件与套管的连接件，9.电加热元件包壳与连接件密封焊缝，10.打底焊缝，11.盖面焊缝，13.胶皮围腔，14.注射管，15.导气管，16.紫铜温度调节块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
一种核电厂稳压器电加热元件自动填丝焊接工艺，具体包括如下步骤：
步骤一：预先将电加热元件与套管的连接件8加工成如图3所示的新设计的焊接坡口，此项工作可以作为常规机加工工作，在机加工车间内用车床加工；所述的电加热元件与套管的连接件8的外径为32.5mm，内径为23mm，高度为28mm。在电加热元件与套管的连接件8上端的内侧开设有环形凹槽，该凹槽的深度为1.5mm，高度为5mm，凹槽的底部设置有半径为1mm的圆角。凹槽内壁的上端沿径向向外延伸0.5mm至1.4mm后，向下延伸0.5mm至1.5mm，再向外开设角度为10°至30°的倒角。在电加热元件与套管的连接件8的中部开设有横截面为三角形的凹槽，该凹槽底部中心位置与电加热元件与套管的连接件8下端的距离为18mm；
步骤二：用切割工具沿水平方向切割如图2所示的原设计连接焊缝7，直至电加热元件与套管的连接件8与电加热元件套管3完全分离；
步骤三：在切割后从下部拆卸需要更换的电加热元件5；
步骤四：切割后的电加热元件套管3在现场加工坡口，如图4所示。所述的加工后的电加热元件套管3外径为32.5mm，内径为23mm。在电加热元件套管3下端的内侧开设有环形凹槽，该凹槽的深度为1.5mm，高度为5mm，凹槽的底部设置有半径为1mm的圆角。凹槽内壁的下端向外开设角度为15°至35°的倒角。
步骤五：加工完成的坡口做焊前PT检查，确认无超标缺陷；
步骤六：安装新的电加热元件5，将加工好的电加热元件与套管的连接件8套装在电加热元件5上，位于电加热元件套管3的下端，坡口组合如图5所示；
步骤七：调节电加热元件与套管的连接件8和电加热元件套管3之间的坡口间隙并进行对中，完成后对坡口进行焊接点固，点固焊可以用自动焊接，也可以用手工焊接；其中，自动焊点固焊接工艺参数如表1所示：
表1自动焊点固焊接工艺参数
Figure BDA0001799526840000071
步骤八：安装紫铜温度调节块16，如图7所示。所述的紫铜温度调节块16安装在电加热元件与套管的连接件8和电加热元件5的外壁上。紫铜温度调节块16整体为环形，上部内壁的形状与电加热元件与套管的连接件8和电加热元件包壳与连接件密封焊缝9的外部形状相匹配，下部内壁与电加热元件5包壳的外径相匹配。由于调节块是紫铜材料，吸热快，用于调节焊接收弧阶段的最高温度，使焊缝外观成型均匀，防止因温度过高使收弧阶段焊缝及热影响区过度氧化；
步骤九：如图6所示，安装胶皮围腔13并驱除空气；胶皮围腔13整体为圆环形，固定在电加热元件套管3和电加热元件与套管的连接件8之间形成环形焊接坡口的外侧。导气管15的进气端与气源连接，出气端与注射管14的后端连接。注射管14的头部刺穿胶皮围腔13伸入至环形焊接坡口内部。用氩气通过注射管14对围成的空腔内充气，把内部的空气驱除到稳压器空腔内。充气时间不小于5分钟，并控制充气流量；
步骤十：充气的同时在焊接模拟体上做焊前见证件焊接，要求见证件焊缝根部、焊缝表面成形和氧化保护良好就可以正式焊接；
步骤十一：见证件焊接合格后，焊接机头安装到现场需要焊接的环形焊接坡口处。待充气完成后，拆除胶皮围腔13并快速焊接；
步骤十二：焊接顺序如图8所示，采用单道二层焊接填充进行焊接，首先在内层采用横截面为弧形的打底焊缝10，完成后对焊缝表面进行清理，目视检查，然后在外层采用横截面为弧形的盖面焊缝11；所述的单道二层焊接工艺参数如表2所示：
表2单道二层焊接工艺参数
Figure BDA0001799526840000081
所述的焊丝采用ER316L焊丝替代现有工艺中使用的铁素体不锈钢填充环材料，符合标准的焊接材料选材，改善焊缝接头的性能指标，减低焊接成本。
步骤十三：现场所有当班焊接的焊缝完成后焊接一个焊后见证件，确保焊接质量和工艺参数的一致性。
步骤十四：所有焊缝完成后对连接焊缝进行PT检查，RT检查，确认合格。
上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (4)

1.一种核电厂稳压器电加热元件自动填丝焊接工艺，具体包括如下步骤：
步骤一：预先将新的电加热元件与套管的连接件(8)加工成新设计的焊接坡口，此项工作作为常规机加工工作，在机加工车间内用车床加工；
步骤二：用切割工具沿水平方向切割原设计连接焊缝(7)，直至电加热元件与套管的连接件(8)与电加热元件套管(3)完全分离；
步骤三：在切割后从下部拆卸需要更换的电加热元件(5)；
步骤四：切割后的电加热元件套管(3)在现场加工坡口；
步骤五：加工完成的坡口做焊前PT检查，确认无超标缺陷；
步骤六：安装新的电加热元件(5)，将加工好的电加热元件套管(3)与套管的连接件(8)套装在新的电加热元件(5)上，套管的连接件(8)位于电加热元件套管(3)的下端；
步骤七：调节电加热元件与套管的连接件(8)和电加热元件套管(3)之间的坡口间隙并进行对中，完成后对坡口进行焊接点固，所述焊接点固为自动焊接或手工焊接；
自动焊接工艺参数为：
基值电流/时间为35-60A/200-300毫秒；
峰值电流/时间为80-115A/200-300毫秒；
氩气流量为10-14L/min；
焊接电压为11-12V；
焊接速度为65-110mm/min；
送丝速度为230-550mm/min；
步骤八：安装紫铜温度调节块(16)；
步骤九：安装胶皮围腔(13)并驱除空气；胶皮围腔(13)整体为圆环形，固定在电加热元件套管(3)和电加热元件与套管的连接件(8)之间形成环形焊接坡口的外侧；导气管(15)的进气端与气源连接，出气端与注射管(14)的后端连接；注射管(14)的头部刺穿胶皮围腔(13)伸入至环形焊接坡口内部；用氩气通过注射管(14)对围成的空腔内充气，把内部的空气驱除到稳压器空腔内；充气时间不小于5分钟，并控制充气流量；
步骤十：充气的同时在焊接模拟体上做焊前见证件焊接，要求见证件焊缝根部、焊缝表面成形和氧化保护良好就可以正式焊接；
步骤十一：见证件焊接合格后，焊接机头安装到现场需要焊接的环形焊接坡口处；待充气完成后，拆除胶皮围腔(13)并快速焊接；
步骤十二：采用单道二层焊接进行填充焊接，首先在内层采用横截面为弧形的打底焊缝(10)，完成后对焊缝表面进行清理，目视检查，然后在外层采用横截面为弧形的盖面焊缝(11)；焊丝采用ER316L焊丝；
单道二层焊接工艺参数为：
基值电流/时间为35-60A/200-300毫秒；
峰值电流/时间为80-115A/200-300毫秒；
氩气流量为10-14L/min；
焊接电压为11-12V；
焊接速度为65-110mm/min；
送丝速度为230-550mm/min；
步骤十三：现场所有当班焊接的焊缝完成后焊接一个焊后见证件，确保焊接质量和工艺参数的一致性；
步骤十四：所有焊缝完成后对连接焊缝进行PT检查，RT检查，确认合格。
2.根据权利要求1所述的一种核电厂稳压器电加热元件自动填丝焊接工艺，其特征在于：所述的步骤一中，电加热元件与套管的连接件(8)的外径为32.5mm，内径为23mm，高度为28mm；在电加热元件与套管的连接件(8)上端的内侧开设有环形凹槽，该凹槽的深度为1.5mm，高度为5mm，凹槽的底部设置有半径为1mm的圆角；凹槽内壁的上端沿径向向外延伸0.5mm至1.4mm后，向下延伸0.5mm至1 .5mm，再向外开设角度为10°至30°的倒角；在电加热元件与套管的连接件(8)的中部开设有横截面为三角形的凹槽，该凹槽底部中心位置与电加热元件与套管的连接件(8)下端的距离为18mm。
3.根据权利要求1所述的一种核电厂稳压器电加热元件自动填丝焊接工艺，其特征在于：所述的步骤四中，加工后的电加热元件套管(3)外径为32.5mm，内径为23mm；在电加热元件套管(3)下端的内侧开设有环形凹槽，该凹槽的深度为1.5mm，高度为5mm，凹槽的底部设置有半径为1mm的圆角；凹槽内壁的下端向外开设角度为15°至35°的倒角。
4.根据权利要求1所述的一种核电厂稳压器电加热元件自动填丝焊接工艺，其特征在于：所述的步骤八中，紫铜温度调节块(16)安装在电加热元件与套管的连接件(8)和电加热元件(5)的外壁上；紫铜温度调节块(16)整体为环形，上部内壁的形状与电加热元件与套管的连接件(8)和电加热元件包壳与连接件密封焊缝(9)的外部形状相匹配，下部内壁与电加热元件(5)包壳的外径相匹配。
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