CN110421232B - 民核反应堆压力容器进出口接管耐蚀层机器人mag堆焊工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种民核反应堆压力容器进出口接管耐蚀层机器人MAG堆焊工艺，包括至少两个焊层的焊接，母材为低合金钢，焊材为奥氏体不锈钢，向焊枪提供尾拖保护气罩，也向尾拖保护气罩提供保护气体，以使保护气体覆盖与熔池相邻的焊道；其中，保护气体为He+CO2+Ar，稀释率被控制小于27%。本发明提供的机器人MAG堆焊工艺堆焊层无气孔、微裂纹、道间未熔合等缺陷。

Description

民核反应堆压力容器进出口接管耐蚀层机器人MAG堆焊工艺
技术领域
本发明涉及焊接工艺，尤其涉及民核反应堆压力容器用的堆焊工艺。
背景技术
目前国内核岛主设备反应堆压力容器进出口接管马鞍形端面耐蚀层堆焊主要采用手工焊条电弧焊进行堆焊。没有有关机器人MAG（熔化极活性气体保护电弧焊）堆焊的工艺在民核领域应用的公开文献。手工焊条电弧焊一方面焊接效率低，另一方面焊缝质量稳定性较差。
MAG堆焊的工艺在非民核领域已有应用，但其焊接质量要求低于民核领域的要求，因此其不能直接适用于民核领域。
发明人在实践中发现在非民核领域的MAG堆焊的第一焊层内容易存在气孔、微裂纹等缺陷，这一情况在业界期望得到改善。
基于上述情况，发明人提出民核反应堆压力容器进出口接管耐蚀层机器人MAG堆焊工艺，以克服前述焊接质量问题并提高焊接效率。
发明内容
本发明的目的是提供民核反应堆压力容器进出口接管耐蚀层机器人MAG堆焊工艺，可以取代目前马鞍形端面耐蚀层堆焊采用的手工电弧焊，克服前述焊接质量问题并提高焊接效率。
本发明提供一种民核反应堆压力容器进出口接管耐蚀层机器人MAG堆焊工艺，包括至少两个焊层的焊接，母材为低合金钢，焊材为奥氏体不锈钢，向焊枪提供尾拖保护气罩，在向焊枪提供保护气体的同时，也向尾拖保护气罩提供保护气体，以使保护气体覆盖与熔池相邻的焊道；其中，保护气体为He+CO2+Ar，焊接过程采用脉冲过渡；进行第一焊层的焊接时，母材预热温度120~150℃，焊接参数包括：层间温度≤200℃，干伸长12~16mm，尾拖保护气罩、焊枪的保护气体流量分别为25~30L/min、20~26L/min，送丝速度3.5~4.5m/min，电弧弧长为9~11mm，基值电流/峰值电流为19~21A/390~410A，峰值电压26~32V，脉冲频率100~110Hz，焊枪推角14~16°，焊接速度190~250mm/min，焊道搭接量为5.5~6mm；稀释率被控制小于27%。
在一个实施方式中，焊接母材为SA508 Gr.3 Cl.2，焊材为Φ1.2的ER309L（第一焊层）和ER308L（其余焊层）。
在一个实施方式中，进行第一焊层的焊接时，母材预热温度120℃，焊接参数为：层间温度150℃，干伸长16mm，尾拖保护气罩、焊枪的保护气体流量分别为25L/min、25L/min，送丝速度3.7m/min，电弧弧长为10mm，基值电流/峰值电流为20A/400A，峰值电压28.4，脉冲频率103Hz，焊枪推角15°，焊接速度200mm/min，焊道搭接量为5.75mm；稀释率被控制小于24%。
在一个实施方式中，所述第一焊层外的其余焊层均不需要预热，焊接参数与所述第一焊层的焊接参数相同。
在一个实施方式中，焊缝平整度在0~0.3mm之间。
在一个实施方式中，焊层余高控制在2.5~3.5mm。
在一个实施方式中，保护气体为18~20%He+1~2%CO2+Ar（剩余部分），百分数为气体体积含量。
采用本发明提供的民核反应堆压力容器进出口接管耐蚀层机器人MAG堆焊工艺，通过尾拖保护气罩提供保护气体，防止焊层中出现气孔，并且通过各焊接参数的匹配将稀释率控制到小于27％，防止焊层中尤其是第一焊层中出现微裂纹以及道间未熔合的缺陷，由此可以实现进出口接管马鞍形端面耐蚀层的机器人MAG堆焊，堆焊层无气孔和微裂纹，因此一方面可以提高焊接效率，另一方面可以提高焊接质量稳定性。
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是可以实施机器人MAG堆焊工艺的焊枪的示意图。
图2是第一对比例焊接成型的堆焊层的微观组织形貌图。
图3是第二对比例焊接成型的堆焊层的微观组织形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式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方式的内容限制本发明的保护范围。
需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。
本发明提供了一种民核反应堆压力容器进出口接管耐蚀层机器人MAG堆焊工艺，以下简称为机器人MAG堆焊工艺。其中，母材为低合金钢，焊材为奥氏体不锈钢。
本发明提供的机器人MAG堆焊工艺可以通过如图1所示的焊枪来实施，包括至少两个焊层的焊接。本发明提供的机器人MAG堆焊工艺中，向焊枪1提供尾拖保护气罩2，在向焊枪1提供保护气体的同时，也向尾拖保护气罩2提供保护气体，以使保护气体覆盖与熔池相邻的焊道。
其中，保护气体为He+CO2+Ar，焊接过程采用脉冲过渡。优选地，保护气体为18~20%He+1~2%CO2+Ar（剩余部分），百分数为气体体积含量。
进行第一焊层（也可以称之为打底焊层）的焊接时，母材预热温度120~150℃，焊接参数如下：层间温度≤200℃，干伸长12~16mm，尾拖保护气罩、焊枪的保护气体流量分别为25~30L/min、20~26L/min，送丝速度3.5~4.5m/min，电弧弧长为9~11mm，基值电流/峰值电流为19~21A/390~410A，峰值电压26~32V，脉冲频率100~110Hz，焊枪推角14~16°，焊接速度190~250mm/min，焊道搭接量为5.5~6mm；并且，其中，稀释率被控制小于27%。
在一个实施例中，焊接母材为SA508 Gr.3 Cl.2，焊材为Φ1.2的ER309L（第一焊层）和ER308L（其余焊层）。
在一个实施例中，第一焊层外的其余焊层均不需要预热，焊接参数可以与前述第一焊层的焊接参数相同。在另一实施例中，第一焊层外的其余焊层均不需要预热，焊接参数也可以与前述第一焊层的焊接参数不同。
在一个实施例中，焊缝平整度可以在0~0.3mm。
在一个实施例中，焊层余高控制在2.5~3.5mm。
表1示出了第一实施例，其中的焊接参数适合于堆焊的打底焊层或者其它焊层（其它堆焊层无预热温度）：
表2示出了第二实施例，其中的焊接参数适合于堆焊的打底焊层或者其它焊层（其它堆焊层无预热温度）：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表3示出第三实施例，其中的焊接参数适合于堆焊的打底焊层或者其它焊层（其它堆焊层无预热温度）：
从试验结果来看，采用表1、表2、表3的焊接参数所代表的堆焊工艺进行焊接时，焊接表面成形好，堆焊层内未出现气孔、微裂纹和未熔合等缺陷，焊缝保护效果好，无美国爱迪生焊接研究所（EWI）在同类研究中报道的气孔问题。其原理可总结为该工艺通过尾拖保护气罩提供保护气体，防止焊层中出现气孔，并且通过各焊接参数的匹配将稀释率控制到小于27％，防止焊层中尤其是第一焊层中出现微裂纹，以及防止道间未熔合缺陷。因此，机器人MAG堆焊工艺可以取代目前马鞍形端面耐蚀层堆焊采用的手工电弧焊，从而提高焊接效率和提高焊缝质量稳定性。
图2提供了第一对比例焊接成型的堆焊层。第一对比例采用如表4所示的焊接参数进行堆焊（首层有预热温度，其它堆焊层无预热温度）：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
从图2中可以看出，采用表4的焊接参数所代表的堆焊工艺进行焊接时，堆焊层内出现微裂纹，如第一微裂纹11、第二微裂纹12。
图3提供了第二对比例焊接成型的堆焊层。第二对比例采用如表5所示的焊接参数进行堆焊（首层有预热温度，其它堆焊层无预热温度）：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
从图3中可以看出，采用表5的焊接参数所代表的堆焊工艺进行焊接时，堆焊层内也出现微裂纹，如第三微裂纹13。
将第一、第二对比例与第一、第二、第三实施例进行比较，可以看出，第一、第二对比例的稀释率无法控制到小于27％，因此难以避免微裂纹产生。
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 (7)

1.一种民核反应堆压力容器进出口接管耐蚀层机器人MAG堆焊工艺，包括至少两个焊层的焊接，其特征在于，母材为低合金钢，焊材为奥氏体不锈钢，向焊枪提供尾拖保护气罩，在向焊枪提供保护气体的同时，也向尾拖保护气罩提供保护气体，以使保护气体覆盖与熔池相邻的焊道；
其中，保护气体为He+CO2+Ar，焊接过程采用脉冲过渡；
进行第一焊层的焊接时，母材预热温度120~150℃，焊接参数包括：层间温度≤200℃，干伸长12~16mm，尾拖保护气罩和焊枪的保护气体流量分别为25~30L/min和20~26L/min，送丝速度3.5~4.5m/min，电弧弧长为9~11mm，基值电流/峰值电流为19~21A/390~410A，峰值电压26~32V，脉冲频率100~110Hz，焊枪推角14~16°，焊接速度190~250mm/min，焊道搭接量为5.5~6mm；稀释率被控制小于27%。
2.如权利要求1所述的机器人MAG堆焊工艺，其特征在于，焊接母材为SA508 Gr.3Cl.2，第一焊层的焊材为Φ1.2的ER309L，其余焊层的焊材为Φ1.2的ER308L。
3.如权利要求1所述的机器人MAG堆焊工艺，其特征在于，进行第一焊层的焊接时，母材预热温度120℃，焊接参数为：层间温度150℃，干伸长16mm，尾拖保护气罩和焊枪的保护气体流量分别为25L/min和25L/min，送丝速度3.7m/min，电弧弧长为10mm，基值电流/峰值电流为20A/400A，峰值电压28.4V，脉冲频率103Hz，焊枪推角15°，焊接速度200mm/min，焊道搭接量为5.75mm；
稀释率被控制小于24%。
4.如权利要求1所述的机器人MAG堆焊工艺，其特征在于，所述第一焊层外的其余焊层均不进行预热，所述其余焊层的焊接参数与所述第一焊层的焊接参数相同。
5.如权利要求1所述的机器人MAG堆焊工艺，其特征在于，焊缝平整度在0~0.3mm之间。
6.如权利要求1所述的机器人MAG堆焊工艺，其特征在于，焊层余高控制在2.5~3.5mm。
7.如权利要求1所述的机器人MAG堆焊工艺，其特征在于，保护气体为18~20%He+1~2%CO2+Ar（剩余部分），百分数为气体体积含量。
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