CN110860769A - Ap1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺 - Google Patents

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刘卫华
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Abstract

本发明的目的在于提供一种AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，用于管道直径
Figure DDA0001780061790000011
管道壁厚δ≥20mm的主蒸汽管道对接焊缝，采用氩弧焊，且使用脉冲模式进行焊接，自动化程度为自动焊，包括以下步骤：将待焊接的管道相对的两个端部加工成组对后形成U形坡口的形状；清洁U形坡口后，进行组对，并且将管道的组对间隙设置成0.5～2mm，将错边量设置成小于等于1.5mm；将钨极伸到U形坡口内，依次进行打底焊接、热焊、填充焊接和盖面焊接。该AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，减少焊接填充量，提高焊接效率，同时，保证整个接头缝的焊接质量，并改善焊工的工作环境，降低焊工的劳作强度。

Description

AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺。
背景技术
AP1000核电站中的主蒸汽管道是将来自蒸汽发生器中的蒸汽输送到主汽轮机的管路，安全质量等级高，属于LBB(Leak-Before-Break)技术要求设计的管道，其材质为SA335P11，焊接质量要求高。为保证管道接头的LBB性能需要使用全氩弧焊进行。但是，由于AP1000核电站的主蒸汽管道管径尺寸大，管壁厚，目前均使用手工氩弧进行焊接，需要使用的坡口尺寸宽大，目前均使用组合V型(可以参见图1)，焊接填充量大，接头的高质量要求对于焊工自身的技能依赖强，且接头焊接过程中，需要保证接头的预热和道间温度保持在120～250℃范围内，焊工的工作环境差，劳动强度高，在焊工疲劳时易于影响焊接质量。
因而，本发明旨在提供一种AP1000核电主蒸汽管道窄间隙自动氩弧焊接工艺，使用一种窄间隙坡口替代使用的手工焊接坡口。
发明内容
本发明的目的在于提供一种AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，减少焊接填充量，提高焊接效率，同时，使用自动氩弧焊接代替手工焊，以排除由于焊工操作技能本身因素对于焊接质量的影响，保证整个接头缝的焊接质量，并改善焊工的工作环境，降低焊工的劳作强度。
本发明提供一种AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，用于管道直径
Figure BDA0001780061770000011
管道壁厚δ≥20mm的主蒸汽管道对接焊缝，采用氩弧焊，且采用自动焊，使用脉冲模式进行焊接，包括以下步骤：将待焊接的管道相对的两个端部加工成组对后形成U形坡口的形状；清洁所述两个端部后，进行组对形成U形坡口，并且将管道的组对间隙设置成0.5～2mm，将错边量设置成小于等于1.5mm；将钨极伸到所述U形坡口内，依次进行打底焊接、热焊、填充焊接和盖面焊接。
在一个实施方式中，将所述U形坡口的坡口面的倾斜角度设定为3～5°，所述U形坡口的平行段长度设定为2～2.6mm。
在一个实施方式中，还包括：在加工坡口面之前对所述管道进行内镗加工，内镗深度超出坡口宽度。
在一个实施方式中，还包括：在焊接之前对接头进行预热，在焊接过程中对所述接头进行保温，预热及道间温度范围为120～250℃，在焊接完成后对所述接头进行相应的焊接热处理。
在一个实施方式中，所述U形坡口的坡口面与平行段之间为圆弧过渡，所述圆弧的半径为1.5～2.5mm。
在一个实施方式中，使用的保护气体为纯度不低于99.99％的氩气。
在一个实施方式中，所述打底焊接设置焊接电压在8.5～10.5V，电流基值范围为40～70A，电流峰值范围为130～175A，送丝速率峰值为20～30in/min，送丝速率基值速度为15～30mm/min，组对间隙(b)越大使用的送丝速率越大，焊接电弧速率范围为1.6～1.9in/min。
在一个实施方式中，所述热焊使用的焊接电压为9～11V，电流基值范围为 60～90A，电流峰值范围为150～205A，送丝速率峰值为10～20in/min，送丝速率基值速度为10～15mm/min，直道焊接，在管道水平固定时，焊接方向可采用周向焊或采用立向上，焊接电弧速率范围为1.9～2.2in/min。
在一个实施方式中，所述填充焊接使用的焊接电压为9～13V，电流基值范围为120～170A，电流峰值范围为240～340A，送丝速率峰值为20～50in/min，送丝速率基值速度为20～45mm/min，焊接电弧速率范围为2.2～4.0in/min。
在一个实施方式中，所述盖面焊接使用的焊接电压为10～12V，电流基值范围为130～150A，电流峰值范围为260～290A，送丝速率峰值为20～35in/min，送丝速率基值速度为20～30mm/min，焊接电弧速率范围为3～4.5in/min。
本发明通过采用上述AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，可以实现主蒸汽管道接头的自动化焊接，可适用于预热温度不超过350℃管道的焊接，相较于目前使用的手工氩弧焊接，使用窄间隙坡口，可以减少50％以上的焊接填充量，可以大幅减少焊工的劳动强度，并保证焊缝质量稳定性。
同时，由于使用的坡口较小，打底焊接时，熔池小，背面不需要进行充氩气对熔池进行保护，可节省充氩保护工序，节省背面充气成本。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1是手工氩弧焊使用的坡口示意图。
图2是AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺所使用的坡口示意图。
图3是焊接流程图。
图4是热焊层焊接示意图。
图5A是AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺实际形成的焊缝截面图，图5B是手工氩弧焊实际形成的焊缝截面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例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例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。
图1示意性地示出了手工氩弧焊所使用的示例坡口形式，该坡口为组合V型坡口，具体地，坡口面分为上下两段，位于上方的第一段坡口面的角度β1为10± 2.5°，位于下方的第二段坡口面的角度β2为30±2.5°，并且第二段坡口面的高度δ1为19mm，坡口的钝边厚度P1为1.4～1.9，坡口面(具体地，第二段坡口面) 与平行段之间设置的过渡圆弧的半径R1为1.6-2.4mm，组对间隙b1为3mm，平行段的长度S为0.5～1mm。
根据本发明的焊接工艺适用于管道直径
Figure BDA0001780061770000041
管道壁厚δ≥20mm的主蒸汽管道对接焊缝，使用的焊接方法为氩弧焊，自动化程度为自动焊，且使用脉冲模式进行焊接。
参见图2，本发明提出的AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺使用的坡口为U形坡口，坡口面角度β小，仅为3～5°，且坡口的平行段长度S为2～ 2.6mm，使用的组对间隙b为0.5～2mm，组对完成后，坡口面间隙小(壁厚为45mm 时的坡口最宽处仅约15～17mm)，故称为窄间隙坡口。相较于手工氩弧焊使用的组合V型坡口，焊接填充量可减少50％以上。为保证打底焊接质量，保证坡口的钝边厚度P为1.9～2.5，为保证坡口面与平行段之间的夹角熔合良好，在两者间设置过渡圆弧，该圆弧的半径R为1.5～2.5mm。由于不同管段的内径及壁厚存在公差的差异，为保证接头在组对完成后的错边量M不超过1.5mm，可以对管道在加工坡口前进行内镗加工，内镗深度L应超出坡口宽度，以50mm左右为宜。
AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺的实施步骤为：首先将待焊接的管道相对的两个端部加工成如上述的U形坡口，在U形坡口清洁(即清洗管道相对的两个端部的坡口面)后，然后将管道按照图2中的组对间隙b及组对错边要求进行组对，即将管道的组对间隙设置成0.5～2mm，将错边量M设置成小于等于 1.5mm。在组对完成后，从将钨极伸至坡口内部，进行打底焊接，打底焊接完成后立即进行热焊，将圆弧(R)过渡段完全熔合好，然后开始进行坡口内的填充焊接，在坡口填充至接近与母材齐平后，进行盖面焊接。
在上述方法中，焊接前对接头进行预热，焊接过程中对接头进行保温，预热及道间温度范围为120～250℃，在焊接完成后对接头进行相应的焊接热处理。
在上述方法中，使用的保护气体为纯度不低于99.99％的氩气，使用的焊丝型号为AWS A5.28ER80S-B2，焊丝直径为1.0mm。
在上述方法中，打底焊接是通过设定焊接艺参数，实现单面焊双面成型，打底焊接使用直道焊接，焊接过程中不摆动，焊接采用周向焊，即一次同一方向焊接一圈，焊接起焊点(同时也是最终接缝点)设置位于立焊与平焊的过渡区域，利于保证打底焊接的接头质量。打底焊接设置焊接电压在8.5～10.5V，电流基值范围为40～70A，电流峰值范围为130～175A，送丝速率峰值为20～30in/min，送丝速率基值速度为15～30mm/min，组对间隙(b)越大使用的送丝速率越大。焊接电弧速率范围为1.6～1.9in/min。
在上述方法中，热焊是在打底焊接后立即完成的一层焊接，旨在增加已焊接焊缝W1的整体强度，防止打底焊缝W1强度不足造成焊缝拉裂，同时需要将钝边与坡口面之间的过渡段熔合良好。热焊层使用双道进行焊接，由于坡口面角度小，为防止产生电弧爬壁(即钨极与侧壁之间产生电弧，而非理想的仅钨极端与熔池之间产生电弧)，本发明使用弯钨极E进行热焊的焊接，增加钨极与侧壁的间距，焊接示意如图4。热焊层使用的焊接电压为9～11V，电流基值范围为60～90A，电流峰值范围为150～205A，送丝速率峰值为10～20in/min，送丝速率基值速度为 10～15mm/min，直道焊接，在管道水平固定时，焊接方向可采用周向焊或采用立向上，焊接电弧速率范围为1.9～2.2in/min。
在上述方法中，填充焊接是将坡口内填满熔敷金属，使用的焊接电压为9～13V，电流基值范围为120～170A，电流峰值范围为240～340A，送丝速率峰值为20～ 50in/min，送丝速率基值速度为20～45mm/min，主要采用直道焊接，当焊缝宽度不超过8mm时，可允许摆动焊道焊接，在管道水平固定时，焊接方向为立向上，直道焊可采用周向焊和立向上焊。焊接电弧速率范围为2.2～4.0in/min。
在上述方法中，盖面焊接，为将坡口填充满后，进行的最后一层焊接，将坡口边缘母材熔好，使用焊缝向母材具体良好的过渡，使用的焊接电压为10～12V，电流基值范围为130～150A，电流峰值范围为260～290A，送丝速率峰值为20～ 35in/min，送丝速率基值速度为20～30mm/min，直道焊接，焊接过程中不摆动，焊接采用周向焊。焊接电弧速率范围为3～4.5in/min。
使用本发明焊接与AP1000主蒸汽管道相同材质及规格的艺接头，规格为φ965 ×44.5mm，SA335P11接头，焊接位置为5G，管水平固定，使用焊丝为ER80S-B2，焊丝直径为φ1.0mm。按照本发明设计的坡口形式及尺寸进行管道端部坡口，并按要求的尺寸进行组对。
实际使用的坡口参数P为2.0～2.1mm，S为2.4～2.5mm，坡口面角度β为4°，圆弧过渡段半径R为1.5mm，组对间隙b为1.3～1.5mm，错边量M为0.1～0.3mm。
如图3所示，组对完成后对管道使用电加热方式进行预热，预热温度为130～ 150℃，然后开始进行打底焊接，打底于12点20分左右位置起弧，顺时针焊接一圈，完成打底焊接，在打底焊接完成后，立即更换弯钨极E，分两道完成热焊层的焊接，热焊使用不摆动焊接，焊接方向为从6点钟至12点钟，立向上焊接，热焊完成后，继续进行填充焊接，填充也使用直道焊接，焊接方向与热焊层相同，在将焊缝填充满后，进行盖面焊接，盖面焊接采用周向焊，使用直道多道焊，直至将两侧坡口完全熔合好。
焊接过程中使用的实际焊接参数如下表：
Figure BDA0001780061770000061
其中保护气流量可调，根据实际焊缝保护情况进行调节。
窄间隙焊接工艺的焊缝截面如图5A，手工氩弧焊的焊缝截面如图5B，根据本发明的窄间隙焊接工艺的填充量比手工氩弧焊的填充量少约55％。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，其特征在于，用于管道直径
Figure FDA0001780061760000011
管道壁厚δ≥20mm的主蒸汽管道对接焊缝，采用氩弧焊，且采用自动焊，且使用脉冲模式进行焊接，包括以下步骤：
将待焊接的管道相对的两个端部加工成组对后形成U形坡口的形状；
清洁所述两个端部后，进行组对形成U形坡口，并且将管道的组对间隙设置成0.5～2mm，将错边量设置成小于等于1.5mm；
将钨极伸到所述U形坡口内，依次进行打底焊接、热焊、填充焊接和盖面焊接。
2.如权利要求1所述的AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，其特征在于，还包括：
将所述U形坡口的坡口面的倾斜角度设定为3～5°，所述U形坡口的平行段长度设定为2～2.6mm。
3.如权利要求1所述的AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，其特征在于，还包括：
在加工坡口面之前对所述管道进行内镗加工，内镗深度超出坡口宽度。
4.如权利要求1所述的AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，其特征在于，还包括：
在焊接之前对接头进行预热，在焊接过程中对所述接头进行保温，预热及道间温度范围为120～250℃，在焊接完成后对所述接头进行相应的焊接热处理。
5.如权利要求1所述的AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，其特征在于，
所述U形坡口的坡口面与平行段之间为圆弧过渡，所述圆弧的半径为1.5～2.5mm。
6.如权利要求1所述的AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，其特征在于，使用的保护气体为纯度不低于99.99％的氩气。
7.如权利要求1所述的AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，其特征在于，其中，
所述打底焊接设置焊接电压在8.5～10.5V，电流基值范围为40～70A，电流峰值范围为130～175A，送丝速率峰值为20～30in/min，送丝速率基值速度为15～30mm/min，组对间隙(b)越大使用的送丝速率越大，焊接电弧速率范围为1.6～1.9in/min。
8.如权利要求1所述的AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，其特征在于，其中，
所述热焊使用的焊接电压为9～11V，电流基值范围为60～90A，电流峰值范围为150～205A，送丝速率峰值为10～20in/min，送丝速率基值速度为10～15mm/min，直道焊接，在管道水平固定时，焊接方向可采用周向焊或采用立向上，焊接电弧速率范围为1.9～2.2in/min。
9.如权利要求1所述的AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，其特征在于，其中，
所述填充焊接使用的焊接电压为9～13V，电流基值范围为120～170A，电流峰值范围为240～340A，送丝速率峰值为20～50in/min，送丝速率基值速度为20～45mm/min，焊接电弧速率范围为2.2～4.0in/min。
10.如权利要求1所述的AP1000核电站主蒸汽管道窄间隙自动焊接工艺，其特征在于，其中，
所述盖面焊接使用的焊接电压为10～12V，电流基值范围为130～150A，电流峰值范围为260～290A，送丝速率峰值为20～35in/min，送丝速率基值速度为20～30mm/min，焊接电弧速率范围为3～4.5in/min。
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