CN111151845A - 一种核主泵试验台主回路及其内壁堆焊和环缝对接焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核主泵试验台主回路及其内壁堆焊和环缝对接焊方法，成本低，使管道拥有良好的力学性能及热力学性能。在直管、三通、异径接头这三种管件内壁均堆焊有309MoL不锈钢层和347不锈钢层；在弯头内壁堆焊有一层镍基合金层；直管、弯头、三通和异径接头这四种部件中，焊接在一起的两个部件内壁堆焊层都是不锈钢的，内壁处焊缝堆焊有309MoL不锈钢层和347不锈钢层，焊接在一起的两个部件堆焊层中有是镍基合金层的，内壁处焊缝堆焊有一层镍基合金层作为过渡层，并在该过渡层上堆焊有一层以上镍基合金层作为面层；主管道与主泵泵壳之间的焊缝、主管道与主流量计之间的焊缝分为两层镍基合金层；主管道与主调节阀之间的焊缝分为三层镍基合金层。

Description

一种核主泵试验台主回路及其内壁堆焊和环缝对接焊方法

技术领域

本发明涉及一种核主泵试验台主回路及其内壁堆焊和环缝对接焊方法，主要用于CAP1400核主泵试验台主回路中。

背景技术

我国的核电技术不断发展，已经在AP1000技术基础上消化创新形成了我国具有完全自主知识产权的三代核电技术CAP1400。CAP1400核主泵试验台的设计建造是一项复杂的技术工作，其中试验回路系统的设计尤为重要。CAP1400核主泵试验台主回路系统如图1和图2所示，包括主管道、主泵泵壳5、主流量计6、主调节阀7，主管道包括直管1、弯头2、三通3和异径接头4这四种类型的部件，主泵泵壳5、主流量计6和主调节阀7与主管道焊接固定，直管1、弯头2、三通3和异径接头4焊接固定在一起。主管道以核主泵为基点，形成一个闭环测试回路。主管道在核泵出口处由三通3分为两路，经两组主调节阀7及一个三通3后合为一路，在二层流量测量段又由三通3分为两路，经两组主流量计6后再次汇合为一根管路，与核泵进口连接，形成完整的主管道系统。管道主要规格为DN800~DN1000，管道壁厚40~112mm不等。

由于试验台高温高压特性以及管道清洁需要，试验回路与介质相接触的部分需采用不锈钢，由于不锈钢管道厚度大，如果全部采用不锈钢，主管道重量几乎增加一倍，而且不锈钢管道成本太高，管道系统的投资将大大增加。目前也有主管道的材质为WB36的方案，WB36具有很高的屈服和抗拉强度值， WB36室温下的力学性能，最小屈服强度为440MPa，抗拉强度为610~780MPa，力学性能非常符合试验台主回路的设计要求，但是若试验主管道全部采用WB36，去离子水作为试验介质会对管道造成腐蚀，引起介质污染，为了防止损坏被试验的核电主泵，在介质用水排空一段时间后，需要对试验回路进行一次钝化处理，每次钝化需要3周时间，虽然较不锈钢管道降低了成本，但钝化成本以及所耗费的时间引起的时间成本也非常大。

申请号为2016100320935的中国专利也公开了一种类似的核电主泵试验装置，其回路主管道采用WB36材质，在回路主管道的内部堆焊不锈钢材质，但是其具体堆焊结构以及堆焊方法没有公开。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的核主泵试验台主回路及其内壁堆焊和环缝对接焊方法，成本低，使管道拥有良好的力学性能及热力学性能。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种核主泵试验台主回路，包括主管道、主泵泵壳、主流量计和主调节阀，主管道材质为WB36合金钢，其包括直管、弯头、三通和异径接头这四种类型的部件，主泵泵壳、主流量计和主调节阀与主管道焊接固定，直管、弯头、三通和异径接头焊接固定在一起；其特征在于：在直管、三通、异径接头这三种管件内壁均堆焊有一层309MoL不锈钢层作为过渡层，并在该过渡层上再堆焊有一层347不锈钢层作为面层；在弯头内壁堆焊有一层镍基合金层作为面层；直管、弯头、三通和异径接头这四种部件中，焊接在一起的两个部件内壁堆焊层都是不锈钢的，内壁处焊缝堆焊有一层309MoL不锈钢层作为过渡层，并在该过渡层上堆焊有一层以上347不锈钢层作为面层；焊接在一起的两个部件堆焊层中有是镍基合金层的，内壁处焊缝堆焊有一层镍基合金层作为过渡层，并在该过渡层上堆焊有一层以上镍基合金层作为面层；主管道与主泵泵壳之间的焊缝分为两层，第一层为镍基合金层，该镍基合金层堆焊在主管道对接面上，另一层也为镍基合金层，该镍基合金层位于第一层镍基合金层与主泵泵壳对接面之间；主管道与主流量计之间的焊缝分为两层，第一层为镍基合金层，该镍基合金层堆焊在主管道对接面上，另一层也为镍基合金层，该镍基合金层位于第一层镍基合金层与主流量计对接面之间；主管道与主调节阀之间的焊缝分为三层，第一层为镍基合金层，该镍基合金层堆焊在主管道对接面上，第二层也为镍基合金层，该镍基合金层堆焊在主调节阀对接面上，第三层也为镍基合金层，该镍基合金层位于第一层镍基合金层与第二层镍基合金层之间。

本发明在主管道上骑焊有凸台，凸台用于与高压辅助回路管道连接。

本发明所述的凸台材质为WB36。

本发明所述的弯头内壁的面层厚度为2.5～3.5mm。

本发明所述的弯头内壁的面层厚度为3mm。

本发明所述的直管、三通、异径接头这三种管件内壁中，过渡层和面层厚度均有1.6mm。

一种核主泵试验台主回路的内壁堆焊和环缝对接焊方法，其特征在于：包括如下过程：

A、对主管道内壁堆焊不锈钢，过程为：

1）、直管、三通、异径接头这三种管件内壁堆焊不锈钢过程为：（1）管件内壁除锈；（2）将管件内壁预热到120℃～150℃；（3）在管件内壁堆焊一层309MoL不锈钢层作为过渡层；（4）过渡层冷却；（5）在过渡层上再堆焊一层347不锈钢层作为面层；（6）面层打磨；（7）堆焊层热处理；（8）面层表面进行喷玻璃珠处理；

2）、弯头内壁堆焊不锈钢过程为：（1）弯头内壁除锈；（2）将弯头内壁预热到120℃～150℃；（3）在弯头内壁堆焊一层镍基合金层作为面层；（4）面层冷却；（5）面层打磨；（6）堆焊层热处理；（7）面层表面进行喷玻璃珠处理；

B、主管道各部件、设备用环缝对接焊进行连接，过程为；

1）、主管道各部件环缝对接焊过程：（1）焊缝周围预热到120℃～150℃；（2）打底焊；（3）焊缝满焊；（4）焊缝热处理；（5）管道内壁处焊缝打磨；（6）焊缝预热到120℃～150℃；（7）对接主管道部件堆焊层都是不锈钢的，管道内壁处焊缝堆焊一层309MoL不锈钢层作为过渡层，过渡层冷却后，再在过渡层上再堆焊一层以上347不锈钢层作为面层；对接主管道部件堆焊层中有是镍基合金层的，管道内壁处焊缝先堆焊一层镍基合金层作为过渡层，过渡层冷却后，再在过渡层上堆焊一层以上镍基合金层作为面层；（8）面层冷却；（9）堆焊层热处理；（10）堆焊层和焊缝打磨；

2）、主管道与主泵泵壳环缝对接焊过程：主泵泵壳对接面材料为奥氏体不锈钢304L，需要在主管道对接面先堆焊一层镍基合金层，对镍基合金层进行580-620℃的退火处理后，再用镍基合金焊材进行环缝对接焊；

3）、主管道与主流量计环缝对接焊过程：主流量计对接面材料为奥氏体不锈钢304L，需要在主管道对接面先堆焊一层镍基合金层，对镍基合金层进行580-620℃的退火处理后，再用镍基合金焊材进行环缝对接焊；

4）、主管道与主调节阀环缝对接焊过程：主调节阀对接面材料为SA351，首先需在主调节阀对接面和主管道对接面上分别用镍基合金焊材堆焊一层，预热温度为120℃～150℃，对接面堆焊完成后，对主管道堆焊层及其主调节阀堆焊层进行热处理后，再用镍基合金焊材将主管道堆焊层和主调节阀堆焊层进行环缝对接焊；

5）、主管道与高压辅助回路管道环缝对接焊过程：在主管道和高压辅助回路管道之间，设有一个材质为WB36的凸台，凸台骑焊在主管道上，凸台与高压辅助回路管道连接时，凸台与高压辅助回路管道连接的对接面上堆焊一层镍基合金层，对镍基合金层进行580-620℃的退火处理后，再用镍基合金焊材与高压辅助管道进行环缝对接焊。

本发明以上过程B中，主管道部件、设备在对接焊之前的对接面处理完毕后，按以下流程进行环缝对接焊：

1）对口前检查：对口前，将焊口清理干净，直至发出金属光泽；每只焊口施焊前对管端做100%PT或MT检验，检验合格后施焊；

2）设置充氩堵头：焊接时焊缝内侧需要氩气保护，为保证保护效果及节省氩气，在焊缝两侧设置堵头；在对口前，将充氩工具放入管道内，两块堵头间距不小于400mm，并平均分布在坡口两侧；焊接完成后再停止充氩；

3）对口检查：对口前，对坡口表面及内壁进行PT检验，确认无表面缺陷后方可对口；焊件对口时，做到内壁齐平，如有错口，局部错口值不超过壁厚的10%，且不大于1mm；对口平直度≤3/200；对口间隙为3～4mm，过大或过小都修整到规定尺寸，不进行强力对口或在间隙内加填塞物；

4）焊口点固：焊口点固时，采用塞块形式点固在坡口内，点固位置对称布置；点固焊前进行预热，预热温度为200～250℃；

5）预热：主管道焊口在施焊前进行预热；

6）充氩：打底焊时管内需要充氩；充氩时，开始流量为10～20L/min，等氩气充满后，进行打底焊接；

7）采用氩弧焊进行打底焊：引弧时提前1.5～4s输送氩气，排除氩气输送皮管内及焊口处的空气；熄弧后，延时5～15s熄气，保护尚未冷却的钨极及溶池，降低焊缝表面氧化程度；焊接到塞块时，将塞块除掉，并将焊点焊缝打磨；氩弧焊打底至少2层，每层厚度为2.8～3.2mm；

8）层间焊接及盖面焊接：层间焊及盖面焊预热温度120～150℃；注意层间清理，焊接中将每层焊道接头错开10～15mm；在焊接中断过程中，焊缝始终保持150～200℃的温度；

9）焊后热处理：主管道焊缝完成焊接后进行焊缝后热处理，热处理温度330-370℃，保温3小时；在主管道内壁堆焊完成后进行焊缝最终热处理，热处理温度580-620℃，2小时保温；

10）各对接焊缝内壁堆焊不锈钢：

主管道及各部件、设备对接焊缝完成后，管道内壁焊缝需要进行堆焊，并且堆焊层表面经过打磨平滑：首先内壁经过打磨，打磨后，管道内壁预热温度在120～150℃；主管道内侧的焊缝堆焊层分过渡层和面层两部分；对接管道部件堆焊层都是不锈钢的，堆焊一层309MoL不锈钢层作为过渡层，再堆焊一层347不锈钢层作为面层；对接管道部件堆焊层中有镍基合金层的，先堆焊一层镍基合金层作为过渡层，再在过渡层上堆焊一层以上镍基合金层作为面层。

本发明以上过程A中，三通、异径接头采用机器自动TIG焊，直管采用机器自动MIG焊。

本发明主管道与主泵泵壳环缝对接焊过程、主管道与主流量计环缝对接焊过程、主管道与高压辅助回路管道环缝对接焊过程中，退火温度均为600℃。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明基于背景技术中两种主管道的形式特点，采用了母材为WB36合金钢内壁堆焊不锈钢的结构，同时，相比于传统的全不锈钢管道系统，本发明由于其母材综合机械性能好，使管道拥有良好的力学性能及热力学性能，不但大大地减轻管道系统重量，同时也相应的减轻钢结构重量，简化配套设备，降低制造成本；同时，针对主管道内不同材料之间的焊接要求，通过多次试焊以及工艺评定，针对不同类型的焊缝，采用了新型的对接焊工艺和结构，使不同材料管道对接焊缝的性能达到最优。

2、通过使用本发明，主管道成功完成了WB36管道元件与不同规格材质的主调节阀、主流量计、主泵泵壳以及高压辅助回路管道的焊接连接，每一道焊口通过2次UT，2次MT和4次PT，8次检验全部合格，顺利通过主泵泵壳与主管道系统一起进行的高达22.9MPa的压力试验。同时，主管道内部清洁要求高，管道内要求无目视可见颗粒，水质化验需达到A级水标准，本技术焊接过程高效清洁，无多余残渣飞溅，有效保障了主管道回路内的清洁度。

附图说明

图1是本发明CAP1400核主泵试验台试验主回路的结构示意图。

图2是图1的A向的结构示意图。

图3是本发明直管与弯头连接的结构示意图。

图4是本发明两根直管连接的结构示意图。

图5是本发明主管道与高压辅助回路管道环缝对接焊后的结构示意图。

图6是本发明直管、异径接头、主泵泵壳连接的结构示意图。

图7是本发明主管道与主流量计连接的结构示意图。

图8是本发明主管道与主调节阀连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1-图8，本实施例所述的CAP1400核主泵试验台主回路系统，包括主管道、主泵泵壳5、主流量计6、主调节阀7，主管道包括直管1、弯头2、三通3和异径接头4这四种类型的部件，主泵泵壳5、主流量计6和主调节阀7与主管道焊接固定，直管1、弯头2、三通3和异径接头4焊接固定在一起组成主管道。主管道材质为WB36合金钢，

在直管1、三通3、异径接头4这三种管件内壁均堆焊有一层1.6mm厚的309MoL不锈钢层8作为过渡层，并在该过渡层上再堆焊有一层1.6mm厚的347不锈钢层9作为面层。

在弯头2内壁堆焊有一层2.5～3.5mm厚的镍基合金层10作为面层。

直管1、弯头2、三通3和异径接头4这四种部件中，焊接在一起的两个部件内壁堆焊层都是不锈钢的，即焊接在一起的两个部件是直管1、三通3、异径接头4的，内壁处焊缝堆焊有一层1.6mm厚的309MoL不锈钢层8作为过渡层，并再在该过渡层上堆焊有一层以上1.6mm厚的347不锈钢层9作为面层；焊接在一起的两个部件堆焊层中有是镍基合金层10的，即焊接在一起的两个部件其中一个是弯头2，内壁处焊缝堆焊有一层镍基合金层10作为过渡层，并再在该过渡层上堆焊有一层以上镍基合金层10作为面层。

主管道与主泵泵壳5之间的焊缝分为两层，第一层为厚度为6mm镍基合金层10，该镍基合金层10堆焊在主管道对接面上，另一层也为镍基合金层10，该镍基合金层10位于第一层镍基合金层10与主泵泵壳5对接面之间，将主管道与主泵泵壳5固定在一起。

主管道与主流量计6之间的焊缝分为两层，第一层为厚度为6mm镍基合金层10，该镍基合金层10堆焊在主管道对接面上，另一层也为镍基合金层10，该镍基合金层10位于第一层镍基合金层10与主流量计6对接面之间，将主管道与主流量计6固定在一起。

主管道与主调节阀7之间的焊缝分为三层，第一层为镍基合金层10，该镍基合金层10堆焊在主管道对接面上，第二层也为镍基合金层10，该镍基合金层10堆焊在主调节阀对接面上，第一层也为镍基合金层10，该镍基合金层10位于第一层镍基合金层10与第二层镍基合金层10之间，将主管道与主调节阀7固定在一起。

在主管道上骑焊有材质为WB36的凸台12，凸台12用于与高压辅助回路管道11连接。

所述的核主泵试验台主回路及其内壁堆焊和环缝对接焊方法，包括如下过程：

A、对主管道内壁堆焊不锈钢，过程为：

主管道的内壁堆焊工作在管道制造工厂完成。若采用通常埋弧焊和带极堆焊等方法，焊接厚度太大，不能满足要求，因此需要针对主回路的不同规格种类的管道部件，采用不同的焊接方法和焊接材料来完成这项工作。

1、直管1、三通3、异径接头4这三种管件内壁堆焊不锈钢过程为：（1）管件内壁除锈；（2）将管件内壁预热到120℃～150℃；（3）在管件内壁堆焊一层1.6mm厚的309MoL不锈钢层8作为过渡层；（4）过渡层冷却后进行PT检验；（5）在过渡层上再堆焊一层1.6mm厚347不锈钢层9作为面层；（6）面层冷却后进行PT检验；（7）面层打磨；（8）堆焊层热处理以消除焊接应力；（9）堆焊层PT检验；（10）面层表面进行喷玻璃珠处理，去除热处理表面氧化层。

由于347不锈钢层9不能直接堆焊在WB36合金钢上，因此在347不锈钢层9层和直管1内壁之间先堆焊一层309MoL不锈钢层8作为过渡层。

三通3、异径接头4采用机器自动TIG焊，直管1采用机器自动MIG焊。

2、弯头2内壁堆焊不锈钢过程为：（1）弯头2内壁除锈；（2）将弯头2内壁预热到120℃～150℃；（3）在弯头2内壁堆焊一层2.5～3.5mm厚的镍基合金层10作为面层，优选的，面层厚度为3mm；（4）面层冷却后进行PT检验；（5）面层打磨；（6）堆焊层热处理以消除焊接应力；（7）堆焊层PT检验；（8）面层表面进行喷玻璃珠处理，去除热处理表面氧化层。

弯头2由于重量超过自动焊接机器承载能力，可以采用手工焊接。

B、主管道各部件、设备用环缝对接焊进行连接，过程为；

1、主管道各部件环缝对接焊过程：

（1）焊缝周围预热到120℃～150℃；（2）用TIG焊打底焊；（3）焊缝满焊；（4）焊缝热处理；（5）管道内壁处焊缝打磨；（6）焊缝PT检验；（7）焊缝预热到120℃～150℃；（8）对接主管道部件堆焊层都是不锈钢的，管道内壁处焊缝堆焊一层1.6mm厚的309MoL不锈钢层8作为过渡层，过渡层冷却后进行PT检验，再在过渡层上再堆焊一层以上1.6mm厚347不锈钢层9作为面层；对接主管道部件堆焊层中有是镍基合金层的，管道内壁处焊缝先堆焊一层镍基合金层作为过渡层，过渡层冷却后进行PT检验，再在过渡层上堆焊一层以上镍基合金层作为面层；（9）面层冷却后进行PT检验；（10）堆焊层热处理以消除焊接应力；（11）堆焊层和焊缝打磨；（12）堆焊层PT检验；（13）UT/RT焊缝检验。

2、主管道与主泵泵壳环缝对接焊过程：

主泵泵壳5材料为奥氏体不锈钢304L，与主管道对接。由于是异种材料对接，需要在主管道对接面先堆焊一层厚度为6mm镍基合金层10，对镍基合金层10经PT检验和退火温度为580-620℃的去应力退火处理后，再用镍基合金焊材进行环缝对接焊。焊缝不需要退火处理。本实施例中，退火温度为600℃。

3、主管道与主流量计环缝对接焊过程：

主流量计6材料为奥氏体不锈钢304L，与主管道对接。由于是异种材料对接，需要在主管道对接面先堆焊一层厚度为6mm镍基合金层10，对镍基合金层10经PT检验和退火温度为580-620℃的去应力退火处理后，再用镍基合金焊材进行环缝对接焊。焊缝不需要退火处理。本实施例中，退火温度为600℃。

4、主管道与主调节阀环缝对接焊过程：

主调节阀7材料为SA351，与主管道对接，如果直接焊接，预热温度需达到其材料要求，高达690℃，但此温度不适用于不锈钢，所以，首先需在主调节阀7的对接面和主管道对接面上分别用牌号为INCONEL152M的镍基合金焊材堆焊一层，预热温度为120℃～150℃，对接面堆焊完成后，对主管道堆焊层及其主调节阀7堆焊层进行550℃恒温2小时热处理后，再用镍基合金焊材将主管道堆焊层和主调节阀7堆焊层进行环缝对接焊。

5、主管道与高压辅助回路管道环缝对接焊过程：

在主管道和高压辅助回路管道11之间，设有一个材质为WB36的凸台12，凸台12骑焊在主管道上，凸台12与高压辅助回路管道11连接时，凸台12与高压辅助回路管道11连接的对接面上堆焊一层厚度为6mm镍基合金层10，对镍基合金层10经PT检验和退火温度为580-620℃的去应力退火处理后，再用镍基合金焊材与高压辅助管道8进行环缝对接焊。焊缝不需要退火处理。本实施例中，退火温度为600℃。

6、以上过程中，主管道部件、设备在对接焊之前的对接面处理完毕后，按以下工艺流程进行环缝对接焊：

1）对口前检查：

对口前，将焊口每侧15～20mm范围、位于管子内外壁上的油、垢、锈、漆等清理干净，直至发出金属光泽；

坡口处母材无裂纹、重皮、坡口损伤及毛刺等缺陷；每只焊口施焊前对管端做100%PT或MT检验，检验合格后施焊；

坡口加工尺寸符合图纸要求。

2）设置充氩堵头：

不锈钢管道焊接时焊缝内侧需要氩气保护，为保证保护效果及节省氩气，在焊缝两侧设置堵头；在对口前，将充氩工具放入管道内，两块堵头间距不小于400mm，并平均分布在坡口两侧；两层氩弧焊和一层电弧焊焊接完成后再停止充氩。

3）对口检查：

对口前，对坡口表面及内壁进行PT检验，检测范围为离坡口边缘20mm内，确认无表面缺陷后方可对口；

对口前确认充氩用气室密封性完好；

焊件对口时，做到内壁齐平，如有错口，局部错口值不超过壁厚的10%，且不大于1mm；对口平直度≤3/200；

对口间隙为3～4mm，过大或过小都修整到规定尺寸，不进行强力对口或在间隙内加填塞物。

4）焊口点固：

焊口点固时，采用塞块形式点固在坡口内，点固位置对称布置；点固用焊材、焊接工艺、焊工资质与正式施焊相同；

点固焊前适当采用火焰进行预热，预热温度为200～250℃，焊口点固完毕后检查点焊处，发现缺陷及时处理。

5）预热：

主管道焊口在施焊前进行预热，预热方法采用电加热方式，预热温度为120～150℃，温度以实测为准，并做好记录。

6）充氩：

管道焊接打底焊时管内需要充氩；充氩时，开始流量为10～20L/min，等氩气充满后，氩气调到焊接工艺卡中规定的流量，然后进行氩弧焊打底焊接。打底焊过程中，经常检查气室中氩气的充满程度，随时调节氩气流量，确保气室始终充满氩气，有效保证打底层焊缝的质量。

氩弧焊施焊临近结束时，即氩弧焊封口时，由于气室内氩气均从此口冲出，因此，减小充氩氩气流量，具体流量在施工中进行调节。

7）采用氩弧焊进行打底焊：

引弧时提前1.5～4s输送氩气，排除氩气输送皮管内及焊口处的空气；熄弧后，适当延时5～15s熄气，保护尚未冷却的钨极及溶池，降低焊缝表面氧化程度。

氩弧焊打底过程中，用手电筒仔细检查根部焊缝，确保无根部可见缺陷，打底完成后，立即进行次层的焊接。若氩弧焊打底层检验不合格，由于充氩装置安装难度大，且充氩的空间大，充氩的效果不理想，返修难度极大，因此要求对在氩弧焊打底过程中，认为有疑问的部位均进行打磨。

焊接到塞块时，将塞块除掉，并将焊点焊缝用角向磨光机或电磨打磨，不留有焊疤等痕迹，经肉眼或放大镜检查确认无裂纹等缺陷后，继续进行焊接。

氩弧焊打底至少2层，每层厚度为2.8～3.2mm。

为提高氩弧焊打底的质量，采用使用摇摆滚动焊的工艺。

8）层间焊接及盖面焊接：

层间焊及盖面焊采用手工电弧焊方法，预热温度120～150℃，采用二人对称焊接；

多层多道焊接头错开，不在一处收弧，以免局部温度过高影响施焊质量；

注意层间清理，焊接中将每层焊道接头错开10～15mm，同时注意尽量焊得平滑，便于清渣和避免出现“死角”。每层道焊缝焊接完毕后，用磨光机或钢丝刷等将焊渣、飞溅等杂物清理干净，尤其注意中间接头和坡口边缘，经自检合格后，方可焊接次层；

在焊接中断过程中，焊缝始终保持150～200℃的温度，以防产生裂纹等缺陷。再焊时，仔细检查并确认无裂纹后，按照工艺要求继续施焊。

施焊中，注意接头和收弧的质量，收弧时将熔池填满，避免出现弧坑。

9）焊后自检：

焊口焊完后及时将焊缝表面焊渣、飞溅等清理干净，对超标的外观缺陷进行打磨、补焊，补焊时的工艺要求与正式焊接时相同。

10）焊后热处理：

焊缝后热处理在主管道母材主焊缝完成后进行：热处理温度330-370℃，保温3小时；主管道焊缝完成焊接后，马上进行焊缝后热处理。

焊缝最终热处理在主管道内壁堆焊完成后进行：热处理温度580-620℃，2小时保温，升降温速率按热处理规程。

11）各对接焊缝内壁堆焊不锈钢：

主管道及各部件、设备对接焊缝完成后，管道内壁焊缝需要进行堆焊耐蚀层，并且表面经过打磨平滑。

首先内壁经过打磨，打磨表面经PT检验合格后，管道内壁预热温度在120～150℃；

主管道内侧的焊缝堆焊层分过渡层和面层两部分。对接管道部件堆焊层都是不锈钢的，堆焊一层309MoL不锈钢层8作为过渡层，过渡层表面PT检验合格后，再堆焊一层1.6mm厚347不锈钢层9作为面层。对接管道部件堆焊层中有镍基合金层10的，先堆焊一层镍基合金层10作为过渡层，过渡层表面PT检验合格后，再在过渡层上堆焊一层以上镍基合金层10作为面层。

过渡层堆焊前，焊缝内侧金属温度必须加热至120～150℃；考虑管内部焊接时，焊工在管道内部工作，空间狭小，以及焊工对高温的承受力，面层焊接时，焊缝处金属的温度可降到60～80℃。

堆焊前，把基层焊缝打磨平滑，PT合格后进行堆焊。堆焊时，采用小电流多道焊，先焊两侧再焊中间，焊接时要保证起弧和收弧的质量。

C、焊缝热处理：

主管道各部件、设备对接焊及内壁不锈钢层堆焊过程中，均需进行热处理。焊缝热处理采用履带式陶瓷加热片加热，加热片放置于焊缝外壁，加热宽度距离焊缝中心不小于300mm；因为主管道直径大、管壁厚，为了减少管壁内外温差，要求焊缝内外壁用高温纤维布的硅酸铝毯进行包覆；温度监测采用热电偶，外壁在3点位、6点位、9点位和12点位放置四个测温点，内壁在6点位放置一个测温点；加热过程中，350℃以上的升降温速度控制在100℃/h，焊件的恒温时间为1小时，焊件保温期间，加热区内最高与最低温度之差不宜大于30℃。考虑内外管壁的温度梯度，要求内壁温度不得低于540℃，外壁温度控制在620℃以内。

主泵泵壳与主管道焊接时，主管道侧坡口堆焊完成后需对主管道及其堆焊层进行温度为540-560℃、时间1小时的消应力热处理。

主调节阀7阀体与主管道焊接时，主调节阀7阀体坡口处堆焊完成后对堆焊层进行温度为690℃、时间2小时的热处理；再与主管道对接焊完成后进行温度为540-560℃、时间1小时的消应力热处理。

各焊缝热处理完成后，每个焊口在三个不同的焊接位置进行硬度检验，硬度值不得超过252HB。

D、无损检测：

主管道焊缝的检验除了满足规范要求外，还需进行更为严格的检验要求，每一道焊口的焊接完成，要经过2次UT，2次MT和4次PT，8次检验全部合格，此焊口的无损检测才算合格，具体分以下几个步骤：

（1）主管道焊接完成并进行后热处理冷却48小时后，焊缝进行100%的UT、100%MT以及内侧打磨后进行100%PT，要求焊缝达到Ⅰ级合格。

（2）上述检验合格后，对过渡层堆焊表面进行100%PT检验，要求达到Ⅰ级合格，然后再对面层进行100%PT检验，要求达到Ⅰ级合格。

（3）以上检验全部合格后，焊缝进行热处理，完成后焊缝进行100%的UT、100%的MT和内侧焊缝的100%PT，要求达到Ⅰ级合格。

（4）水压试验后，对所有焊口进行10%MT检验，要求达到Ⅰ级合格。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种核主泵试验台主回路，包括主管道、主泵泵壳、主流量计和主调节阀，主管道材质为WB36合金钢，其包括直管、弯头、三通和异径接头这四种类型的部件，主泵泵壳、主流量计和主调节阀与主管道焊接固定，直管、弯头、三通和异径接头焊接固定在一起；其特征在于：在直管、三通、异径接头这三种管件内壁均堆焊有一层309MoL不锈钢层作为过渡层，并在该过渡层上再堆焊有一层347不锈钢层作为面层；在弯头内壁堆焊有一层镍基合金层作为面层；直管、弯头、三通和异径接头这四种部件中，焊接在一起的两个部件内壁堆焊层都是不锈钢的，内壁处焊缝堆焊有一层309MoL不锈钢层作为过渡层，并在该过渡层上堆焊有一层以上347不锈钢层作为面层；焊接在一起的两个部件堆焊层中有是镍基合金层的，内壁处焊缝堆焊有一层镍基合金层作为过渡层，并在该过渡层上堆焊有一层以上镍基合金层作为面层；主管道与主泵泵壳之间的焊缝分为两层，第一层为镍基合金层，该镍基合金层堆焊在主管道对接面上，另一层也为镍基合金层，该镍基合金层位于第一层镍基合金层与主泵泵壳对接面之间；主管道与主流量计之间的焊缝分为两层，第一层为镍基合金层，该镍基合金层堆焊在主管道对接面上，另一层也为镍基合金层，该镍基合金层位于第一层镍基合金层与主流量计对接面之间；主管道与主调节阀之间的焊缝分为三层，第一层为镍基合金层，该镍基合金层堆焊在主管道对接面上，第二层也为镍基合金层，该镍基合金层堆焊在主调节阀对接面上，第三层也为镍基合金层，该镍基合金层位于第一层镍基合金层与第二层镍基合金层之间。

2.根据权利要求1所述的核主泵试验台主回路，其特征在于：在主管道上骑焊有凸台，凸台用于与高压辅助回路管道连接。

3.根据权利要求2所述的核主泵试验台主回路，其特征在于：所述的凸台材质为WB36。

4.根据权利要求1所述的核主泵试验台主回路，其特征在于：所述的弯头内壁的面层厚度为2.5～3.5mm。

5.根据权利要求4所述的核主泵试验台主回路，其特征在于：所述的弯头内壁的面层厚度为3mm。

6.根据权利要求1所述的核主泵试验台主回路，其特征在于：所述的直管、三通、异径接头这三种管件内壁中，过渡层和面层厚度均有1.6mm。

7.一种权利要求1-6任一权利要求所述的核主泵试验台主回路的内壁堆焊和环缝对接焊方法，其特征在于：包括如下过程：

A、对主管道内壁堆焊不锈钢，过程为：

1）、直管、三通、异径接头这三种管件内壁堆焊不锈钢过程为：（1）管件内壁除锈；（2）将管件内壁预热到120℃～150℃；（3）在管件内壁堆焊一层309MoL不锈钢层作为过渡层；（4）过渡层冷却；（5）在过渡层上再堆焊一层347不锈钢层作为面层；（6）面层打磨；（7）堆焊层热处理；（8）面层表面进行喷玻璃珠处理；

2）、弯头内壁堆焊不锈钢过程为：（1）弯头内壁除锈；（2）将弯头内壁预热到120℃～150℃；（3）在弯头内壁堆焊一层镍基合金层作为面层；（4）面层冷却；（5）面层打磨；（6）堆焊层热处理；（7）面层表面进行喷玻璃珠处理；

B、主管道各部件、设备用环缝对接焊进行连接，过程为；

1）、主管道各部件环缝对接焊过程：（1）焊缝周围预热到120℃～150℃；（2）打底焊；（3）焊缝满焊；（4）焊缝热处理；（5）管道内壁处焊缝打磨；（6）焊缝预热到120℃～150℃；（7）对接主管道部件堆焊层都是不锈钢的，管道内壁处焊缝堆焊一层309MoL不锈钢层作为过渡层，过渡层冷却后，再在过渡层上再堆焊一层以上347不锈钢层作为面层；对接主管道部件堆焊层中有是镍基合金层的，管道内壁处焊缝先堆焊一层镍基合金层作为过渡层，过渡层冷却后，再在过渡层上堆焊一层以上镍基合金层作为面层；（8）面层冷却；（9）堆焊层热处理；（10）堆焊层和焊缝打磨；

2）、主管道与主泵泵壳环缝对接焊过程：主泵泵壳对接面材料为奥氏体不锈钢304L，需要在主管道对接面先堆焊一层镍基合金层，对镍基合金层进行580-620℃的退火处理后，再用镍基合金焊材进行环缝对接焊；

3）、主管道与主流量计环缝对接焊过程：主流量计对接面材料为奥氏体不锈钢304L，需要在主管道对接面先堆焊一层镍基合金层，对镍基合金层进行580-620℃的退火处理后，再用镍基合金焊材进行环缝对接焊；

4）、主管道与主调节阀环缝对接焊过程：主调节阀对接面材料为SA351，首先需在主调节阀对接面和主管道对接面上分别用镍基合金焊材堆焊一层，预热温度为120℃～150℃，对接面堆焊完成后，对主管道堆焊层及其主调节阀堆焊层进行热处理后，再用镍基合金焊材将主管道堆焊层和主调节阀堆焊层进行环缝对接焊；

5）、主管道与高压辅助回路管道环缝对接焊过程：在主管道和高压辅助回路管道之间，设有一个材质为WB36的凸台，凸台骑焊在主管道上，凸台与高压辅助回路管道连接时，凸台与高压辅助回路管道连接的对接面上堆焊一层镍基合金层，对镍基合金层进行580-620℃的退火处理后，再用镍基合金焊材与高压辅助管道进行环缝对接焊。

8.根据权利要求7所述的核主泵试验台主回路的内壁堆焊和环缝对接焊方法，其特征在于：以上过程B中，主管道部件、设备在对接焊之前的对接面处理完毕后，按以下流程进行环缝对接焊：

1）对口前检查：对口前，将焊口清理干净，直至发出金属光泽；每只焊口施焊前对管端做100%PT或MT检验，检验合格后施焊；

2）设置充氩堵头：焊接时焊缝内侧需要氩气保护，为保证保护效果及节省氩气，在焊缝两侧设置堵头；在对口前，将充氩工具放入管道内，两块堵头间距不小于400mm，并平均分布在坡口两侧；焊接完成后再停止充氩；

3）对口检查：对口前，对坡口表面及内壁进行PT检验，确认无表面缺陷后方可对口；焊件对口时，做到内壁齐平，如有错口，局部错口值不超过壁厚的10%，且不大于1mm；对口平直度≤3/200；对口间隙为3～4mm，过大或过小都修整到规定尺寸，不进行强力对口或在间隙内加填塞物；

4）焊口点固：焊口点固时，采用塞块形式点固在坡口内，点固位置对称布置；点固焊前进行预热，预热温度为200～250℃；

5）预热：主管道焊口在施焊前进行预热；

6）充氩：打底焊时管内需要充氩；充氩时，开始流量为10～20L/min，等氩气充满后，进行打底焊接；

7）采用氩弧焊进行打底焊：引弧时提前1.5～4s输送氩气，排除氩气输送皮管内及焊口处的空气；熄弧后，延时5～15s熄气，保护尚未冷却的钨极及溶池，降低焊缝表面氧化程度；焊接到塞块时，将塞块除掉，并将焊点焊缝打磨；氩弧焊打底至少2层，每层厚度为2.8～3.2mm；

8）层间焊接及盖面焊接：层间焊及盖面焊预热温度120～150℃；注意层间清理，焊接中将每层焊道接头错开10～15mm；在焊接中断过程中，焊缝始终保持150～200℃的温度；

9）焊后热处理：主管道焊缝完成焊接后进行焊缝后热处理，热处理温度330-370℃，保温3小时；在主管道内壁堆焊完成后进行焊缝最终热处理，热处理温度580-620℃，2小时保温；

10）各对接焊缝内壁堆焊不锈钢：

主管道及各部件、设备对接焊缝完成后，管道内壁焊缝需要进行堆焊，并且堆焊层表面经过打磨平滑：首先内壁经过打磨，打磨后，管道内壁预热温度在120～150℃；主管道内侧的焊缝堆焊层分过渡层和面层两部分；对接管道部件堆焊层都是不锈钢的，堆焊一层309MoL不锈钢层作为过渡层，再堆焊一层347不锈钢层作为面层；对接管道部件堆焊层中有镍基合金层的，先堆焊一层镍基合金层作为过渡层，再在过渡层上堆焊一层以上镍基合金层作为面层。

9.根据权利要求7所述的核主泵试验台主回路的内壁堆焊和环缝对接焊方法，其特征在于：以上过程A中，三通、异径接头采用机器自动TIG焊，直管采用机器自动MIG焊。

10.根据权利要求7所述的核主泵试验台主回路的内壁堆焊和环缝对接焊方法，其特征在于：主管道与主泵泵壳环缝对接焊过程、主管道与主流量计环缝对接焊过程、主管道与高压辅助回路管道环缝对接焊过程中，退火温度均为600℃。

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