CN113996962B - 一种控制棒驱动机构下部ω密封焊缝堆焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，将焊道布置为3层，逐层堆焊处理防止焊接气胀，降低焊接风险，且本方案基于ASME和RCC‑M双标准体系，适用范围更广，可为M310机组国内维修CRDMΩ密封焊缝维修提供快速地应急响应，降低核电运维成本，确保核电厂的安全运行提供技术保障，为运行和决策提供更好的远程技术支持，因此具有质量稳定性高、施工效率高的优点。

Description

一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法

技术领域

本发明涉及堆焊维修工艺技术领域，具体涉及一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法。

背景技术

控制棒驱动机构(简称CRDM)是核电厂反应堆控制和保护系统中极为重要的伺服机构，用于实现反应堆启动、提升功率、保持功率、负荷跟踪、正常停堆和紧急事故停堆等安全功能；CRDM下部的耐压壳是核电站一回路的压力边界。CRDM安装在压力容器接管座上方，其耐压壳与压力容器接管座采用Ω密封焊连接；控制棒驱动机构下部Ω焊缝具体结构如图1 所示。

据国内外核电厂运行经验反馈，国内外的多个M310机组CRDM下部Ω焊缝，随机组运行时间的延续已多次出现泄漏，

此前国内现有的多家M310机组已明确提出了下部CRDMΩ焊缝维修需求，然而目前未有一家技术团体详细研究掌握控制棒驱动机构下部的Ω焊缝堆焊维修技术，我国的技术缺口和旺盛的市场需求之间形成了鲜明的对比。

经过调研，发现国内已开展了国内某种压水堆核电厂控制棒驱动机构上部Ω密封焊缝堆焊维修工艺研发，该研究采用堆焊2层实验，焊接部位、堆焊层数均与针对于控制棒驱动机构上部的Ω密封焊缝堆焊；国际上研究学者开展了基于ASME标准的钨极氩弧焊GTAW/TIG)，焊接材料均为625合金，其焊接方式存在一定的弊端，焊接受热不均匀，焊接区域上部下部膨胀不一致等。

鉴于此，本发明提供一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术主要针对于控制棒驱动机构上部的Ω密封焊缝堆焊工艺，而随机组运行时间的延续控制棒驱动机构下部Ω焊缝也多次出现泄漏，基于ASME 标准的钨极氩弧焊焊接方式存在一定的弊端，焊接受热不均匀，焊接区域上部下部膨胀不一致等，本发明目的在于提供一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，以解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，包括：

步骤一：对Ω密封焊缝进行焊前预处理并记录焊前尺寸；

步骤二：布置3层焊道，并逐层堆焊Ω密封焊缝，逐层堆焊过程中分别基于ASME标准和RCC-M标准进行逐层目视检验和逐层渗透检验；

步骤三：基于焊前尺寸对堆焊完的Ω密封焊缝开展焊后尺寸检验，并对堆焊完的Ω密封焊缝开展焊后检验。

本方案工作原理：现有技术主要针对于控制棒驱动机构上部的Ω密封焊缝堆焊工艺，而随机组运行时间的延续控制棒驱动机构下部Ω焊缝也多次出现泄漏，基于ASME标准的钨极氩弧焊焊接方式存在一定的弊端，焊接受热不均匀，焊接区域上部下部膨胀不一致等风险；而本发明将焊道布置为3层，逐层堆焊防止焊接气胀，降低焊接风险，且本方案基于ASME和 RCC-M双标准体系，适用范围更广，可为M310机组国内维修CRDMΩ密封焊缝维修提供快速地应急响应，降低核电运维成本，确保核电厂的安全运行提供技术保障，为运行和决策提供更好的远程技术支持，对我国三代核电自主化进程具有良好的促进意义。

进一步优化方案为，步骤一包括：

对Ω密封焊缝待焊表面进行清理，使得待焊表面及两侧10mm区域内无焊接杂质；

对Ω密封焊缝待焊表面进行焊前目视检验和渗透检验，掌握Ω密封焊缝焊前状态；

在Ω密封焊缝中间位置钻入2个直径≤2mm的通孔。

清理Ω密封焊缝待焊表面，保证待焊表面及两侧约各10mm区域内无水、铁锈、油污、积渣和其他影响焊接的杂质。

为防止逐层堆焊过程中产生气胀，在Ω密封焊缝中间位置钻入2个直径不超过2mm的孔。焊接前将焊接机头吊装至合适位置并夹持固定在CRDM耐压壳上。

每层焊完后开展目视、渗透检验，参考ASME(2007版)、RCC-M(2000版+2002补遗)以及核岛安装工程相关标准，制定以下评判要求：

逐层目视检验的要求包括：

焊缝表面存在焊瘤、未填满、未焊透、咬边、塌陷、缩沟、蜂窝状缺陷、局部隆起或有夹杂物时，堆焊不合格。

逐层渗透检验的要求包括：

在焊缝区域有渗透显示时，堆焊不合格；

在焊缝区域以外，有尺寸大于1.5mm的渗透显示，或尺寸小于1.5mm但其间距小于3mm 渗透显示时，堆焊不合格。

用以上工艺堆焊完成的试验件通过了逐层目视、渗透检验。

进一步优化方案为，记录焊前尺寸的方法为：

在Ω密封焊缝中心处选取多个测量点，记录所有测量点的位置；

分别测量各测量点到密封鞘外壁的水平距离，取其平均值记为焊前尺寸h1。

进一步优化方案为，选取测量点的方法为：

以密封鞘连接待焊表面的平面A为测量基准，在与平面A距离D处选取4个测量点，D的值为12±0.2mm。4个测量点之间的间距可以相等，也可以不等，只要保证不密集选取即可。

进一步优化方案为，步骤二包括：

第1层焊道以通孔为中心，从密封鞘和控制棒驱动机构管座两侧至中间顺序堆焊ERNiCrFe-7A；

第2焊道和第3层焊道均按照控制棒驱动机构管座向密封鞘的方向顺序堆焊ERNiCrFe-7A；在堆焊第3层焊道时密封通孔。从两侧至中间的顺序焊接，第二、三层焊道顺序均为自下而上焊接，最后一道封孔保证在堆焊过程中受热均匀，堆焊部位上方和下方受热均匀，膨胀一致，不会给焊接过程造成视觉误差，降低焊接风险。

进一步优化方案为，顺序堆焊ERNiCrFe-7A过程中的工艺参数为：

进一步优化方案为，所述焊后尺寸检验包括：

选取与焊前尺寸测量相同的多个测量点d，分别测量各点与外壁B的水平距离，并取其平均值，并将其记为焊后尺寸h2；

计算堆焊焊缝高度△h＝h2-h1，当△h≥3.2mm时，堆焊合格。

根据ASME标准(2007版)B&PV XI篇IWB-3640、附录C5000及ASME Code Case N-504-2 等相关规范，开展堆焊层厚度设计计算、堆焊结构力学分析与评定、疲劳性能评价、强度评价及安定性评价，计算得M310机组控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊最小厚度为3.20mm，因此焊后尺寸检验过程以3.2mm为堆焊焊缝的最低高度。

进一步优化方案为，所述焊后检验包括：水压试验、水压后目视检验、水压后渗透检验和金相检验。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，将焊道布置为3层，逐层堆焊处理防止焊接气胀，降低焊接风险，且本方案基于ASME和RCC-M双标准体系，适用范围更广，可为M310机组国内维修CRDMΩ密封焊缝维修提供快速地应急响应，降低核电运维成本，确保核电厂的安全运行提供技术保障，为运行和决策提供更好的远程技术支持，因此具有质量稳定性高、施工效率高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝局部截面示意图A；

图2为控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝局部截面示意图B；

图3为控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝局部测量点选取示意图；

图4为控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝逐层堆焊效果示意图；

图5为控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝焊后截面示意图；

图6为实施例4金相取样示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-密封鞘，2-平面A，3-Ω密封腔，4-控制棒驱动机构管座，5-平面B，6-通孔，7-金相试样，8-堆焊层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，包括：

步骤一：对Ω密封焊缝进行焊前预处理并记录焊前尺寸；

步骤二：布置3层焊道，并逐层堆焊Ω密封焊缝，逐层堆焊过程中分别基于ASME标准和 RCC-M标准进行逐层目视检验和逐层渗透检验；

步骤三：基于焊前尺寸对堆焊完的Ω密封焊缝开展焊后尺寸检验，并对堆焊完的Ω密封焊缝开展焊后检验。

步骤一包括：

对Ω密封焊缝待焊表面进行清理，使得待焊表面及两侧10mm区域内无焊接杂质；

对Ω密封焊缝待焊表面进行焊前目视检验和渗透检验，掌握Ω密封焊缝焊前状态；

在Ω密封焊缝中间位置钻入2个直径≤2mm的通孔。

逐层目视检验的要求包括：

焊缝表面存在焊瘤、未填满、未焊透、咬边、塌陷、缩沟、蜂窝状缺陷、局部隆起或有夹杂物时，堆焊不合格。

逐层渗透检验的要求包括：

在焊缝区域有渗透显示时，堆焊不合格；

在焊缝区域以外，有尺寸大于1.5mm的渗透显示，或尺寸小于1.5mm但其间距小于3mm 渗透显示时，堆焊不合格。

记录焊前尺寸的方法为：

在Ω密封焊缝中心处选取多个测量点，记录所有测量点的位置；

分别测量各测量点到密封鞘外壁的水平距离，取其平均值记为焊前尺寸h1。

选取测量点的方法为：

如图2和图3所示，以密封鞘1连接待焊表面的平面A 2为测量基准，在与平面A 2距离D 处选取4个测量点，D的值为12±0.2mm。图2中的A点和B点为选取的测量点；以图2中平面A为测量基准，在与平面A距离D(D的理论值为12mm，即密封焊缝中心)处选取4个测量点a/b/c/d，记录4个测量点的位置，分别测量各点与外壁B的水平距离，并取其平均值，记为h1。

步骤二包括：

如图4所示，第1层焊道以通孔6为中心，从密封鞘1和控制棒驱动机构管座两侧至中间顺序堆焊ERNiCrFe-7A；

第2焊道和第3层焊道均按照控制棒驱动机构管座4向密封鞘1的方向(自下而上)顺序堆焊ERNiCrFe-7A；在堆焊第3层焊道时密封通孔。

顺序堆焊ERNiCrFe-7A过程中的工艺参数为：

/>

所述焊后尺寸检验包括：

选取与焊前尺寸测量相同的测量点，分别测量各点与外壁B的水平距离，并取其平均值，并将其记为焊后尺寸h2；

计算堆焊焊缝高度△h＝h2-h1，当△h≥3.2mm时，堆焊合格。

选取与焊前尺寸测量相同的4个测量点a/b/c/d，分别测量各点与外壁B的水平距离，并取其平均值，并将其记录h2，如图5所示。经测得堆焊焊缝高度△h＝h2-h1＝4.8mm，大于要求的不低于3.2mm，满足要求。

所述焊后检验包括：水压试验、水压后目视检验、水压后渗透检验和金相检验。

实施例2

本实施例基于上一实施例堆焊后的控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝进行水压试验；

水压试验要求如下：

1)水压试验用水满足A级水的规定；

2)水压试验所用压力测量仪表必需进行标定，并在有效期内使用。压力测量仪表的量程范围不低于0～30MPa，单位刻度最大为0.2MPa；

3)水压试验时，将压力稳定在23.1MPa～23.3MPa，保持密封15min～30min。试验过程中，目视检查焊缝表面，不允许存在渗漏；所压力下降到22.8MPa以下，则水压试验不合格；

4)水压试验后，应再次对焊缝区域进行液体渗透检验。

实施例3

本实施例基于上一实施例堆焊后的控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝进行水压后目视、渗透检验；

水压后，参考ASME(2007版)、RCC-M(2000版+2002补遗)以及核岛安装工程相关标准，制定以下评判要求：

目视检验要求：焊缝表面不允许存在焊瘤、未填满、未焊透、咬边、塌陷、缩沟、蜂窝状缺陷和局部隆起及夹杂物等。

渗透检验要求：1)在焊缝区域，不允许有任何显示；2)在焊缝以外的区域，尺寸大于 1.5mm的任何显示，以及尺寸小于1.5mm但其间距小于3mm的所有显示均不合格。

用以上工艺堆焊完成的试验件通过了水压后目视、渗透检验。

实施例4

参考ASME(2007版)、RCC-M(2000版+2002补遗)的相关标准要求，本实施例基于上述控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝进行金相检验，破坏性取样，堆焊层8和金相试样7如图6所示，制定以下评判要求：

50X检验应无裂纹、未焊透、未熔合及尺寸超过0.66mm的气孔和夹杂；200X检验应无微裂纹和对接头有害的沉淀析出相。

用以上工艺堆焊完成的试验件通过了金相检验。

综上所述，本方案为防止焊接气胀，在密封焊缝中钻2个不大于2mm的孔；分别基于ASME (2007版)、RCC-M(2000版+2002补遗)标准体系构建内维修要求；焊道布置为3层，第1层以2mm孔为中心，从两侧至中间的顺序焊接，最后一道封孔，第2、3层焊道顺序均为自下而上，有效解决了现有技术中焊接受热不均匀，焊接部位膨胀不一致的弊端，为M310机组国内维修CRDMΩ密封焊缝维修提供快速地应急响应，降低核电运维成本，确保核电厂的安全运行提供技术保障，为运行和决策提供更好的远程技术支持，对我国三代核电自主化进程具有良好的促进意义。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，其特征在于，包括：

步骤一：对Ω密封焊缝进行焊前预处理并记录焊前尺寸；

包括：对Ω密封焊缝待焊表面进行清理，使得待焊表面及两侧10mm区域内无焊接杂质；

对Ω密封焊缝待焊表面进行焊前目视检验和渗透检验，掌握Ω密封焊缝焊前状态；

在Ω密封焊缝中间位置钻入2个直径≤2mm的通孔

步骤二：布置3层焊道，并逐层堆焊Ω密封焊缝，逐层堆焊过程中分别基于ASME标准和RCC-M标准进行逐层目视检验和逐层渗透检验；

包括：

第1层焊道以通孔为中心，从密封鞘和控制棒驱动机构管座两侧至中间顺序堆焊ERNiCrFe-7A；

顺序堆焊ERNiCrFe-7A过程中的工艺参数为：

第2焊道和第3层焊道均按照控制棒驱动机构管座向密封鞘的方向顺序堆焊ERNiCrFe-7A；在堆焊第3层焊道时密封通孔；

步骤三：基于焊前尺寸对堆焊完的Ω密封焊缝开展焊后尺寸检验，并对堆焊完的Ω密封焊缝开展焊后检验。

2.根据权利要求1所述的一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，其特征在于，逐层目视检验的要求包括：

焊缝表面存在焊瘤、未填满、未焊透、咬边、塌陷、缩沟、蜂窝状缺陷、局部隆起或有夹杂物时，堆焊不合格。

3.根据权利要求1所述的一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，其特征在于，逐层渗透检验的要求包括：

在焊缝区域有渗透显示时，堆焊不合格；

在焊缝区域以外，有尺寸大于1.5mm的渗透显示，或尺寸小于1.5mm但其间距小于3mm渗透显示时，堆焊不合格。

4.根据权利要求1所述的一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，其特征在于，记录焊前尺寸的方法为：

在Ω密封焊缝中心处选取多个测量点，记录所有测量点的位置；

分别测量各测量点到密封鞘外壁的水平距离，取其平均值记为焊前尺寸h1。

5.根据权利要求4所述的一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，其特征在于，选取测量点的方法为：

以密封鞘连接待焊表面的平面A为测量基准，在与平面A距离D处选取4个测量点，D的值为12±0.2mm。

6.根据权利要求4所述的一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，其特征在于，所述焊后尺寸检验包括：

选取与焊前尺寸测量相同的多个测量点d，分别测量各点与外壁B的水平距离，并取其平均值，并将其记为焊后尺寸h2；

计算堆焊焊缝高度△h＝h2-h1，当△h≥3.2mm时，堆焊合格。

7.根据权利要求1所述的一种控制棒驱动机构下部Ω密封焊缝堆焊方法，其特征在于，所述焊后检验包括：水压试验、水压后目视检验、水压后渗透检验和金相检验。

Images