CN117655475A - 一种低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法。首先在低合金钢顶盖外壁通过手工电弧焊打底焊接预堆焊层，以对所述顶盖外壁进行保护，防止后续自动焊时发生变形、稀释过大等情况，然后采用自动埋弧焊在所述预堆焊层上分别焊接第一堆焊层和第二堆焊层，并分别在两次堆焊层之后进行热处理，及时消除焊接应力，最后通过修型处理，实现在顶盖外壁上低合金钢自动增材堆焊的目的，相比采用手工电弧焊逐个对堆焊管座进行堆焊，本实施例的增材堆焊方法可以大幅度提高焊接效率，且通过打底焊接、两次埋弧堆焊以及堆焊后的及时热处理工艺，也大幅提高焊接质量，且自动焊的焊缝质量一致性较高。

Description

一种低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法

技术领域

本发明涉及反应堆压力容器堆焊技术领域，具体而言，涉及一种低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法。

背景技术

反应堆压力容器结构设计中，顶盖上需要制造堆测接管结构，现有技术一般通过增材堆焊工艺直接在顶盖上堆焊出堆测接管结构。堆测接管结构包括堆焊管座和堆测接管两部分，其中堆焊管座为堆焊成型的压力边界结构，要求采用与母材同材质的焊材进行堆焊。堆焊管座堆焊完成并加工成型后，在管座内壁进行不锈钢堆焊，并在端面堆焊镍基隔离层，与堆测接管采用全熔透异种金属焊缝连接。

其中，堆焊管座位于顶盖封头的球面上，而封头球面的复杂形状，对堆焊的成型轨迹要求较高，焊接量较大。目前，顶盖上堆焊管座的常规增材堆焊方法主要为手工电弧焊，且在顶盖上逐个焊接，最终成型加工成设计图纸上的尺寸。但采用传统手工电弧焊在形状复杂的顶盖球面上堆焊的效率低下，且焊缝质量及其一致性也得不到保证。

发明内容

本发明所要解决的问题是传统手工电弧焊在形状复杂的顶盖球面上堆焊的效率低下，且焊缝质量及其一致性也得不到保证。

为解决上述问题中的至少一个方面，本发明提供一种低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，包括：

采用焊条电弧焊在低合金钢顶盖外壁堆焊预堆焊层；

采用埋弧焊在所述预堆焊层上焊接第一堆焊层；

对第一增材部位及其周围区域进行第一热处理，所述第一增材部位包括焊接有所述预堆焊层和所述第一堆焊层的部位；

采用埋弧焊在所述第一堆焊层上焊接第二堆焊层；

对第二增材部位及其周围区域进行第二热处理，所述第二增材部位包括焊接有所述预堆焊层、所述第一堆焊层和所述第二堆焊层的部位；

对所述第二增材部位进行修型处理。

较佳地，在所述采用埋弧焊在所述预堆焊层上焊接第一堆焊层之前，还包括：打磨所述预堆焊层表面及周围，打磨角度为5-10°。

较佳地，所述预堆焊层的厚度为10mm。

较佳地，所述采用埋弧焊在所述预堆焊层上焊接第一堆焊层包括：

采用专用埋弧焊焊接设备在所述预堆焊层上自动焊接第一堆焊层，其中，所述专用埋弧焊焊接设备包括走台、埋弧焊小车、专用轨道，所述专用轨道和所述走台分别与所述低合金钢顶盖装配固定，所述埋弧焊小车适于在所述专用轨道上行走，所述走台上架设有电缆，用于为所述埋弧焊小车提供电能。

较佳地，所述采用埋弧焊在所述预堆焊层上焊接第一堆焊层还包括：

利用所述埋弧焊小车进行焊接时，每道收弧和引弧位置均焊接至第一焊剂挡板位置，其中，所述第一焊剂挡板设置于距离所述预堆焊层两端第一预设距离处。

较佳地，在所述对第一增材部位及其周围区域进行第一热处理之前，还包括：

采用碳弧气刨去除所述第一焊剂挡板，并对所述第一堆焊层的表面进行气刨平整，保留至少1mm打磨量。

较佳地，所述采用埋弧焊在所述第一堆焊层上焊接第二堆焊层包括：

采用专用埋弧焊焊接设备在所述第一堆焊层上自动焊接第二堆焊层，且利用所述埋弧焊小车进行焊接时，每道收弧和引弧位置均焊接至第二焊剂挡板位置，所述第二焊剂挡板设置于距离所述第一增材部位两端第二预设距离处。

较佳地，在所述对第二增材部位及其周围区域进行第二热处理之前，还包括：

采用碳弧气刨去除所述第二焊剂挡板，并对所述第二堆焊层的表面进行气刨平整，保留至少1mm打磨量。

较佳地，所述对所述第二增材部位进行修型处理包括：对所述第二增材部位加工气刨基准，并采用气刨方式去除余量。

较佳地，再所述对所述第二增材部位加工气刨基准之前，还包括：对所述第二增材部位进行磁粉探伤和超声波探伤。

本发明相较于现有技术的优势在于：

本发明首先在低合金钢顶盖外壁通过手工电弧焊打底焊接预堆焊层，以对所述顶盖外壁进行保护，防止后续自动焊时发生变形、稀释率大等情况，然后采用自动埋弧焊在所述预堆焊层上分别焊接第一堆焊层和第二堆焊层，并分别在两次堆焊层之后进行热处理，及时消除焊接应力，最后通过修型处理，实现在顶盖外壁上低合金钢自动增材堆焊的目的，相比采用手工电弧焊逐个对堆焊管座进行堆焊，本实施例的增材堆焊方法可以大幅度提高焊接效率，且通过打底焊接、两次埋弧堆焊以及堆焊后的及时热处理工艺，也大幅提高焊接质量，且自动焊的焊缝质量一致性较高。

附图说明

图1为本发明实施例中低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法的流程图；

图2为本发明实施例中堆焊管座堆焊专用平台示意图；

图3为本发明实施例中低合金钢凸台增材手工电弧焊预堆焊层范围示意图；

图4为本发明实施例中低合金钢顶盖外壁增材堆焊方向示意图；

图5为本发明实施例中低合金钢凸台增材埋弧焊堆焊第一部分示意图；

图6为本发明实施例中埋弧焊堆焊凸台第二部分示意图。

附图标记说明：

1-专用轨道；2-走台；3-埋弧小车；4-凸台；5-预堆焊层；6-第一堆焊层；7-第二堆焊层。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

请参阅图1所示，本发明实施例的一种低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法(以下简称为增材堆焊方法)，包括：

采用焊条电弧焊在低合金钢顶盖外壁堆焊预堆焊层5；

采用埋弧焊在所述预堆焊层5上焊接第一堆焊层6；

对第一增材部位及其周围区域进行第一热处理，所述第一增材部位包括焊接有所述预堆焊层5和所述第一堆焊层6的部位；

采用埋弧焊在所述第一堆焊层6上焊接第二堆焊层7；

对第二增材部位及其周围区域进行第二热处理，所述第二增材部位包括焊接有所述预堆焊层5、所述第一堆焊层6和所述第二堆焊层7的部位；

对所述第二增材部位进行修型处理。

本实施例的增材堆焊方法，首先在低合金钢顶盖外壁(以下简称为顶盖外壁)手工电弧焊打底，焊接预堆焊层5，以对所述顶盖外壁进行保护，防止后续自动焊时发生变形、稀释率大等情况，然后采用自动埋弧焊在所述预堆焊层5上分别焊接第一堆焊层6和第二堆焊层7，并分别在两次堆焊层之后进行热处理，及时消除焊接应力，最后通过修型处理，实现在顶盖外壁上低合金钢自动增材堆焊的目的，相比采用手工电弧焊逐个对堆焊管座进行堆焊，本实施例的增材堆焊方法可以大幅度提高焊接效率，且通过打底焊接、两次埋弧堆焊以及堆焊后的及时热处理工艺，也大幅提高焊接质量，且自动焊的焊缝质量一致性较高。

需要说明的是，通过本实施例的增材对焊缝方法，在顶盖外壁上堆焊出凸台，通过对凸台的加工成型，得到所需结构。例如，为了在反应堆压力容器的顶盖上加工出堆测接管结构，首先利用本实施例的增材堆焊方法在顶盖外壁上焊接凸台，然后对凸台进行加工成型得到所需堆测接管。可以理解，如需在顶盖外壁上加工其他结构，对凸台进行相应的加工成型方法即可。

其中一些实施方式中，在所述采用埋弧焊在所述预堆焊层5上焊接第一堆焊层6之前，还包括：打磨所述预堆焊层5表面及周围，打磨角度为5-10°。

本实施例在手工电弧焊焊接完成之后，打磨预堆焊层5四周及表面一定角度，以使得预堆焊层5与周围母材圆滑过渡，及时消除焊接应力。

其中一些实施方式中，所述预堆焊层5的厚度为10mm。即，通过手工电弧焊首先在顶盖外壁上堆焊出约10mm厚的预堆焊层5，上下幅度范围在0-3mm。

其中一些实施方式中，所述采用埋弧焊在所述预堆焊层5上焊接第一堆焊层6包括：

采用专用埋弧焊焊接设备在所述预堆焊层5上自动焊接第一堆焊层6，其中，所述专用埋弧焊焊接设备包括走台、埋弧焊小车、专用轨道，所述专用轨道和所述走台分别与所述低合金钢顶盖装配固定，所述埋弧焊小车适于在所述专用轨道上行走，所述走台上架设有电缆，用于为所述埋弧焊小车提供电能。

如图2所示，为保证堆焊成型尺寸满足要求，本实施例采用专用埋弧焊焊接设备，将堆测接管低合金钢凸台堆焊用走台2、埋弧焊小车3的专用轨道1与顶盖进行装配固定，其中，走2、专用轨道1与顶盖接触部位采用软铁垫实，以防止发生滑动。将埋弧焊小车3吊至专用轨道1上并装配，沿走台2扶手架设电缆，保证埋弧焊小车3在焊接过程中各部件之间不会相互干涉。焊接前利用埋弧焊小车3找正专用轨道1，以与顶盖同心，保证同心度≤1mm。

由于反应堆压力容器顶盖上一般需设置8个堆测接管结构，现有技术采用手工电弧焊依次分别堆焊出8个凸台，再进行加工成型，得到堆测接管。而本实施例利用专用埋弧焊焊接设备，实现在顶盖外壁多个方向上同时进行堆焊的目的，焊接效率大幅提高。

其中一些实施方式中，所述采用埋弧焊在所述预堆焊层5上焊接第一堆焊层6还包括：

利用所述埋弧焊小车进行焊接时，每道收弧和引弧位置均焊接至第一焊剂挡板位置，其中，所述第一焊剂挡板设置于距离所述预堆焊层5两端第一预设距离处。

本实施例通过在预堆焊层5两端第一预设距离处设置第一焊剂挡板，并将开始焊接和结束焊接的位置从第一焊剂挡板开始，由此将引弧和收弧引出至外围区域，以保证焊接区域内的焊接质量。需要说明的是，随着堆焊的进行，厚度越来越大，需要按需要提升第一焊剂挡板的高度，以满足焊接要求，同时注意已堆焊的凸台的形状，防止凸台发生偏斜或局部缺陷，影响后续制造。

其中一些实施方式中，在所述对第一增材部位及其周围区域进行第一热处理之前，还包括：

采用碳弧气刨去除所述第一焊剂挡板，并对所述第一堆焊层6的表面进行气刨平整，保留至少1mm打磨量。

本实施例首先通过碳弧气刨去除第一焊剂挡板，然后按照设计尺寸修正已堆焊部分的表面，将参差不齐的焊道表面气刨平整，保留适当打磨量。

其中一些实施方式中，所述采用埋弧焊在所述第一堆焊层6上焊接第二堆焊层7包括：

采用专用埋弧焊焊接设备在所述第一堆焊层6上自动焊接第二堆焊层7，且利用所述埋弧焊小车进行焊接时，每道收弧和引弧位置均焊接至第二焊剂挡板位置，所述第二焊剂挡板设置于距离所述第一增材部位两端第二预设距离处。

本实施例的过程与堆焊第一堆焊层6的过程类似，均是采用专用埋弧焊焊接设备同时在多个方向上的第一堆焊层6上进行第二部分的堆焊。且焊接时每道收弧、引弧位置需从第二焊剂挡板开始，并注意相邻焊道熔合良好，焊接过程中及时清渣，保证焊道间质量。

其中一些实施方式中，在所述对第二增材部位及其周围区域进行第二热处理之前，还包括：

采用碳弧气刨去除所述第二焊剂挡板，并对所述第二堆焊层7的表面进行气刨平整，保留至少1mm打磨量。

本实施例首先通过碳弧气刨去除第二焊剂挡板，然后按照设计尺寸修正已堆焊部分的表面，将参差不齐的焊道表面气刨平整，保留适当打磨量。

其中一些实施方式中，所述对所述第二增材部位进行修型处理包括：对所述第二增材部位加工气刨基准，并采用气刨方式去除余量。

本实施例待气刨基准加工完毕后，采用气刨方式去除余量，其中，气刨基准分两次加工完成，两次气刨后最终加工成型。

其中一些实施方式中，再所述对所述第二增材部位加工气刨基准之前，还包括：对所述第二增材部位进行磁粉探伤和超声波探伤。

本实施例在增材堆焊之后，对增材部位进行探伤检测，其中，磁粉探伤(MT探伤)用于探测铁磁性材料表面和近表面的裂纹，超声波探伤(UT探伤)用于探测原材料和工件内部的缺陷，损伤探测结束后，再加工气刨基准以进行气刨去除余量。

下面通过具体示例进行详细说明。

本实施例在三代堆型反应堆压力容器顶盖上焊接quickloc堆焊管座结构，首先装配专用埋弧焊焊接设备，如图2所示。

手工电弧焊打底焊接：采用焊条电弧焊在划线范围内进行低合金钢凸台SMAW(手工电弧焊)预堆焊层5堆焊，堆焊厚度10mm，堆焊范围见图3所示。手工电弧焊焊接完成后，打磨预堆焊层5四周及表面一定R角，与周围母材圆滑过渡，R为R5-R10。

埋弧焊第一部分增材堆焊：使用专用埋弧焊机在预堆焊层5范围内进行低合金钢凸台埋弧焊第一部分堆焊，得到第一堆焊层6。其中，在预堆焊层5两端设计了专用收引弧挡板，焊接时每道收、起弧位置需堆焊至焊剂挡板位置，并注意相邻焊道间熔合良好，尤其注意与顶盖封头位置熔合质量，保证无夹渣、未熔合等缺陷。堆焊方向如图4所示，埋弧焊堆焊第一部分厚度见图5所示。焊接过程按需要提升焊剂挡板高度，满足焊接要求，同时注意观察已堆焊凸台形状，防止堆焊凸台发生偏斜或局部缺陷，影响后续制造。

碳弧气刨+打磨：碳弧气刨去除焊剂挡板，按图5所示尺寸修整已堆焊部分的表面，将参差不齐的焊道表面气刨平整，保留至少1mm打磨量。

中间热处理：增材部位及周围区域保持预热温度进行中间热处理。

埋弧焊第二部分增材堆焊：使用专用埋弧焊小车进行低合金钢凸台埋弧焊第二部分堆焊，得到第二堆焊层7。焊接时每道收、起弧位置需至焊剂挡板，并注意相邻焊道熔合良好，焊接过程中及时清渣，保证道间质量。埋弧焊第二部分堆焊厚度见图6所示。

碳弧气刨：碳弧气刨去除焊剂挡板，按图6所示尺寸修整已堆焊部分的表面，将参差不齐的焊道表面气刨平整，保留至少1mm打磨量。

中间热处理：增材部位及周围区域保持预热温度进行中间热处理。

加工气刨基准：增材部位MT和UT探伤完成后，加工气刨基准。

碳弧气刨修型：待气刨基准加工完毕后，采用气刨方式去除余量，气刨基准分两次加工完成，两次气刨后最终加工成型。

本实施例利用专用焊接装置，实现了顶盖外壁低合金钢自动增材堆焊，大幅度提高焊接效率和焊接质量。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，其特征在于，包括：

采用焊条电弧焊在低合金钢顶盖外壁堆焊预堆焊层(5)；

采用埋弧焊在所述预堆焊层(5)上焊接第一堆焊层(6)；

对第一增材部位及其周围区域进行第一热处理，所述第一增材部位包括焊接有所述预堆焊层(5)和所述第一堆焊层(6)的部位；

采用埋弧焊在所述第一堆焊层(6)上焊接第二堆焊层(7)；

对第二增材部位及其周围区域进行第二热处理，所述第二增材部位包括焊接有所述预堆焊层(5)、所述第一堆焊层(6)和所述第二堆焊层(7)的部位；

对所述第二增材部位进行修型处理。

2.根据权利要求1所述的低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，其特征在于，在所述采用埋弧焊在所述预堆焊层(5)上焊接第一堆焊层(6)之前，还包括：打磨所述预堆焊层(5)表面及周围，打磨角度为5-10°。

3.根据权利要求1所述的低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，其特征在于，所述预堆焊层(5)的厚度为10mm。

4.根据权利要求1所述的低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，其特征在于，所述采用埋弧焊在所述预堆焊层(5)上焊接第一堆焊层(6)包括：

采用专用埋弧焊焊接设备在所述预堆焊层(5)上自动焊接第一堆焊层(6)，其中，所述专用埋弧焊焊接设备包括走台、埋弧焊小车、专用轨道，所述专用轨道和所述走台分别与所述低合金钢顶盖装配固定，所述埋弧焊小车适于在所述专用轨道上行走，所述走台上架设有电缆，用于为所述埋弧焊小车提供电能。

5.根据权利要求4所述的低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，其特征在于，所述采用埋弧焊在所述预堆焊层(5)上焊接第一堆焊层(6)还包括：

利用所述埋弧焊小车进行焊接时，每道收弧和引弧位置均焊接至第一焊剂挡板位置，其中，所述第一焊剂挡板设置于距离所述预堆焊层(5)两端第一预设距离处。

6.根据权利要求5所述的低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，其特征在于，在所述对第一增材部位及其周围区域进行第一热处理之前，还包括：

采用碳弧气刨去除所述第一焊剂挡板，并对所述第一堆焊层(6)的表面进行气刨平整，保留至少1mm打磨量。

7.根据权利要求6所述的低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，其特征在于，所述采用埋弧焊在所述第一堆焊层(6)上焊接第二堆焊层(7)包括：

采用专用埋弧焊焊接设备在所述第一堆焊层(6)上自动焊接第二堆焊层(7)，且利用所述埋弧焊小车进行焊接时，每道收弧和引弧位置均焊接至第二焊剂挡板位置，所述第二焊剂挡板设置于距离所述第一增材部位两端第二预设距离处。

8.根据权利要求7所述的低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，其特征在于，在所述对第二增材部位及其周围区域进行第二热处理之前，还包括：

采用碳弧气刨去除所述第二焊剂挡板，并对所述第二堆焊层(7)的表面进行气刨平整，保留至少1mm打磨量。

9.根据权利要求1所述的低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，其特征在于，所述对所述第二增材部位进行修型处理包括：对所述第二增材部位加工气刨基准，并采用气刨方式去除余量。

10.根据权利要求1所述的低合金钢顶盖外壁增材堆焊方法，其特征在于，再所述对所述第二增材部位加工气刨基准之前，还包括：对所述第二增材部位进行磁粉探伤和超声波探伤。