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  • 核電不銹鋼水池焊接工藝研究的新突破

    針對現階段核電站不銹鋼水池焊接工藝取得的新突破與新進展,結合實例,對其焊接工藝方法的選擇(包括材料與技術參數)、焊接質量控制要點進行分析,最后得出通過對焊接工藝新突破與新進展的合理應用,能確保工藝選擇正確性、質量控制有效性、焊接整體質量,并提高焊縫合格率的結論,在不銹鋼水池焊接實踐中有良好推廣應用價值。

    不銹鋼水池為核電站不可獲取的組成部分,核電站運行過程中,水池用于存儲和運輸各種燃料與廢料,具有十分重要的作用,同時還是典型不支持修復的設施。電站運行過程中,務必確保水池不會發生泄漏,這就對水池焊接提出了極高要求。目前,隨著核電事業快速發展,在水池焊接方面取得了新的突破和進展,以下圍繞實例對這些突破和進展的實際應用進行分析。

    1焊接工藝方法選擇

    水池整體由換料水池、反應堆堆腔、運輸通道、裝載井等部分構成,表面的不銹鋼總重達300t。水池底板與墻體采用厚度為3mm的超低碳不銹鋼鋼板,其規格為(6000×1300mm,直接安裝于型鋼支撐。

    水池焊接完成后的焊縫檢測采用目測法、射線法等,檢測與驗收標準十分嚴格,尤其是射線檢測,其主要有以下標準:不得存在咬邊;氣孔最大尺寸不能超過0.5mm;夾渣尺寸不能超過1.5mm;夾鎢尺寸不能超過0.5mm等。

    1.1焊接工藝方法

    一般情況下,水池泄露主要有以下兩種情況:第一,焊縫產生較大的缺陷,通常為貫穿性缺陷;第二,因母材或者是焊縫受到不同程度的污染,出現腐蝕性孔洞損壞?梢,水池每一條焊縫的焊接都要選擇手工鎢級氬弧焊的工藝方法。直流正接,負極和鎢極相接,正極和工件相接,產生70%左右的電弧熱量施加于工件,其余熱量則施加于鎢極,通過這樣的處理,能使電極承受相對較大的電流,而且焊道較窄、較深,具有良好熔透效果。選用鈰鎢極,引弧方式為高頻。

    1.2焊接材料

    水池壁板與底板都是從歐洲進口的進行固溶處理的在核電站中專用的不銹鋼板。焊絲為ESAB生產研制的不銹鋼焊絲,其直徑在2.0mm左右。為確保焊縫金屬有良好的抗腐蝕作用,應對其鐵素體計算值進行嚴格控制,一般不超過5%15%范圍。

    1.3焊接技術參數

    水池焊接技術參數:(1)打底焊:電流75120A,電壓912V,氣體流量1214L/min;(2)填充層:電流105140A,電壓1013V,填充金屬φ2.0,氣體流量1214L/min;(3)蓋面層:電流80120A,電壓912V,填充金屬φ2.0,氣體流量1214L/min。在焊接過程中,需要對焊縫層間溫度進行有效控制,一般不能超過150℃;實際操作采用短弧的方法,以便于保證電弧長度及其穩定性。

    2焊接質量控制要點

    2.1保護氣體

    在對水池進行焊接時,應對空氣對流速度進行控制,通常風速不能超過2m/s,尤其是要注意高壓風管及電風扇等造成的不利影響。氬氣純度必須達到99.99%以上,在焊接過程中,氬氣流量應保持在1214L/min范圍內,如果氬氣流量超出限度,則有可能產生氣孔等一系列缺陷。在氣瓶使用完畢以后,需確保瓶中殘余氣壓不小于1MPa。

    2.2焊接電極

    在條件允許的情況下優先考慮鈰鎢極。

    2.3清潔控制

    對焊縫及其周圍與環境進行有效的清潔控制是確保焊縫施工質量的重要環節,在實際工作中必須做好下列幾項工作:(1)對焊接施工順序進行合理安排,一般水池襯里板不得與土建施工一同進行,否則將容易產生安全或質量隱患。(2)抹灰與打磨完畢以后,在抹灰層表面均勻涂抹防塵漆。(3)使用砂輪片對底肋部分焊縫進行仔細打磨,除去附著的雜物與氧化層,到內部金屬光澤露出為止。(4)在對襯里板進行安裝以前,需對水池進行徹底清理,使空氣質量滿足要求,避免對施工造成不利影響。(5)襯里板于車間完成切割下料之后,清除割邊范圍內的所有毛刺,確保坡口的光滑性與平直性。在對板體進行預制和運輸時,做好襯里臨時保護,避免雜物、鐵素體與灰塵等對板體造成污染。(6)在對襯里板進行組對以前,使用棉白布和丙酮對坡口與底肋表面進行擦拭。(7)在坡口組對完成之后,使用專門的膠帶對焊縫進行密封,實現隔離。焊接操作前,除去膠帶,同時使用棉白布與丙酮對坡口與其他區域進行擦拭清潔。

    2.4焊接工藝與變形控制

    1)在對襯里板進行安裝組對的過程中,需要按照由下至上和由內至外的順序,按對稱的形式進行組對。對處在墻角處的折彎板而言,需要先從彎角的位置開始組對。對點焊施工質量進行嚴格控制,避免咬邊,實際的點焊間距應盡可能的小,而焊點長度應適當增長。點焊過程中,若母材和鎢極直接接觸而產生打火的現象,則應立刻暫停焊接,使用砂輪片進行打磨處理,然后再進行點焊,避免夾鎢等現象的發生。

    2)相同面內的墻體組對完畢以后,對焊縫進行焊接,遵循先焊接橫縫,再焊接立縫的基本原則。對于打底焊,應采用分段退焊方法,其分段的最大長度應控制在500mm以內,待焊縫完成冷卻之后開始填充焊;對于填充焊接,也需要采用分段退焊的方法,其分段長度要求和打底焊相同。在立縫上進行打底與填充時,需按照從下到上的順序;相同墻面上的填充焊均完畢以后才能實施蓋面焊接,但與之前不同的是蓋面無需分段退焊,應引起相關技術人員的注意和重視。

    對于水池底板,其焊接工藝與施工順序和水池墻面相似,組對點焊結束后,理論上應按照先對短縫進行焊接,再焊接長縫的順序。在立縫上進行打底與填充時,需按照由內到外的順序分段退焊,其分段的長度同樣不能超出500mm。填充焊完畢以后實施蓋面焊接,但與之前不同的是蓋面無需分段退焊。

    不銹鋼焊接過程中,相鄰的多個焊縫應同時進行,并且它們的施工順序及程序應達到協調一致,也就是在打底完畢之后,開始后續的填充及蓋面;將層間溫度有效控制在100℃以內,如果溫度過高,將造成質量問題;另外,各層焊縫交接位置應保持錯開。對處在拐角位置的焊縫,需要連續不間斷的進行焊接,確保拐角位置焊道保持連續。

    因水池所用不銹鋼材料具有相對較大的熱膨脹系數,使其熱系數減小,導致焊接件可能產生很大的自由變形;此外,為有效降低焊縫腐蝕幾率,在焊接過程中應盡可能采用較小的電流和電壓,并在較短的時間內完成焊接操作。進行打底焊接時,為使焊縫熔透性滿足要求,可對電流進行適當增大,而在進行填充焊接與蓋面焊接時,應對電流進行嚴格控制,一般以下限值為宜。為提高母材自身抗腐蝕能力,通常不允許在母材的表面進行任何形式的打火,以免對母材造成燒傷。在焊接完成以后,需要使用專門的鋼絲刷對在熱影響區和焊縫上產生的氧化層進行輕輕刷去,以保證焊接的整體外觀效果。

    3結語

    綜上所述,通過對核電不銹鋼焊接工藝取得的新突破的進一步實踐,加之深入有效的質量控制,在無損檢查過程中,不銹鋼焊縫實際合格率可以居全國前列,個別廠房射線檢查結果顯示,合格率甚至超過了歐洲專業水平,合格率最高可以達到95.6%,社會與經濟效益十分突出。

    文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管

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