CN105499803A - 一种用于辐照监督管组装焊接的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，包括（a）准备焊接零件，并在丙酮或酒精溶液中超声清洗30min以上；（b）组装：（c）焊接其中一个半槽壳体带钝边侧所在平面端部焊缝，然后焊接另一个半槽壳体带钝边侧所在平面的端部焊缝；（d）焊接两个半槽壳体上的长直焊缝：两条焊缝采用全长一次性对称焊接形成长直焊缝；（e）焊接辐照监督管剩余两个侧面的端部焊缝。本发明有效控制长度方向上焊接变形以及管体两侧内凹式变形，同时避免由于焊接变形带来的两端处直缝与环缝交叉处焊缝塌陷，采用如步骤（c）至步骤（e）的焊接顺序进行施焊，焊缝熔深精确控制在1.1mm～1.5mm之间，辐照监督管整体全长1532mm直线度可控制在0.8mm以内。

Description

一种用于辐照监督管组装焊接的工艺
技术领域
本发明涉及辐照监督管组装焊接领域，具体涉及一种用于辐照监督管组装焊接的工艺。
背景技术
辐照监督管是核反应堆寿期内针对反应堆压力容器进行材料辐照效应监测的重要部件，对获取反应堆压力容器辐照环境数据、材料辐照脆化程度及发展趋势，评价反应堆压力容器完整性，修订反应堆运行参数及最终保证反应堆的安全运行具有重要意义。每个辐照监督管主要由1个顶塞、1个底塞、2个半槽壳、数个温度探测器和剂量探测器、各类拉伸、冲击等力学试样组成。辐照监督管主要包括“二代”型、“二代加”型以及“三代”AP1000型辐照监督管，虽然型号较多，但其焊缝组成型式完全相同，主要包括2个半槽壳之间的长直缝、顶（底）塞与半槽壳体之间的方形环缝、顶塞和密封塞之间的充氦密封环缝组成。辐照监督管长直缝和方形环缝均采用激光焊接方法完成，充氦密封环缝采用真空手套箱内的TIG（或微束等离子弧）焊接方法完成。
辐照监督管焊缝由于型式多样，焊缝长而精细，填充试样繁杂及组装困难，焊接变形控制要求严格，因此如何针对性的设计专用配套的辅助工装，是辐照监督管管体变形控制过程中最为关键的核心技术之一。目前，全球辐照监督管的研制供货主要由一家国外公司控制，其主要市场份额占全球市场约70%～80%，尤其是在我国国内，目前核电市场辐照监督管的供货全部由其一家公司垄断。但是，由于辐照监督管结构及用途的特殊性和重要性，国外对其研制关键技术进行保密。对于辐照监督管组装焊接专用夹具方面，更是没有检索到国内外有关该方面的报道。
通过资料查新，并未检索到国内外关于辐照监督管组装焊接专用工装方面的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，解决目前国内没有辐照监督管制造工艺的问题，达到自主创新掌握核心工艺的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，包括以下步骤：
（a）准备焊接零件，并在丙酮或酒精溶液中超声清洗30min以上；
（b）组装：首先平面放置一个半槽壳体，然后依次放置底塞、填充试样，顶塞，然后将另一个半槽壳体从上方扣下，形成辐照监督管管体；
（c）焊接其中一个半槽壳体带钝边侧所在平面端部焊缝，然后焊接另一个半槽壳体带钝边侧所在平面的端部焊缝；
（d）焊接两个半槽壳体上的长直焊缝：两条焊缝采用全长一次性对称焊接形成长直焊缝；
（e）焊接辐照监督管剩余两个侧面的端部焊缝。
本发明的工艺是申请人根据对辐照监督管本身结构的多年研究中研制出的工艺，根据焊缝的位置、结构特点对焊缝进行区分，总结出的一套行之有效的生产工艺，为有效控制长度方向上焊接变形以及管体两侧内凹式变形，同时避免由于焊接变形带来的两端处直缝与环缝交叉处焊缝塌陷，采用如步骤（c）至步骤（e）的焊接顺序进行施焊，焊缝熔深精确控制在1.1mm～1.5mm之间，辐照监督管整体全长1532mm直线度可控制在0.8mm以内。
所述步骤（b）中激光点固的工艺参数为：激光功率为300w，焦点距离为0～+3mm，激光作用时间为10ms～20ms，采用高纯氦气作为保护气体，其流量为10L/min～15L/min。
所述步骤（c）至步骤（e）中，焊缝采用聚焦焊和/或散焦焊工艺形成；其中聚焦焊的工艺参数为：全聚焦方式激光功率900～1050W，焊接速度为800～1200mm/min；散焦焊工艺参数为：焦点距离+5～+10mm，激光功率900～1050W，焊接速度为800～1200mm/min。
本发明的点固和焊接工艺，是利用现有的YAG、光纤或CO2激光焊机进行焊接完成的，其工艺参数是在经历数十万次的试验和理论分析后得到的，按照上述的参数进行工艺控制，得到的辐照监督管结构稳定，性能满足标准的要求。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1本发明一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，为有效控制长度方向上焊接变形以及管体两侧内凹式变形，同时避免由于焊接变形带来的两端处直缝与环缝交叉处焊缝塌陷，采用如步骤（c）至步骤（e）的焊接顺序进行施焊，焊缝熔深精确控制在1.1mm～1.5mm之间，辐照监督管整体全长1532mm直线度可控制在0.8mm以内；
2本发明一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，采用四瓣对中构件的目的是对辐射监督管进行夹装固定，同时裸露其需要焊接的焊缝，为此，将可翻转式组装焊接工装设置成一个圆筒状，并均匀分成四瓣，可以和四瓣对中构件相匹配，也便于进行细微的调整，两端设置的方形卡快又与四瓣对中构件的外部相适应，可以更好的进行夹装；
3本发明一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，通过将支撑座安装在一个具有凹槽的连接件内，可以方便细微调整支撑座的高度，通过在凹槽内增加不同厚度的垫块，从而可以调整支撑座的高度，使其与两个限位基准块相适应；
4本发明一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，采用四瓣对中构件和可翻转组件，进行辐照监督管专用组装焊接工装的设计和研制，经采用该工装研制的辐照监督管组装焊接效率大大提高，可一次性实现辐照监督管的组装焊接，同时辐照监督管整体全长1532mm直线度可控制在0.8mm以内。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明加工的辐照监督管上焊缝的分布示意图；
图2为图1中辐照监督管翻转180°后焊缝的分布示意图。
附图中标记及相应的零部件名称：
1至10均为焊缝，其数字顺序为实施例中的焊接顺序，11-顶塞；12-半槽壳体，13-底塞。
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
如图1所示，本发明一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，是在焊接工装上进行的，工装包括一个基座，基座采用铸铁制成，其横截面为工字型，在基座的中部设置有一个具有凹槽的连接件，在连接件内设置有一个支撑座，支撑座上设置有两个斜面构成V形槽，在基座上还设置有位于支撑座两侧对称分布于一条直线上的两个颈部支撑块，在支撑座与颈部支撑块间还设置有一个限位基准块，限位基准块作为限定长度和高度的基准，其与颈部支撑块、基座采用一体结构形成，还包括包裹辐照监督管的四瓣对中构件，四瓣对中构件包裹在辐照监督管外侧后，一端为底塞固定在位于支撑座上的滚动组件中，另一端为顶塞放置在限位基准块上，滚动组件包括一个圆形筒体，在筒体的两侧均设置有与四瓣对中构件相匹配的方形卡块，滚动组件在其径向上等分成四块构件；颈部支撑块上设置有与辐照监督管的顶塞相匹配的半环扣压块。本发明的工装设计兼容性好，可同时兼顾辐照监督管组装及焊接工序；能够有效保证辐照监督管焊接过程中对焊缝的冷却效果，避免焊缝塌陷；可有效保证辐照监督管整体直线度及同轴度尺寸；可实现360°翻转，有效提高焊接效率；便于拆卸。
焊接工艺如下：
（a）准备焊接零件，304或304L不锈钢零件，并在丙酮或酒精溶液中超声清洗30min以上，一台激光焊机；
（b）组装：首先平面放置一个半槽壳体12，然后依次放置底塞13、填充试样，顶塞11，然后将另一个半槽壳体12从上方扣下，形成辐照监督管管体，其中激光点固的工艺参数为：激光功率为300w，焦点距离为0～+3mm，激光作用时间为10ms～20ms，采用高纯氦气作为保护气体，其流量为10L/min～15L/min；按照如图1至2中的数字顺序设置为焊接顺序：
（c）由于辐照监督管管体焊接时会出现管体横向两侧内凹变形，进而导致焊缝1至焊缝4焊接时在长直缝和方形环缝交叉处出现焊缝塌陷等问题，因此辐照监督管焊接时应首先进行焊缝1至焊缝4的连接，焊接其中一个半槽壳体12上槽孔所在平面的端部焊缝，即焊缝1、焊缝2，焊缝1和焊缝2的顺序可以互换；然后焊接另一个半槽壳体12上槽孔所在平面的端部焊缝，即焊缝3、焊缝4，焊缝3和焊缝4的顺序可以互换；
（d）由于辐照监督管长直缝为0.8mm厚薄板、1330mm长度的激光焊接，若采用直接全长一次焊接的模式进行施焊，则焊接变形太大，极易导致辐照监督管管体扭曲变形，影响辐照监督管最终尺寸；但若采用分段焊接，则焊接工艺过于复杂，焊接效率较低，同时在分段搭接处极易造成焊缝出现缺陷，因此，本实施过程中，焊缝5和焊缝6采用全长一次对称焊接，同时施加中间插补以及焊缝跟踪模式，确保激光对中焊缝；
（e）由于辐照监督管管体在倒角处为圆弧过渡，因此焊缝7至焊缝10的焊接应确保焊缝能够在四个倒角处与焊缝1至焊缝4进行充分的搭接，从而确保整个管体的密封性。
焊缝采用聚焦焊和/或散焦焊工艺形成；其中聚焦焊的工艺参数为：全聚焦方式激光功率900～1050W，焊接速度为800～1200mm/min；散焦焊工艺参数为：焦点距离+5～+10mm，激光功率900～1050W，焊接速度为800～1200mm/min。聚焦焊和散焦焊的工艺可以选择性使用，也可以进行有机组合。
按照上述的工艺焊接后，对成品辐射监督管进行检测，按照ASME规范第Ⅴ卷进行目视检测，经检测，焊缝未出现弧坑、未熔合、未焊满、咬边和裂纹等缺陷；按照ASME规范第Ⅴ卷进行液体渗透检测，经检测，焊缝表面无任何缺陷显示；将辐照监督管放在充有0.275MPa～0.3Mpa氦气压力室内，保持15分钟，然后经受133×10-3Pa的负压，经检测，在此条件下辐照监督管所测得的氦气泄漏率小于1×10-7Pa·m3/s；将辐照监督管进行20MPa、280℃、至少5小时的蒸压试验，试验后对辐照监督管进行第二次密封性检测，经检测，辐照监督管所测得的氦气泄漏率小于1×10-7Pa·m3/s，液体渗透检测无任何缺陷显示。
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 (3)

1.一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，其特征在于包括以下步骤：
（a）准备焊接零件，并在丙酮或酒精溶液中超声清洗30min以上；
（b）组装：首先平面放置一个半槽壳体，然后依次放置底塞、填充试样，顶塞，然后将另一个半槽壳体从上方扣下，形成辐照监督管管体；
（c）焊接其中一个半槽壳体带钝边侧所在平面端部焊缝，然后焊接另一个半槽壳体带钝边侧所在平面的端部焊缝；
（d）焊接两个半槽壳体上的长直焊缝：两条焊缝采用全长一次性对称焊接形成长直焊缝；
（e）焊接辐照监督管剩余两个侧面的端部焊缝。
2.根据权利要求1所述的一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，其特征在于：所述步骤（b）中激光点固的工艺参数为：激光功率为300w，焦点距离为0～+3mm，激光作用时间为10ms～20ms，采用高纯氦气作为保护气体，其流量为10L/min～15L/min。
3.根据权利要求1所述的一种用于辐照监督管组装焊接的工艺，其特征在于：所述步骤（c）至步骤（e）中，焊缝采用聚焦焊和/或散焦焊工艺形成；其中聚焦焊的工艺参数为：全聚焦方式激光功率900～1050W，焊接速度为800～1200mm/min；散焦焊工艺参数为：焦点距离+5～+10mm，激光功率900～1050W，焊接速度为800～1200mm/min。
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