核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法及***
技术领域
本发明涉及核电站技术领域,尤其涉及一种核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法。
背景技术
核电用压力容器母材为低合金钢材料,工程实践中,压力容器内壁堆焊有不锈钢材料。压力容器内壁完成不锈钢堆焊后,可能因超标缺陷的出现,需进行低合金钢打磨以完成缺陷去除。若缺陷深度较大或打磨过程中控制不当,容易造成低合金钢母材大范围减薄。
在打磨区域尺寸满足力学分析要求前提下,一般采用不锈钢补焊至与缺陷周围不锈钢齐平。对于缺陷打磨区域不满足力学分析的情况,目前国内核电用压力容器制造领域无相应的返修技术,一般的处置是直接报废设备,重新投料进行产品制造,从而造成极大的浪费。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题,提供了一种核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法及***,能够通过低合金钢加不锈钢复合补焊工艺实现对核电用压力容器的修复。
本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下:
一方面,本发明提供一种核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法,包括:
S1、对压力容器内壁的缺陷部位进行清除,获得补焊槽;所述压力容器内壁包括低合金钢母材以及覆盖在所述低合金钢母材上的不锈钢堆焊层,所述补焊槽深入至所述低合金钢母材中;
S2、在所述补焊槽中的低合金钢母材上进行低合金钢补焊,且补焊至原不锈钢堆焊层的熔合线处;
S3、在低合金钢补焊层上进行不锈钢补焊,且补焊至与所述补焊槽周围的不锈钢堆焊层平齐。
进一步地,所述步骤S1具体包括:
对压力容器内壁的缺陷部位进行逐层打磨去除,且每层去除预设深度,直至缺陷完全去除,获得满足预设形貌和尺寸的补焊槽。
进一步地,所述步骤S2还包括:
在低合金钢补焊层的边缘区域设置预设宽度和深度的凹槽。
进一步地,在所述步骤S2之前,还包括:
对补焊区域进行预热;
在所述步骤S2之后,还包括:
对低合金钢补焊层进行后热处理、清理和无损检测。
进一步地,所述步骤S3具体包括:
在所述低合金钢补焊层上采用不锈钢搭接焊道进行覆盖;
在所述搭接焊道上熔覆不锈钢加强焊道;
在所述加强焊道上进行不锈钢补焊,并在不锈钢总厚度达到预设值时进行后热处理;
在处理后的不锈钢补焊层上继续补焊至与所述补焊槽周围的不锈钢堆焊层平齐。
进一步地,所述搭接焊道的中心线与原不锈钢堆焊层的熔合线重合,且禁止所述搭接焊道与所述加强焊道的交界处位于原不锈钢堆焊层的熔合线处。
进一步地,在所述步骤S3之前,还包括:
对补焊区域进行预热;
在所述步骤S3之后,还包括:
对不锈钢补焊层进行清理和无损检测;
对压力容器进行消应力热处理。
进一步地,补焊层的清理包括:
清理补焊层的表面,去除补焊层表面的焊渣、杂质、咬边、气孔和裂纹,打磨补焊层表面光亮,使补焊层边缘与周围圆滑过渡。
进一步地,所述低合金钢补焊层的无损检测包括目视检测、液体渗透检测和超声检测,或者目视检测、磁粉检测和超声检测;所述不锈钢补焊层的无损检测包括目视检测、液体渗透检测和超声检测;
补焊层的无损检测包括:
对补焊层进行无损检测,并根据预设验收标准进行验收,确认补焊层质量合格后继续进行后续步骤。
另一方面,本发明提供一种核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊***,能够实现如上述核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法,所述***包括:
缺陷部位清除模块,用于对压力容器内壁的缺陷部位进行清除,获得补焊槽;所述压力容器内壁包括低合金钢母材以及覆盖在所述低合金钢母材上的不锈钢堆焊层,所述补焊槽深入至所述低合金钢母材中;
低合金钢补焊模块,用于在所述补焊槽中的低合金钢母材上进行低合金钢补焊,且补焊至原不锈钢堆焊层的熔合线处;
不锈钢补焊模块,用于在低合金钢补焊层上进行不锈钢补焊,且补焊至与所述补焊槽周围的不锈钢堆焊层平齐。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
对压力容器内壁的缺陷部位进行清除后,对缺陷部位先进行低合金钢补焊,恢复产品低合金钢部分至原焊缝熔合线,再进行不锈钢补焊,使不锈钢补焊至与周围堆焊层平齐,实现对压力容器的修复;针对异种金属(低合金钢加不锈钢)复合补焊边缘焊道搭接控制问题,通过对低合金钢补焊边缘设置凹槽,最大限度减小低合金钢母材减薄量,又有效避免补焊边缘区域低合金钢搭接至不锈钢堆焊层上,避免搭接区域焊接缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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的附图。
图1是本发明实施例一提供的核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法的流程示意图;
图2是本发明实施例一提供的核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法中补焊槽的剖面图;
图3是本发明实施例一提供的核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法中补焊槽的俯视图;
图4是本发明实施例一提供的核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法中焊道布置示意图;
图5是本发明实施例二提供的核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊***的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的在缺陷打磨区域不满足力学分析的情况时无法修复压力容器等技术问题,本发明旨在提供一种核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法,其核心思想是:对核电用压力容器内壁的缺陷部位进行清除,对缺陷部位先进行低合金钢补焊,恢复产品低合金钢部分至原焊缝熔合线,再进行不锈钢补焊,使不锈钢补焊至与周围堆焊层平齐,实现对压力容器的修复。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法,参见图1,该方法包括:
S1、对压力容器内壁的缺陷部位进行清除,获得补焊槽;所述压力容器内壁包括低合金钢母材以及覆盖在所述低合金钢母材上的不锈钢堆焊层,所述补焊槽深入至所述低合金钢母材中;
S2、在所述补焊槽中的低合金钢母材上进行低合金钢补焊,且补焊至原不锈钢堆焊层的熔合线处;
S3、在低合金钢补焊层上进行不锈钢补焊,且补焊至与所述补焊槽周围的不锈钢堆焊层平齐。
进一步地,所述步骤S1具体包括:
对压力容器内壁的缺陷部位进行逐层打磨去除,且每层去除预设深度,直至缺陷完全去除,获得满足预设形貌和尺寸的补焊槽。
需要说明的是,为了确保返修焊缝的质量,返修过程中应对缺陷部位清除后的尺寸进行严格控制。缺陷部位清除时采用机械加工或者手工工具(砂轮或电铣子)方式。针对探伤缺陷,采用逐层打磨去除的方法,每层去除0.5mm深度,直至缺陷完全去除,清除后即可获得一个补焊槽1,该补焊槽贯穿压力容器内壁的不锈钢堆焊层2,并深入至低合金钢母材3,如图2和图3所示。该补焊槽的尺寸要求,即缺陷部位的清除要求如表1所示。
符号 |
名称 |
要求 |
θ |
缺陷部位清除角度 |
大于40° |
R1 |
缺陷部位底部圆角 |
大于5mm |
R2 |
缺陷部位外表面圆角 |
大于15mm |
L1 |
缺陷部位底部宽度 |
大于等于20mm |
L2 |
缺陷部位长度 |
大于等于60mm |
表1
进一步地,所述步骤S2还包括:
在低合金钢补焊层的边缘区域设置预设宽度和深度的凹槽。
需要说明的是,缺陷打磨完全去除后即可进行补焊。在补焊过程中,在容器内壁进行缺陷部位的低合金钢补焊,恢复产品低合金钢部分至原焊缝熔合线,同时将缺陷部位补焊的不锈钢层补至与周围不锈钢堆焊层平齐。补焊区域,低合金钢焊材强度需与低合金钢母材强度匹配。以反应堆压力容器为例:低合金钢焊材采用E9016-G类别号,低合金钢补焊层与低合金钢母材性能强度匹配要求具体如表2所示,以满足产品使用性能的要求。
表2
但是针对异种金属(低合金钢加不锈钢)复合补焊的边缘焊道搭接控制问题,还需通过对低合金钢补焊边缘进行开槽设计来解决。如图4所示,该凹槽7使低合金钢补焊层9边缘区域低于原焊缝熔合线2mm,补焊边缘区域凹槽宽度为0.5~2道焊道宽度,从而最大限度减小了低合金钢母材减薄量,又有效避免了补焊边缘区域低合金钢搭接至不锈钢堆焊层上,避免搭接区域焊接缺陷。
进一步地,所述步骤S3具体包括:
在所述低合金钢补焊层上采用不锈钢搭接焊道进行覆盖;
在所述搭接焊道上熔覆不锈钢加强焊道;
在所述加强焊道上进行不锈钢补焊,并在不锈钢总厚度达到预设值时进行后热处理;
在处理后的不锈钢补焊层上继续补焊至与所述补焊槽周围的不锈钢堆焊层平齐。
需要说明的是,压力容器内壁补焊时,采用手工焊条电弧焊方法进行低合金钢补焊与不锈钢补焊,其中,不锈钢焊材采用E309L及E308L类别号。
以反应堆压力容器为例,焊接工艺参数要求具体如表3所示。
表3
不锈钢补焊过程中,先在焊缝熔合8处采用不锈钢(类别为E309L)搭接焊道4进行覆盖,然后在搭接焊道4之上熔敷不锈钢(类别为E309L)加强焊道5,最后在加强焊道5上进行不锈钢(类别为E308L)补焊,即不锈钢堆焊层6,如图4所示。与低合金钢母材接触区域,均需由E309L焊材进行覆盖。
为了确保返修焊缝的质量,返修过程中焊接工艺顺序、焊接过程中的焊缝表面清理后的状态、熔合线上不锈钢层焊接位置的控制等方面进行严格控制。
在一个优选地实施方式中,在所述步骤S2之前,还包括:
对补焊区域进行预热;
在所述步骤S2之后,还包括:
对低合金钢补焊层进行后热处理、清理和无损检测。
进一步地,在所述步骤S3之前,还包括:
对补焊区域进行预热;
在所述步骤S3之后,还包括:
对不锈钢补焊层进行清理和无损检测;
对压力容器进行消应力热处理。
具体地,返修的整体工艺流程如下:
预热→母材补焊→后热处理→打磨→VT(目视检验)、PT(液体渗透检验)/MT(磁粉检验)、UT(超声检验)(可达部位,包含母材补焊焊缝及其至少5mm的热影响区)→预热→不锈钢补焊(309L,1层)→不锈钢补焊(308L,当309L+308L厚度大于5mm时停止焊接)→后热处理→不锈钢补焊(308L,其余层)→打磨→VT、PT、UT(不锈钢堆焊层、母材补焊焊缝可达部位)→随组件进行消应力热处理→返修完成。
进一步地,补焊层的清理包括:
清理补焊层的表面,去除补焊层表面的焊渣、杂质、咬边、气孔和裂纹,打磨补焊层表面光亮,使补焊层边缘与周围圆滑过渡。
需要说明的是,补焊层也称为焊缝,包括低合金钢补焊层和不锈钢补焊层,在获得低合金钢补焊层和不锈钢补焊层时均需对相应的补焊层进行清理。
对于原不锈钢堆焊层的熔合线上不锈钢焊接位置,要求所述搭接焊道的中心线与原不锈钢堆焊层的熔合线重合,允许相对位置偏离±1mm,且禁止所述搭接焊道与所述加强焊道的交界处位于原不锈钢堆焊层的熔合线处。
进一步地,返修时,应严格控制相邻焊道的搭接量与焊缝表面不平度,如表4所示。
表4
进一步地,所述低合金钢补焊层的无损检测包括目视检测、液体渗透检测和超声检测,或者目视检测、磁粉检测和超声检测;所述不锈钢补焊层的无损检测包括目视检测、液体渗透检测和超声检测;
补焊层的无损检测包括:
对补焊层进行无损检测,并根据预设验收标准进行验收,确认补焊层质量合格后继续进行后续步骤。
需要说明的是,当低合金钢补焊层焊接完成后应进行VT、PT/MT、UT(可达部位)检验,按照预设验收标准进行验收,确认已有补焊焊缝质量合格。待不锈钢补焊层焊接完成后进行VT、PT、UT(不锈钢补焊层、低合金钢补焊层可达部位)检验,按照原设计要求进行验收,确保返修部位的质量全部合格。
下面详细介绍无损检测的验收标准。
一、焊接前进行表面检验(磁粉检验或液体渗透检验,优先选用磁粉检验)。记录和验收标准如下:
对于MT(磁粉检验):
记录尺寸大于1mm的显示。
下述显示为验收不合格:
1)线性显示;
2)最大尺寸大于2mm的非线性显示;
3)3个或3个以上线性排列的显示,其边缘间距小于3mm,或边缘间距在3mm~6mm之间但延伸长度超过15mm。
对于PT(液体渗透检验):
记录尺寸大于1mm的显示。
下述显示为验收不合格:
1)线性显示;
2)最大尺寸大于2mm的圆形显示;
3)3个或3个以上线性排列的且边缘间距小于3mm的显示;
4)在以对缺陷最不利的方式选取的最大边长不超过20cm的100cm2的矩形区域内存在5个或5个以上的密集显示。
二、焊接后进行表面检验(磁粉检验或液体渗透检验,优先选用磁粉检验),若补焊厚度大于5mm,需进行超声检验。记录和验收标准如下:
对于MT:
记录尺寸大于2mm的显示。任何呈链状显示,即使其显示尺寸小于记录尺寸2mm,但当其显示累计总长超过20mm时,应作进一步分析,以确定这些显示的性质。
下述显示为验收不合格:
1)线性显示;
2)最大尺寸大于4mm的非线性显示;
3)3个或3个以上线性排列的显示,其边缘间距小于3mm,或边缘间距在3mm~6mm之间但延伸长度超过20mm。
对于PT:
记录尺寸大于2mm的显示。任何呈链状显示,即使其显示尺寸小于记录尺寸2mm,但当其显示累计总长超过20mm时,应作进一步分析,以确定这些显示的性质。
下述显示为验收不合格:
1)线性显示;
2)最大尺寸大于4mm的圆形显示;
3)3个或3个以上线性排列的且边缘间距小于3mm的显示;
4)在以对缺陷最不利的方式选取的最大边长不超过20cm的100cm2的矩形区域内存在5个或5个以上的密集显示。
对于UT(超声检验):
任何一个反射波幅大于或等于50%基准反射波幅的缺陷显示(Hd/Hr≥1/2,其中Hd为缺陷最大反射波幅,Hr为对比试块上人工反射体Φ2mm横孔最大反射波幅)都应记录。
下述缺陷显示为验收不合格:
1)任何非体积型缺陷;
2)任何体积型缺陷,其长度及波幅大于表5中的规定值。
表5
其中,反射波幅低于50%基准反射波幅的缺陷显示,不考虑返修,但是,当它们连续长度大于200mm时,对这些缺陷显示应进一步分析,以确定其性质。
实施例二
本发明实施例提供了一种核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊***,能够实现上述核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法的所有流程,参见图5,所述***包括:
缺陷部位清除模块51,用于对压力容器内壁的缺陷部位进行清除,获得补焊槽;所述压力容器内壁包括低合金钢母材以及覆盖在所述低合金钢母材上的不锈钢堆焊层,所述补焊槽深入至所述低合金钢母材中;
低合金钢补焊模块52,用于在所述补焊槽中的低合金钢母材上进行低合金钢补焊,且补焊至原不锈钢堆焊层的熔合线处;
不锈钢补焊模块53,用于在低合金钢补焊层上进行不锈钢补焊,且补焊至与所述补焊槽周围的不锈钢堆焊层平齐。
综上所述,本发明提出了一种核电用压力容器低合金钢加不锈钢复合补焊方法及***,其具有较好的实用效果:对压力容器内壁的缺陷部位进行清除后,对缺陷部位先进行低合金钢补焊,恢复产品低合金钢部分至原焊缝熔合线,再进行不锈钢补焊,使不锈钢补焊至与周围堆焊层平齐,实现对压力容器的修复;针对异种金属(低合金钢加不锈钢)复合补焊边缘焊道搭接控制问题,通过对低合金钢补焊边缘设置凹槽,最大限度减小低合金钢母材减薄量,又有效避免补焊边缘区域低合金钢搭接至不锈钢堆焊层上,避免搭接区域焊接缺陷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。