CN114951902B - 一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，反应堆堆体(以下简称堆体)的焊缝均采用V+U型窄间隙坡口，V型坡口角度为25±2.5°，U型坡口角度为5°，U型根部半径为6‑8mm，V型坡口与U型坡口之间采用2*2mm过渡段，V型坡口深度为20‑30mm。上段堆体与下段堆体采用氩弧焊进行底层焊接，底层焊接后再依次进行内侧焊接及外侧焊接。底层焊采用定位焊及对称退焊法进行焊接，V型坡口采用手工焊，U型坡口采用十字臂架式埋弧焊机。本发明主要适用于核电站反应堆堆体焊接，使堆体制作加工精度能够得到充分保证，焊接质量及生产效率得到大幅提高，降低生产成本，显著减少污染、改善焊工劳动环境，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种适用于核电站反应堆堆体焊缝的施工方法。
背景技术
对于厚壁核电站反应堆的堆体焊接施工，目前较好的技术型式是通过机加工加工出U+V型(外侧U型，夹角20°；内侧V型，夹角60°)坡口，使用不锈钢打底专用药芯焊丝进行打底焊接，打底完成经检验合格后，施工人员再进行盖面焊接。采用该种作业模式能够有效避免常规的一侧焊接，背侧气刨清根+打磨作业模式易高发的焊缝渗碳等质量问题和打磨噪声、粉尘等给施工人员带来的人身伤害。
但为了保证单面焊接双面一次成型的焊接施焊效果，采用上述的焊接工艺方法，在厚壁不锈钢筒节装配时，往往需要留有一定的周向间隙并使用工装夹具进行位置固定，同时焊工在内侧进行底层施焊时，外侧采用氩气进行焊接保护，焊接施工结束后再对固定工装、夹具进行人工拆除。施工人员素质、装配间隙控制、产品的精度等因素均会对焊接质量造成不同程度的影响，往往会出现焊接质量不稳定的情况。同时，装配组对施工、工装夹具安装/拆除等也会增加很多的施工成本，并严重影响了施工效率和质量。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，旨在达到降低焊接难度的同时，能够提高焊接效率及质量的目的，其所采用的技术方案是：
一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，具有如下步骤：
S1：反应堆堆体(以下简称堆体)的焊缝均采用V+U型窄间隙坡口，V型坡口角度为25±2.5°，U型坡口角度为5°，U型根部半径为6-8mm，V型坡口与U型坡口之间采用2*2mm过渡段，V型坡口深度为20-30mm；将加工好的U型坡口及V型坡口20mm范围内氧化物以及其它污物，用不锈钢专用打磨机清理干净并打磨漏出金属光泽。本发明的V型坡口为堆体内侧，U型坡口为堆体外侧。
S2:将打磨好的上段堆体(1)与下段堆体(2)竖立上下对接，使用氩弧焊进行底层焊接，底层焊接先采用定位焊，形成长为50-70mm的钉焊点，每两处钉焊点间隔300mm，然后再采用对称退焊法对焊缝进行焊接；氩弧焊起弧后利用电弧使母材熔化，并形成3-5mm的空洞，采用焊枪与焊缝之间的夹角为85-90°，电弧高度在3-4mm的方式进行双道焊接，最终形成厚度大于5mm的焊缝；氩弧焊采用的焊丝直径为2.0mm，焊接电流为150-170A，引弧电流为20A。氩弧焊焊接过程中，焊丝不能离开氩气的保护，送丝要稳、均匀，防止送丝过快打乱保护气使其焊缝产生气孔。
S3：上段堆体(1)与下段堆体(2)底层焊接结束后，将两段堆体放倒在转胎(9)上进行后续焊接，采用直径为3.2mm，电流为90-110A或直径为4.0mm，电流为140-160A的手工焊条进行焊接，V型坡口采用多层多道焊接，每道焊缝宽度小于3倍焊条直径，层间温度小于150°，V型坡口盖面层，采用小电流直线快速焊接法，道间温度小于100°，焊道与焊道之间的凹凸度小于1mm。
U型坡口采用十字臂架式埋弧焊机(以下简称埋弧焊机)进行焊接，埋弧焊机与焊缝相垂直，导电嘴距离焊缝的高度为2mm，导电嘴与坡口边缘存在3mm的距离，焊接时采用的焊丝直径为4mm，焊接电流为480-520A，电压为30-33V，转胎速度与焊接速度均为420-470mm/min，层间温度不高于150度，高于150度时立即停止焊接，待层间温度降到50度以下时再焊接；U型坡口盖面层采用多道焊接，每道焊缝宽度小于20mm，U型坡口盖面层在焊接前，要将层间温度降到室温后才能焊接。
S4：将堆体封头(3)放倒与下段堆体对接，堆体封头与下段堆体对接后，依次进行底层焊接、V型坡口焊接和U型坡口焊接，底层焊接的方法与步骤S2相同，V型坡口焊接和U型坡口焊接与步骤S3相同。
上述一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，更进一步地，步骤S2中，氩弧焊使用时，上升时间为5秒，提前送气3秒钟；衰减时间为3秒钟，衰减电流为20A，缓停气5秒钟；焊缝背面采用氩气保护,氩气流量为10-15L/分钟。
上述一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，更进一步地，步骤S2中，当空洞小于3mm时，不用加焊丝，当空洞在3-5mm，加2-3mm焊丝，当空洞大于5mm，加3-5mm焊丝。
上述一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，更进一步地，步骤S2中，将下段堆体直立在不锈钢平台上，再将上段堆体使用不锈钢专用吊带吊至下段堆体上方，上段堆体与下段堆体对接。
上述一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，更进一步地，步骤S3中，手工焊接V型坡口前两层焊缝时，其背面采用氩气进行保护。
上述一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，更进一步地，步骤S3中，焊前将坡口两侧涂抹防飞溅液进行防护。
上述一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，更进一步地，步骤S3中，焊接过程中随时清理焊渣，检查是否有咬边等缺陷。
上述一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，更进一步地，步骤S3中，U型坡口焊接时，收弧点与起弧点要错开不小于100mm。
上述一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，更进一步地，步骤S4中的堆体封头平放在工装胎上，通过工装胎将堆体封头放倒与下段堆体对接。
上述一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，更进一步地，上段堆体与下段堆体、下段堆体与堆体封头的错边量均小于0.5mm，装配间隙在0-1mm。
1.堆体的制作加工精度能够得到充分保证：
采用本施工方法，堆体焊缝的坡口采用机械加工方式完成，坡口的加工精度能够得到充分保证。另外，由于采用特殊的V+U形坡口及窄间隙的坡口形式，坡口的填充量小，并且在装配过程中不需要保留间隙，装配难度降低,由于没有间隙,焊接收缩量大幅减少，焊接收缩量以及变形量较常规工艺方法要小2-3mm。从而较好的保证了堆体的精度。
2.焊接质量得到大幅提高：
本坡口形式采用2mm的过渡段，以及开孔焊接，使底层打底单面焊双面成形操作难度显著降低，能充分保证焊透。内侧采用手工焊技术以及外侧采用U形窄间隙焊接技术，焊接热输入量小，因此可显著提高焊缝的抗腐蚀能力。由于采用单面焊双面成型技术，可免除气刨清根等环节，从而减少由于碳以及过热导致的腐蚀能力下降。
3.生产效率能够得到大幅提高：
(1)本工艺方法所采用的堆体上段与堆体下段为立式无间隙装配，装配简单，装配精度高，用时只是卧式装配的1/3；
(2)本工艺方法所采用的特殊V+U坡口设计，底层焊接速度快，是留间隙单面焊双面成形的2-5倍，是气刨清根的2-3倍。
(3)本工艺方法所采用的窄间隙焊接坡口型式，坡口夹角较常规坡口小，焊接填充量小，与常规的双U形单面焊双面成型坡口型式相比较，生产周期能够缩短20％左右；
(4)采用本工艺方法能够达到单面焊接双面一次成型的施焊效果，施焊焊缝背面无需进行气刨清根，免除了常规焊接施工中的气刨和打磨工序，缩短50％的施工周期。
4.生产成本能够得到大幅降低：
(1)本焊接工艺方法所采用的窄间隙焊接坡口型式较其他常用的坡口型式能够减少10％以上的焊材填充量，显著降低焊接成本；
(2)采用本焊接工艺方法，能够实现单面焊双面一次成型，节约了气刨、清根等工序、打磨耗材、动能以及人工，显著降低施工成本。
5.显著减少污染、改善焊工劳动环境：
采用本施工工艺方法，能够免除气刨清根和打磨作业，避免噪音和气刨烟尘等对环境造成的破坏以及碳对不锈钢的腐蚀，同时也能够改善焊接施工人员的作业环境、减少对健康有危害的工作量，降低劳动强度；
6.应用范围广：本焊缝坡口形式以及施工方法不仅可应用于核电站反应堆堆体焊缝的施工，也适用于所有不锈钢厚壁压力容器的焊接，以及其它钢制厚壁压力容器的环缝焊接，同时也使用普通钢结构产品中的厚板拼接焊接等施工也可参照执行。
附图说明
图1是核电站反应堆堆体示意图；
图2是核电站反应堆堆体V+U型窄坡口结构示意图；
图3堆体焊接工作示意图；
图4是埋弧焊机进行窄间隙焊接的工作示意图；
其中：1-上段堆体、2-下段堆体、3-堆体封头、4-焊缝、6-焊丝、7-埋弧焊机、8-焊剂、9-转胎。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，如图1所示，反应堆堆体(以下简称堆体)带有上段堆体、下段堆体和堆体封头，上段堆体与下段堆体之间，下段堆体与堆体封头之间形成焊缝，其分段进行焊接，采用如下焊接步骤对堆体进行焊接：
步骤1：如图2所示，反应堆堆体的焊缝均采用V+U型窄间隙坡口，用机器将堆体坡口加工成：V型坡口角度为25±2.5°，U型坡口角度为5°，U型根部半径为6-8mm，V型坡口与U型坡口之间采用2*2mm过渡段，V型坡口深度为20-30mm。将加工好的U型坡口及V型坡口20mm范围内氧化物以及其它污物，用不锈钢专用打磨机清理干净并打磨漏出金属光泽。
步骤2：将打磨好的上段堆体:与下段堆体利用专用不锈钢吊带进行吊装对接，下段堆体直立在不锈钢平台上，再将上段堆体吊至下段堆体上方，上段堆体与下段堆体对接，上段堆体与下段堆体的错边量小于0.5mm，装配间隙在0-1mm。对装配好的堆体进行检测，确认好后使用氩弧焊在堆体内侧进行打底层焊接，外侧充氩保护，实现单面焊双面成型。
氩弧焊先采用定位焊进行底层焊接，形成长为50-70mm的钉焊点，每两处钉焊点间隔300mm，然后再采用对称退焊法对焊缝进行焊接。采用直径为2.0mm的焊丝,焊接时电流为150-170A，引弧电流为20A,上升时间为5秒，提前送气3秒钟，衰减时间3秒钟，衰减电流20A，缓停气5秒钟，焊缝背面采用氩气保护,氩气流量10-15L/分钟，起弧后将电弧停留在原地预热，做圆形摆动，使其将母材熔化，并形成3-5mm的空洞，此时将焊丝放于空洞前方，焊枪与焊缝之间的夹角为85-90°，这样才能保证熔深最深，同时电弧对两侧母材均匀受热。电弧高度在3-4mm的方式进行双层焊接，保证热量集中以及最小的熔池，使其冷却速度快，焊缝成型美观，热影响区小，性能好。底层焊接结束后，再采用上述相同的焊接方法填充一层，形成的焊缝厚度大于5mm。氩弧焊焊接过程中，焊丝不能离开氩气的保护，送丝要稳、均匀，防止送丝过快打乱保护气使其焊缝产生气孔。
焊接时，根据空洞的大小运弧，不断地向前移动，加焊丝的多少要根据空洞的大小来定，当空洞小于3mm时，不用加焊丝，当空洞在3-5mm，加2-3mm焊丝，当空洞大于5mm，加3-5mm焊丝。焊接时发现焊道有氧化皮出现，说明氩气保护不佳，需要重新调整氩气流量，使其焊完的焊缝银白色，或金黄色。
步骤3：上段堆体与下段堆体底层焊接结束后，将两段堆体放倒在转胎上进行后续焊接，焊前将坡口两侧涂抹防飞溅液进行防护。焊接时，采用直径为3.2mm，电流为90-110A或直径为4.0mm，电流为140-160A的手工焊条进行焊接，V型坡口采用多层多道焊接，每道焊缝宽度小于3倍焊条直径，层间温度小于150°，V型坡口盖面层，采用小电流直线快速焊接法，道间温度小于100°，焊道与焊道之间的凹凸度小于1mm，其背面采用氩气进行保护。焊后对焊道表面飞溅物以及污物进行清理，检查是否有咬边等缺陷，确任满足技术要求。
如图3所示，U型坡口采用十字臂架式埋弧焊机(以下简称埋弧焊机)进行焊接，导电嘴采用专用窄间隙导电嘴，采用专利号为201420802983.6中所示的导电嘴进行施工，埋弧焊机与焊缝相垂直，导电嘴距离焊缝的高度为2mm，并确保导电嘴与坡口边缘存在3mm的距离，过近易使导电嘴与坡口短路，使坡口产生增铜现象，可能导致焊缝裂纹，同时可能导致无法焊接的现象。在坡口内放入专用焊剂，将转胎速度与焊接速度均为420-470mm/min后开始焊接。焊接时采用的焊丝直径为4mm，焊接电流为480-520A，电压为30-33V，层间温度不高于150度，高于150度时立即停止焊接，待层间温度降到50度以下时再焊接，焊接过程中随时清理焊渣。U型坡口盖面层采用多道焊接，每道焊缝宽度小于20mm，U型坡口盖面层在焊接前，要将层间温度降到室温后才能焊接，焊接时收弧点与起弧点要错开不小于100mm。
焊接结束24小时后，对焊缝进行100％无损检测(射线/超声/渗透)，确保焊缝内部质量满足产品质量要求。对焊缝进行检查,确认无超标缺陷后转下道工序。
步骤4：如图4所示，将堆体封头放倒与下段堆体对接，堆体封头通过工装胎将堆体封头放倒与下段堆体对接。堆体封头与下段堆体对接后，依次进行底层焊接、V型坡口焊接和U型坡口焊接，底层焊接的方法与步骤S2相同，V型坡口焊接和U型坡口焊接与步骤S3相同。
本发明主要适用于核电站反应堆堆体焊接，使堆体制作加工精度能够得到充分保证，焊接质量及生产效率得到大幅提高，降低生产成本，显著减少污染、改善焊工劳动环境，应用范围广。
Claims (10)
1.一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，其特征在于：具有如下步骤：
S1：反应堆堆体的焊缝均采用V+U型窄间隙坡口，V型坡口角度为25±2.5°，U型坡口角度为5°，U型根部半径为6-8mm，V型坡口与U型坡口之间采用2*2mm过渡段，V型坡口深度为20-30mm；将加工好的U型坡口及V型坡口20mm范围内氧化物以及其它污物，用不锈钢专用打磨机清理干净并打磨漏出金属光泽;
S2:将打磨好的上段堆体(1)与下段堆体(2)竖立上下对接，使用氩弧焊进行底层焊接，底层焊接先采用定位焊，形成长为50-70mm的钉焊点，每两处钉焊点间隔300mm，然后再采用对称退焊法对焊缝进行焊接；氩弧焊起弧后利用电弧使母材熔化，并形成3-5mm的空洞，采用焊枪与焊缝之间的夹角为85-90°，电弧高度在3-4mm的方式进行双道焊接，最终形成厚度大于5mm的焊缝；氩弧焊采用的焊丝直径为2.0mm，焊接电流为150-170A，引弧电流为20A；
S3：上段堆体(1)与下段堆体(2)底层焊接结束后，将两段堆体放倒在转胎(9)上进行后续焊接，采用直径为3.2mm，电流为90-110A或直径为4.0mm，电流为140-160A的手工焊条进行焊接，V型坡口采用多层多道焊接，每道焊缝宽度小于3倍焊条直径，层间温度小于150°，V型坡口盖面层，采用小电流直线快速焊接法，道间温度小于100°，焊道与焊道之间的凹凸度小于1mm；
U型坡口采用十字臂架式埋弧焊机进行焊接，埋弧焊机与焊缝相垂直，导电嘴距离焊缝的高度为2mm，导电嘴与坡口边缘存在3mm的距离，焊接时采用的焊丝直径为4mm，焊接电流为480-520A，电压为30-33V，转胎速度与焊接速度均为420-470mm/min，层间温度不高于150度，高于150度时立即停止焊接，待层间温度降到50度以下时再焊接；U型坡口盖面层采用多道焊接，每道焊缝宽度小于20mm，U型坡口盖面层在焊接前，要将层间温度降到室温后才能焊接；
S4：将堆体封头(3)放倒与下段堆体对接，堆体封头与下段堆体对接后，依次进行底层焊接、V型坡口焊接和U型坡口焊接，底层焊接的方法与步骤S2相同，V型坡口焊接和U型坡口焊接与步骤S3相同。
2.根据权利要求1所述的一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，其特征在于：步骤S2中，氩弧焊使用时，上升时间为5秒，提前送气3秒钟；衰减时间为3秒钟，衰减电流为20A，缓停气5秒钟；焊缝背面采用氩气保护,氩气流量为10-15L/分钟。
3.根据权利要求1所述的一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，其特征在于：步骤S2中，当空洞小于3mm时，不用加焊丝，当空洞在3-5mm，加2-3mm焊丝，当空洞大于5mm，加3-5mm焊丝。
4.根据权利要求1所述的一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，其特征在于：步骤S2中，将下段堆体直立在不锈钢平台上，再将上段堆体使用不锈钢专用吊带吊至下段堆体上方，上段堆体与下段堆体对接。
5.根据权利要求1所述的一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，其特征在于：步骤S3中，手工焊接V型坡口前两层焊缝时，其背面采用氩气进行保护。
6.根据权利要求1所述的一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，其特征在于：步骤S3中，焊前将坡口两侧涂抹防飞溅液进行防护。
7.根据权利要求1所述的一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，其特征在于：步骤S3中，焊接过程中随时清理焊渣，检查是否有咬边等缺陷。
8.根据权利要求1所述的一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，其特征在于：步骤S3中，U型坡口焊接时，收弧点与起弧点要错开不小于100mm。
9.根据权利要求1所述的一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，其特征在于：步骤S4中的堆体封头平放在工装胎上，通过工装胎将堆体封头放倒与下段堆体对接。
10.根据权利要求1或4所述的一种适用核电站反应堆堆体焊缝的施工方法，其特征在于：上段堆体与下段堆体、下段堆体与堆体封头的错边量均小于0.5mm，装配间隙在0-1mm。
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