核电不锈钢水池焊接工艺研究的新突破

针对现阶段核电站不锈钢水池焊接工艺取得的新突破与新进展,结合实例,对其焊接工艺方法的选择(包括材料与技术参数)、焊接质量控制要点进行分析,最后得出通过对焊接工艺新突破与新进展的合理应用,能确保工艺选择正确性、质量控制有效性、焊接整体质量,并提高焊缝合格率的结论,在不锈钢水池焊接实践中有良好推广应用价值。

不锈钢水池为核电站不可获取的组成部分,核电站运行过程中,水池用于存储和运输各种燃料与废料,具有十分重要的作用,同时还是典型不支持修复的设施。电站运行过程中,务必确保水池不会发生泄漏,这就对水池焊接提出了极高要求。目前,随着核电事业快速发展,在水池焊接方面取得了新的突破和进展,以下围绕实例对这些突破和进展的实际应用进行分析。

1焊接工艺方法选择

水池整体由换料水池、反应堆堆腔、运输通道、装载井等部分构成,表面的不锈钢总重达300t。水池底板与墙体采用厚度为3mm的超低碳不锈钢钢板,其规格为(6000×1300mm,直接安装于型钢支撑。

水池焊接完成后的焊缝检测采用目测法、射线法等,检测与验收标准十分严格,尤其是射线检测,其主要有以下标准:不得存在咬边;气孔最大尺寸不能超过0.5mm;夹渣尺寸不能超过1.5mm;夹钨尺寸不能超过0.5mm等。

1.1焊接工艺方法

一般情况下,水池泄露主要有以下两种情况:第一,焊缝产生较大的缺陷,通常为贯穿性缺陷;第二,因母材或者是焊缝受到不同程度的污染,出现腐蚀性孔洞损坏。可见,水池每一条焊缝的焊接都要选择手工钨级氩弧焊的工艺方法。直流正接,负极和钨极相接,正极和工件相接,产生70%左右的电弧热量施加于工件,其余热量则施加于钨极,通过这样的处理,能使电极承受相对较大的电流,而且焊道较窄、较深,具有良好熔透效果。选用铈钨极,引弧方式为高频。

1.2焊接材料

水池壁板与底板都是从欧洲进口的进行固溶处理的在核电站中专用的不锈钢板。焊丝为ESAB生产研制的不锈钢焊丝,其直径在2.0mm左右。为确保焊缝金属有良好的抗腐蚀作用,应对其铁素体计算值进行严格控制,一般不超过5%15%范围。

1.3焊接技术参数

水池焊接技术参数:(1)打底焊:电流75120A,电压912V,气体流量1214L/min(2)填充层:电流105140A,电压1013V,填充金属φ2.0,气体流量1214L/min(3)盖面层:电流80120A,电压912V,填充金属φ2.0,气体流量1214L/min。在焊接过程中,需要对焊缝层间温度进行有效控制,一般不能超过150℃;实际操作采用短弧的方法,以便于保证电弧长度及其稳定性。

2焊接质量控制要点

2.1保护气体

在对水池进行焊接时,应对空气对流速度进行控制,通常风速不能超过2m/s,尤其是要注意高压风管及电风扇等造成的不利影响。氩气纯度必须达到99.99%以上,在焊接过程中,氩气流量应保持在1214L/min范围内,如果氩气流量超出限度,则有可能产生气孔等一系列缺陷。在气瓶使用完毕以后,需确保瓶中残余气压不小于1MPa

2.2焊接电极

在条件允许的情况下优先考虑铈钨极。

2.3清洁控制

对焊缝及其周围与环境进行有效的清洁控制是确保焊缝施工质量的重要环节,在实际工作中必须做好下列几项工作:(1)对焊接施工顺序进行合理安排,一般水池衬里板不得与土建施工一同进行,否则将容易产生安全或质量隐患。(2)抹灰与打磨完毕以后,在抹灰层表面均匀涂抹防尘漆。(3)使用砂轮片对底肋部分焊缝进行仔细打磨,除去附着的杂物与氧化层,到内部金属光泽露出为止。(4)在对衬里板进行安装以前,需对水池进行彻底清理,使空气质量满足要求,避免对施工造成不利影响。(5)衬里板于车间完成切割下料之后,清除割边范围内的所有毛刺,确保坡口的光滑性与平直性。在对板体进行预制和运输时,做好衬里临时保护,避免杂物、铁素体与灰尘等对板体造成污染。(6)在对衬里板进行组对以前,使用棉白布和丙酮对坡口与底肋表面进行擦拭。(7)在坡口组对完成之后,使用专门的胶带对焊缝进行密封,实现隔离。焊接操作前,除去胶带,同时使用棉白布与丙酮对坡口与其他区域进行擦拭清洁。

2.4焊接工艺与变形控制

1)在对衬里板进行安装组对的过程中,需要按照由下至上和由内至外的顺序,按对称的形式进行组对。对处在墙角处的折弯板而言,需要先从弯角的位置开始组对。对点焊施工质量进行严格控制,避免咬边,实际的点焊间距应尽可能的小,而焊点长度应适当增长。点焊过程中,若母材和钨极直接接触而产生打火的现象,则应立刻暂停焊接,使用砂轮片进行打磨处理,然后再进行点焊,避免夹钨等现象的发生。

2)相同面内的墙体组对完毕以后,对焊缝进行焊接,遵循先焊接横缝,再焊接立缝的基本原则。对于打底焊,应采用分段退焊方法,其分段的最大长度应控制在500mm以内,待焊缝完成冷却之后开始填充焊;对于填充焊接,也需要采用分段退焊的方法,其分段长度要求和打底焊相同。在立缝上进行打底与填充时,需按照从下到上的顺序;相同墙面上的填充焊均完毕以后才能实施盖面焊接,但与之前不同的是盖面无需分段退焊,应引起相关技术人员的注意和重视。

对于水池底板,其焊接工艺与施工顺序和水池墙面相似,组对点焊结束后,理论上应按照先对短缝进行焊接,再焊接长缝的顺序。在立缝上进行打底与填充时,需按照由内到外的顺序分段退焊,其分段的长度同样不能超出500mm。填充焊完毕以后实施盖面焊接,但与之前不同的是盖面无需分段退焊。

不锈钢焊接过程中,相邻的多个焊缝应同时进行,并且它们的施工顺序及程序应达到协调一致,也就是在打底完毕之后,开始后续的填充及盖面;将层间温度有效控制在100℃以内,如果温度过高,将造成质量问题;另外,各层焊缝交接位置应保持错开。对处在拐角位置的焊缝,需要连续不间断的进行焊接,确保拐角位置焊道保持连续。

因水池所用不锈钢材料具有相对较大的热膨胀系数,使其热系数减小,导致焊接件可能产生很大的自由变形;此外,为有效降低焊缝腐蚀几率,在焊接过程中应尽可能采用较小的电流和电压,并在较短的时间内完成焊接操作。进行打底焊接时,为使焊缝熔透性满足要求,可对电流进行适当增大,而在进行填充焊接与盖面焊接时,应对电流进行严格控制,一般以下限值为宜。为提高母材自身抗腐蚀能力,通常不允许在母材的表面进行任何形式的打火,以免对母材造成烧伤。在焊接完成以后,需要使用专门的钢丝刷对在热影响区和焊缝上产生的氧化层进行轻轻刷去,以保证焊接的整体外观效果。

3结语

综上所述,通过对核电不锈钢焊接工艺取得的新突破的进一步实践,加之深入有效的质量控制,在无损检查过程中,不锈钢焊缝实际合格率可以居全国前列,个别厂房射线检查结果显示,合格率甚至超过了欧洲专业水平,合格率最高可以达到95.6%,社会与经济效益十分突出。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|小口径厚壁钢管

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