窄间隙埋弧焊在核容器制造中的应用

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1、窄间隙埋弧焊在核容器制造中的应用

2、第1张德林（国营五二四厂，陕西７１００２１）摘要：窄间隙埋弧焊是厚板焊接的一项先进技术。采用该技术可大量减少焊接填充量，因而节省大量焊材和工时，同时可获得更高质量的焊接接头。利用国产材料和元器件研制成功了性能优良的窄间隙埋弧焊焊头，并将其应用到了核一级设备€€稳压器的焊接，取得了良好效果。关键词：窄间隙；埋弧焊；核容器Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｒｒｏｗ　ｇａｐ　ｓｕｂｍｅｒｅｄ　ａｒｃ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｉｎ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｏｆ　ｎｕｃｌｅａｒ

3、　ｃｏｎｔａｉｎｅｒＺＨＡＮＧ　Ｄｅ€€ｌｉｎ１概述窄间隙焊接是厚板焊接领域的一项先进技术。与普通坡口的埋弧焊相比，窄间隙焊具有无可比拟的优越性。如坡口窄、焊缝金属填充量少，可以节省大量的焊材和焊接工时；由于窄间隙焊时热输入量较低，使焊缝金属和热影响区的组织明显细化，从而提高其力学性能，特别是塑性和韧性。然而要在深入母材很窄的坡口中实现无缺陷的焊接，难度是很大的。除了精确制备工件坡口以外，还要从焊接方法、焊接设备、焊缝跟踪、工艺措施等方面解决一系列难题。经焊接界多年努力，窄间隙焊已发展了多种气体保护焊方法

4、和埋弧焊方法，在各方面取得了实际应用。窄间隙气体保护焊与窄间隙埋弧焊相比，虽然前者间隙更窄、效率更高，但在电弧的稳定性、气体保护的有效性和电弧对磁场的敏感性等方面都可能出现问题，而且由于间隙更窄，一旦出现问题返修更为困难。因而对于要求绝对可靠的大型核能容器来说，一般均选择后者而不选择前者。近年来我们在窄间隙埋弧焊方面作了一定的工作，本文对窄间隙埋弧焊机头研制及窄间隙埋弧焊在核能容器中的应用情况作一介绍。２窄间隙埋弧焊机头的研制为了实现厚板的窄间隙埋弧焊接，首先必须具备窄间隙埋弧焊设备。我厂于1985年进口

5、的瑞典ＥＳＡＢ公司ＥＨＤ焊机，设计为可进行窄间隙埋弧焊接。但由于窄间隙埋弧焊机头价格昂贵，没有附带进口。２．１机头的方案及结构设计窄间隙埋弧焊接时，可进行每层一道、每层两道或每层三道焊接。其中每层一道的焊接虽然效率较高，但易引起侧壁熔合不良、夹渣、焊缝成型系数过小(易引起结晶裂纹)、脱渣不易等问题，在窄间隙埋弧焊接中很少应用。而每层三道则由于坡口的加宽而降低了效率。因此，每层两道的焊接得到了普遍应用。在每层两道的窄间隙埋弧焊接中，为了保证坡口侧壁的良好熔合而不出现夹渣等焊接缺陷，在每一个焊道焊接时，焊丝端

6、头必须偏向各自接近的坡口侧壁。为了实现这一点，目前流行的大致有两种方案，见图1。图中方案ａ为导电嘴偏摆型，即导电嘴与电杆之间有一活动关节，在焊完一侧焊道后设法使它摆而偏向另一侧，导电杆始终处于坡口间隙的中心位置。方案ｂ为导电嘴旋转型，即导电嘴本身有一定弯度，每焊完一道后导电杆带着导电嘴一起旋转一定角度，这样焊丝端头亦会由坡口一侧偏向另一侧。这两种方案各有优缺点，经过分析对比，我们选择了ａ型方案。这是因为：一、该方案导电部分可有较大宽度，承载能力较高，可使用较粗的焊丝(可用Φ４ｍｍ，而方案ｂ只能用Φ３ｍｍ)

7、，可焊接的坡口深度较大；二、该方案与ＥＳＡＢ公司焊头相同，可以利用ＥＳＡＢ公司其它焊头的某些部件及原有控制线路，便于与原ＥＨＤ焊机配合。基于上述第二点同样的理由，接头自动跟踪装置设计为机械传感→光电转换、讯号放大→十字滑板执行的结构。做到了能与原有ＥＨＤ设备配套使用，达到了在垂直和水平两个方向的自动跟踪。总之，我们设计的窄间隙埋弧焊机头主要参照了ＥＳＡＢ公司焊头的结构，但做了以下几方面的改进：1)焊嘴部分的主体材料采用了既有良好机械性能、耐磨性又有良好的导电性能的铬锆铜而不是采用不锈钢，因而既有足够的强度

8、、刚度，工作过程也较为稳定。2)导电嘴的摆直接采用气缸驱动而不是气€€€€液转换驱动，因而结构更为简单可靠。3)导电部分的外表面采用了陶瓷喷涂而不是涂涂料，绝缘性良好且不易剥落。4)增加了焊嘴垂直度调整机构，可保证焊头在焊接纵缝和环缝两种位置都能与工件保持垂直。5)缩小了各附助部分的尺寸、减轻了重量，以便于与２００×２００ｍｍ２的小型十字滑板配合使用。整个焊头由具有可摆导电嘴的焊嘴、自动跟踪装置、送丝机构、焊丝校直机构、摆驱动装置、焊剂撒放及回收装置、支架等部分组成。２．２焊头的技术性能指标经设计研制成功

9、的焊头，可以与ＥＳＡＢ公司的ＥＨＤ焊机配套使用(也可与其它焊机配套使用)。其性能指标如下：1)可伸入３５０ｍｍ深窄间隙坡口中焊接；2)窄间隙坡口的尺寸：根部宽１８～２４ｍｍ，坡口角度１～３°；3)可对坡口进行垂直和水平两个方向自动跟踪，跟踪精度≤０．３ｍｍ；4)适用焊丝Φ３mm～Φ４ｍｍ；5)每层两个焊道，焊环缝时在每一焊道完成后，能自动转换到另一焊道连续焊接，直至整个焊缝焊完；6)可在工件焊剂予热状态下连续工作。２．３焊头试