核电站主管道窄间隙tig自动焊焊接缺陷原因浅析

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1、核电站主管道窄间隙TIG自动焊焊接缺陷原因浅析黄炳炎　余　平　黄宗仁（中国核动力研究设计院，四川成都610213）【摘　要】核电站主管道现场安装采用窄间隙TIG自动焊可提高主管道现场安装施工质量、缩短施工周期。介绍了福清、方家山两个核电工程自主研发的主管道窄间隙TIG自动焊工艺的焊接设备、坡口形式、焊接材料、工艺参数等，组对情况、性能试验、无损检测及焊接工期表明窄间隙TIG自动焊技术在核电站主管道现场焊接的工程应用是成功的，但由于窄间隙自动焊技术是国内核电工程首次应用，需加强反馈、积累经验。.jyqkm、最大Φ976mm，

2、壁厚最小67mm、最大95.7mm。主管道为铸造奥氏体——铁素体双相不锈钢Z320-09M，三大主设备接管嘴材料为锻造控氮奥氏体不锈钢Z2D18-12N。两种材料的碳含量很低，具有良好的焊接性能。2　窄间隙TIG自动焊工艺窄间隙TIG自动焊工艺是一种高效、优质的先进焊接方法。研究及应用表明[1-3]：核电厂主管道现场焊接采用窄间隙TIG自动焊工艺是可行的，焊接质量是可靠的，具有以往采用的氩电联合手工焊工艺无法比拟的优势。2.1　焊接设备焊接设备选用加拿大利保帝（LIBUEDI）公司的全位置脉冲TIG自动焊机，该设备包括一个

3、带有数字化控制台的焊接电源、一个管道焊接机头和轨道、一个监视系统，性能稳定、操作简单，可进行焊接过程远程视频监控和钨极位置微调。2.2　焊接坡口形式主管道窄间隙坡口为V型和U型组合坡口，如图2所示，坡口底部宽度约7mm左右，坡口单边宽度≤10mm，该坡口形式有利于焊接时形成好的焊缝形状。坡口钝边厚度2.5mm，组对要求为：焊缝根部间隙0mm~1mm（目标值0mm），坡口内错边量≤1.5mm。2.3　焊接材料根部焊道焊接材料为RCC-M规范[4]中ER316L不锈钢实心焊丝，填充及盖面焊道为ASME规范[5]中ER316LS

4、i不锈钢实心焊丝，焊丝化学成分见表1。高Si含量的ER316LSi焊丝具有较好的熔敷金属润湿性和流动性，有利于填充焊道侧壁和层间充分熔合。2.4　保护气体焊缝背面和熔池的保护采用纯度不低于99.99%的氩气进行保护。相比国外采用氦气+氩气混合保护的焊接工艺，由于保护气体为氩气，适当提高了焊接电流来增加熔深，以降低层间和侧壁未熔合风险，同时通过提高焊接速度控制焊接热输入。2.5　焊接工艺参数焊缝焊接按图3所示分为四个工序部分：根部焊道、填充焊道、填充末期焊道、盖面焊道，每个工序采用不同的焊接规范选取方式精确控制焊接参数。各工

5、序焊接数据单见表2。2.6　无损检测在焊道熔敷15mm厚度左右和50%厚度左右进行射线照相检测，焊后进行射线照相检测、超声波检测和液体渗透检测。通过射线检测和超声波检测相结合，提高焊接未熔合缺陷的检出率。3　窄间隙自动焊工程应用3.1　应用情况相比氩电联合手工焊，窄间隙TIG自动焊工艺较易出现侧壁和层间未熔合缺陷，但自主研发的窄间隙TIG自动焊技术还是成功应用于福清、方家山等核电站主管道的现场焊接[3，6]。福清、方家山5台机组共120道焊口组对间隙及内错边量均满足要求，合格率100%；工艺评定和焊接见证件性能试验自动焊接

6、头拉伸强度与手工焊接头强度相当，而且自动焊接头熔敷金属的冲击韧性明显好于手工焊接头，特别是自动焊对热影响区韧性的降低更是远小于手工焊的影响；5台机组共120道焊口和10个焊接见证件均按要求进行了无损检测，检测结果总体良好，特别是最先施焊的2台机组焊缝无损检测合格率100%；采用窄间隙自动焊技术，单道焊口焊接时间为10~15天，相比手工焊约30天/焊口，单道焊口焊接时间缩短将近一半。3.2　焊接缺陷福清、方家山5台机组共120道焊口和10个焊接见证件无损检测未发现焊接导致的咬边、裂纹等缺陷，除6道焊口出现个别焊接未熔合及气孔

7、超标，其余都满足RCC-M规范[4]一级焊缝质量要求，无损检测结果总体良好。5台机组主管道窄间隙TIG自动焊接头未熔合和超标气孔缺陷情况见表3。2.编号1和2的机组最先焊接，编号3、4、5的机组在编号1和2的机组焊接完成后才开始进行焊接.对表3中无损检测结果进一步分析，存在如下现象：1）后焊机组焊接缺陷比先焊机组焊接缺陷多。根据表3最先焊接的编号1和2两台机组共48道焊口无损检测未发现不满足设计要求的焊接缺陷，焊缝质量良好；在编号1和2两台机组焊接完成后进行的其它机组主管道的焊接，都出现了不满足设计要求的焊接缺陷。2）采用

8、自动焊工艺返修处易出现缺陷。在编号5的机组主管道焊接过程中，1U4和1U6焊口缺陷去除后采用窄间隙自动焊返修时再次出现不满足设计要求的焊接缺陷。4　焊接缺陷原因分析及反馈4.1　后焊机组焊接缺陷较多在焊接缺陷出现后，经过询问焊接操作工、调阅焊接记录及焊接视频、检查焊接设备，缺陷主要由以下原因造成：1）焊