解析三代核电蒸汽发生器接管安全端焊接技术

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1、学兔兔www.xuetutu.com移生产应用r缛搭三代核电蒸汽发生器接管安全端焊接技术上海电气核电设备有限公司(201306)罗成许杰陈石磊摘要安全端是蒸汽发生器等核岛主设备上一种异种钢焊接结构，为保证核电站的安全运行，对安全端的焊接质量要求很高，其焊接工艺难度非常大。文中对蒸汽发生器安全端结构进行了介绍，结合焊接工艺评定，对焊接坡口的设计、焊接材料的选择和窄间隙焊接的工艺参数进行了试验研究，并将试验结果应用到产品焊接中，达到了良好的效果。关键词：三代核电蒸汽发生器安全端焊接异种钢中图分类号：TG457全等级为核一级，Rcc—M规范等级为一级。0前言

2、该设备下封头有1个进口接管和1个出口接管，核电站核岛主设备的大型容器，如蒸汽发生器的需焊接安全端。管座材料为20MND5，安全端材料为壳体一般由材料牌号为18MND5低合金钢制成，而和Z2CND18—12控氮不锈钢，属于典型的安全端异种钢核容器连接的各种管道大多为奥氏体不锈钢，材料为焊接结构。Z2CND18—12(控氮)，为保证核电设备的质量，一般会1安全端焊接工艺评定先在壳体的接管端头上先焊上一段不锈钢管(称为“安全端”)，现场安装时再将安全端与不锈钢管道焊接。1．1坡口形式的选择因此就涉及壳体接管上焊上一段不锈钢管的异种金属EPR蒸汽发生器接管壁厚

3、为116mm。由于壁厚接头的焊接工艺。尺寸较大、焊接工作量大，为了减少焊接材料的填充目前，中国正处在核电建设的快速发展时期，蒸汽量，采用无隔离层堆焊窄间隙直接对接形式。发生器等设备接管安全端焊接的问题也因此而产生。1．2焊接材料的选择根据核设备安全等级和结构设计，低合金钢接管端侧由于奥氏体母材和铁素体母材的膨胀系数差别坡口面，可事先进行隔离层堆焊后再与不锈钢安全端较大，经受热循环时会产生较大应力_2等。对于焊接，也可直接和不锈钢安全端焊接。焊接材料可采在高温高压、工作条件苛刻的情况下，应选用膨胀系用不锈钢或镍基合金。数介于奥氏体钢与铁索体钢之间Inco

4、nel类镍基合金焊EPR项目是欧洲第三代先进压水堆核电站，采用4接材料。个环路，单台发电能力为1600MW，是目前国际上最依据产品技术条件的要求，选定镍基合金焊接材先进的核电站之一。该堆型蒸汽发生器本体材料为料是美国SMC公司生产的Inconel52焊丝(相当于20MND5低合金高强钢锻件，设备总高约2513'1，设备安AWSA5．14ERNicrFe—7)。焊丝的化学成分见表1。表1Inconel52焊丝化学成分(质量分数，％l1．3焊接方法的选择安全端异种金属焊接的困难主要在于镍基合金是目前接管安全端焊接工艺主要包括采用手工药皮一种焊接性较差的金属

5、材料。这种金属材料的纯度要焊条电弧焊、埋弧自动焊或自动脉冲钨极氩弧焊。求很高，稍有杂质元素存在，就极易产生微裂纹。同时，由于这种金属材料在高温熔化状态下极易被氧化收稿日期：2012—08一O8而产生低熔点的氧化物杂质缺陷。此外，这种金属材2012年第1O期57学兔兔www.xuetutu.com料在高温熔化状态下的粘度大、流动性差J，因为与焊(2)自动钨极氩弧焊作为一种非熔化极的焊接方接坡口面的亲和力较差，极易造成内部夹杂及根部未法，其电弧能量能够方便地调控，从而确保镍基合金焊熔合等焊接缺陷。丝不因过烧造成合金元素的损失。根据安全端焊接这些特点，采用自

6、动钨极氩弧焊1．4评定试板母材的成分和性能焊接方法，主要原因为：20MND5锻件属于Mn—Ni—Mo类型低合金高强(1)自动钨极氩弧焊能够确保焊缝金属的纯净]，钢，其高温强度和疲劳强度较高，低温特性好。其化学从而提高焊接接头的质量。成分及力学性能见表2和表3。表220MND5锻件的化学成分(质量分数，％)代表不锈钢安全端的试环材料牌号为Z2CND18—为强奥氏体化元素)，不锈钢中加入N可以形成固溶强12(控氮)，厚度同产品一致，其含cr量约为18％，含化的作用，同时可提高材料的耐晶间腐蚀性能。安Ni量约为12％，含Mo量约为2．6％，近似316L钢。控

7、全端Z2CND18—12(控氮)锻件的化学成分和力学性能氮不锈钢一般在钢中加入约为0．05％一0．08％的N(N分别见表4和表5。表4Z2CND18—12(控氮)锻件的化学成分(质量分数。％)表5CND18—12(控氮)锻件室温下的力学性能焊道表面，避免因夹渣及收弧裂纹缺陷存在而影响下一道焊缝和焊接质量。焊后进行液体渗透检查、超声波检查和射线检查，合格后进行模拟消除应力热处理。1．6性能试验按RCC—M规范及产品技术条件，试验结果见表6，表7及表8。1．5焊接实施为检查热处理后母材、焊缝及热影响区性能，进行焊前清理坡口表面的油及锈迹等影响焊接质量的硬度

8、试验，硬度检查涉及到两种母材、焊缝、热影响区，污物，液体渗透检查坡口合格后，预热不低于175℃