核电站主管道窄间隙TIG自动焊焊接缺陷原因浅析.doc

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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【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。【关键词】核电站；主管道；窄间隙；TIG自动焊；焊接未熔合0前言冃前国内百万千瓦级核电站采用M310型机组，每台机组反应堆冷却剂系统为三环路布置，每条环路包括反应堆

2、压力容器、蒸汽发生器、主泵三大主设备，通过反应堆冷却剂系统管道（简称主管道）将三大主设备连接起来，构成高温（设计温度343°C）＞高压（设计压力17.2MPa,abs）＞带放射性的反应堆冷却剂流动的环路。主管道现场焊接是整个核电厂建造的关键环节，直接关系到核电厂建造的质量和进度，国内M310型核电机组主管道现场安装采用了自主研发的窄间隙自动钩极惰性气体保护电弧焊（TTG）技术，相比以往的手工TTG打底加手工电弧焊填充的蹴电联合手工焊工艺，该技术可提高主管道现场安装施工质量、缩短施工周期。1主管道简介M310型机组每条环路的主管道由热段、冷段和过渡段组成。单个环路主管道结构示意图见图1

3、,图中Cl、C4、Fl、F4、Ul、U2、U4、U6为需在核电站工程现场安装焊接的8道主管道焊口。8个现场焊口处外径最小①832.5mm、最大0976mm,壁厚最小67min>最大95.7mm。主管道为铸造奥氏体一一铁素体双相不锈钢Z3CN20-09M,三大主设备接管嘴材料为锻造控氮奥氏体不锈钢Z2CND18-12No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TTG自动焊工艺是可行的，焊接质量是可靠的，具有以往采用的氮电联合手工焊工艺无法比拟的优势。2

4、.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鸽极位匿微调。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7叭左右，坡口单边宽度WlOmm，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2.5mni,组对要求为：焊缝根部间隙Omm-lmm（0标值Omm）,坡口内错边量Wl・5mm02.3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，填充及盖而焊道为

5、ASME规范［5］中ER316LSi不锈钢实心焊丝，焊丝化学成分见表1。高Si含量的ER316LS1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%的氮气进行•保护。相比国外釆用氨气+氮气混合保护的焊接工艺，由于保护气体为氮气，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

6、合缺陷的检出率。3窄间隙自动焊工程应用3.1应用情况相比氮电联合手工焊，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头拉伸强度与手工焊接头强度相当，而且口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

7、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3o2.编号1和2的机组最先焊接，编号3、4、5