高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高溫氣冷核反應(yīng)堆具有熱效率高（40%至41%)，燃耗深（最大高達20Mffd/t鈾），轉(zhuǎn) 換比高（0. 7至0. 8)等優(yōu)點。由于氦氣化學(xué)穩(wěn)定性好，傳熱性能好，而且誘生放射性小，停 堆后能將余熱安全帶出，安全性能好。高溫氣冷堆是國際核能界公認(rèn)的一種具有良好安全 特性的堆型。它集安全性、經(jīng)濟性于一身，勢必將是未來核能安全利用的必然選擇。
[0003] 作為高溫堆金屬堆內(nèi)構(gòu)件中的重要部件，200MW高溫氣冷核反應(yīng)堆的金屬堆內(nèi)構(gòu) 件中堆芯殼環(huán)段焊接是一個重要的加工環(huán)節(jié)。類似設(shè)備及技術(shù)，如加氫反應(yīng)器等化學(xué)容器 的焊接，其材料為耐熱鋼12Cr2M〇lR，但這類化工容器對焊接精度等要求遠沒有200MW高 溫氣冷堆金屬堆內(nèi)構(gòu)件中堆芯殼高。
[0004] 現(xiàn)有加氫反應(yīng)器等化工容器的焊接方法等多為焊條電弧焊或埋弧焊。焊條電弧焊 需焊工手工操作，熔敷效率低下、污染大、層間打磨量大、易出現(xiàn)未熔合、焊接質(zhì)量易受焊工 人為因素影響；埋弧焊熔敷效率雖高，但受焊劑填加限制，通常用于平焊位置，對于堆芯殼 這類薄壁易變形精度要求又高的筒體結(jié)構(gòu)（高約20米，直徑約5. 4米，壁厚40mm)，一旦將堆 芯殼置于水平位置（即平焊位置)，必然會因自重產(chǎn)生過大變形，而焊接之后焊接變形將更 加嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接 方法，獲得無氣孔、裂紋、夾雜等焊接缺陷的良好焊接接頭。
[0006] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是： 一種高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，所述堆芯殼為薄壁筒形件，其特征 是，包括如下步驟： (1) 將所述堆芯殼的環(huán)段加工坡口，所述坡口位于所述環(huán)段接口的兩側(cè)，呈雙U形； (2) 將待焊環(huán)段坡口的鈍邊對齊安裝，并在坡口兩側(cè)焊裝馬腳； (3) 在坡口處手工點焊； (4) 對待焊接環(huán)縫進行預(yù)熱； (5) 在坡口內(nèi)加入光焊絲，在外坡口用自動熱絲鎢極惰性氣體保護焊的方法進行外部 焊接； (6) 去除坡口內(nèi)馬腳，在內(nèi)坡口用自動熱絲鎢極惰性氣體保護焊的方法進行內(nèi)部焊 接； (7) 對前幾道焊縫通過射線檢查； (8) 先對內(nèi)坡口進行焊接至填滿，再對外坡口進行焊接至填滿； (9) 清理焊道； (10) 對焊縫進行焊后熱處理。
[0007] 進一步，所述第（1)步中加工的雙U形坡口的U形口夾角為40° ±4°。
[0008] 進一步，所述第（2)步中鈍邊對齊安裝公差在0. 5mm以內(nèi)，焊裝馬腳前進行局部預(yù) 熱。
[0009] 進一步，在所述第（4)之前還包括在筒體內(nèi)壁4等分的待焊接環(huán)縫位置通過點焊 方式安裝測量塊的步驟，安裝測量塊前對安裝位置進行預(yù)熱。
[0010] 進一步，所述第（4)中，預(yù)熱位置為待焊接環(huán)縫兩側(cè)鄰近至少200mm以內(nèi)部位，預(yù) 熱溫度彡205 °C。
[0011] 進一步，:所述第（5)中，焊接3至4道后，每道焊前根據(jù)所述測量塊測得焊接變形 數(shù)據(jù)，將變形量最大的位置作為下次焊接的起弧點。
[0012] 進一步，焊接的道間溫度不超過350°C。
[0013] 進一步，在焊接期間以及焊接中斷時，進行后熱處理，所述后熱處理為350°C保溫 30分鐘以上。
[0014] 進一步，所述第（10)中的焊后熱處理溫度690°C±15°C，時間為1. 5至2小時。
[0015] 進一步，所述第（5)、（6)步的焊接過程中，加入的光焊絲為ER90S-B3光焊絲， 惰性保護氣體為30%氬氣和70%氦氣，保護氣體的流量為30±3L/mm，焊接熱輸入量 彡 3. 276KJ/mm〇
[0016] 本發(fā)明的有益效果是： (1) 將GTAW焊接大幅度的提高焊接熔敷效率的同時，保證了焊接工藝穩(wěn)定性、提高了 焊縫質(zhì)量，避免了氣孔、裂紋、夾鎢等缺陷，滿足了無損檢驗及相應(yīng)理化性能要求； (2) 實現(xiàn)堆芯殼豎直狀態(tài)施焊，避免自重引發(fā)的焊接變形(橫焊位置）； (3 )通過合理的焊接順序及焊道布置等，實現(xiàn)焊接變形控制，周向上周向收縮不均勻度 0. 5mm； (4) 通過控制保護氣流量、電特性參數(shù)、送絲速度與電流及熱絲電流的關(guān)系，及合理的 接頭設(shè)計，該發(fā)明可以實現(xiàn)高送絲速度、大熔敷量焊接，并且電弧穩(wěn)定無明顯磁偏吹，焊縫 質(zhì)量高，無氣孔、裂紋、夾鎢等缺陷，能滿足ASME規(guī)范和高溫堆金屬堆內(nèi)構(gòu)件焊縫射線檢驗 的設(shè)計要求； (5) 焊接后的力學(xué)性能及沖擊性能并可達到設(shè)計要求。
【附圖說明】
[0017] 附圖1是堆芯殼體環(huán)段坡口剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法的具體實施 方式作詳細說明。
[0019] 本發(fā)明是通過自動熱絲媽極惰性氣體保護焊（AutomaticGTAWwithHotwire)的 焊接方法完成堆芯殼環(huán)段對接焊的，具體焊接過程如下： (1)將所述堆芯殼的環(huán)段加工坡口，所述坡口位于所述環(huán)段接口的兩側(cè)，呈雙U形。雙 U形坡口的U形口夾角為40° ±4° (參見附圖1)。
[0020] (2)將待焊環(huán)段坡口的鈍邊對齊安裝，并在坡口內(nèi)焊裝(手工定位）馬腳。鈍邊對 齊安裝公差在〇. 5mm以內(nèi)，焊裝馬腳前進行局部預(yù)熱。
[0021] (3)在坡口處手工點焊(手工定位)。
[0022] (4)在筒體內(nèi)壁4等分的待焊接環(huán)縫位置通過點焊方式(手工定位）安裝測量塊， 安裝測量塊前對安裝位置進行預(yù)熱。
[0023] (5 )對待焊接環(huán)縫進行預(yù)熱。預(yù)熱位置為待焊接環(huán)縫兩側(cè)鄰近至少200_以內(nèi)部 位，預(yù)熱溫度多205°C，通過電加熱或火焰加熱進行預(yù)熱。
[0024] (6)在坡口內(nèi)加入光焊絲，在外坡口用自動熱絲鎢極惰性氣體保護焊的方法進行 外部焊接。對已定位的坡口，加入ER90S-B3光焊絲，用自動熱絲鎢極惰性氣體保護焊的方 法進行外部焊接；焊接3-4道(前幾道）后暫停施焊，其中先開始為打底焊，且每道（包括之 后每道）焊前根據(jù)測量塊處測得焊接變形數(shù)據(jù)調(diào)整起弧點位置一起弧點設(shè)置于間距最 大處；道間溫度不超過350°C。惰性保護氣體為30%氬氣和70%氦氣，保護氣體的流量為 30±3L/mm，焊接熱輸入量彡3. 276KJ/mm。
[0025] (7)去除內(nèi)側(cè)馬腳，在內(nèi)坡口用自動熱絲鎢極惰性氣體保護焊的方法進行內(nèi)部焊 接。焊接參數(shù)同外坡口焊接參數(shù)。
[0026] (8)對外坡口和內(nèi)坡口分別通過射線檢查。
[0027] (9)先對內(nèi)坡口進行焊接至填滿(填充焊)，再對外坡口進行焊接至填滿(蓋面焊)。 焊接參數(shù)同外坡口焊接參數(shù)。
[0028] (10)清理焊道。在每道焊縫焊接完成后用不銹鋼鋼絲刷刷去氧化層直至焊縫露出 金屬光澤。
[0029] (11)在焊接期間以及焊接中斷時，進行后熱處理，所述后熱處理為350°C保溫30 分鐘以上。
[0030] (12)對焊縫進行焊后熱處理。焊后熱處理溫度690°C± 15°C，時間為1. 5至2小 時。
[0031] 在本發(fā)明的焊接方法中，各焊接時段的設(shè)備電參數(shù)如下表。
[0032] 通過本方法可以實現(xiàn)高送絲速度、大熔敷量焊接，并且電弧穩(wěn)定無明顯磁偏吹，獲 得無氣孔、裂紋、夾雜等焊接缺陷的良好焊接接頭；其次，使用該方法可以實現(xiàn)堆芯殼豎直 狀態(tài)施焊，避免自重引發(fā)的焊接變形(橫焊位置）；第三，根道焊實現(xiàn)單面焊雙面成型；第四， 實現(xiàn)焊接變形控制，周向上收縮不均勾度< 〇. 5_，焊后圓度< 5_。力學(xué)性能及沖擊性能 并可達到下表要求(通過三個試樣進行測試)。
[0033] 以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在 不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā) 明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，所述堆芯殼為薄壁筒形件，其特 征在于：包括如下步驟： (1) 將所述堆芯殼的環(huán)段加工坡口，所述坡口位于所述環(huán)段接口的兩側(cè)，呈雙U形； (2) 將待焊環(huán)段坡口的鈍邊對齊安裝，并在坡口內(nèi)焊裝馬腳； (3) 在坡口處手工點焊； (4) 對待焊接環(huán)縫進行預(yù)熱； (5) 在坡口內(nèi)加入光焊絲，在外坡口用自動熱絲鎢極惰性氣體保護焊的方法進行外部 焊接； (6) 去除坡口內(nèi)馬腳，在內(nèi)坡口用自動熱絲鎢極惰性氣體保護焊的方法進行內(nèi)部焊 接； (7) 對前幾道焊縫通過射線檢查； (8) 先對內(nèi)坡口進行焊接至填滿，再對外坡口進行焊接至填滿； (9) 清理焊道； (10) 對焊縫進行焊后熱處理。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，其特征在于： 所述第（1)步中加工的雙U形坡口的U形口夾角為40° ±4°。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，其特征在于： 所述第（2)步中鈍邊對齊安裝公差在0. 5_以內(nèi)，焊裝馬腳前進行局部預(yù)熱。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，其特征在于： 在所述第（4)之前還包括在筒體內(nèi)壁4等分的待焊接環(huán)縫位置通過點焊方式安裝測量塊的 步驟，安裝測量塊前對安裝位置進行預(yù)熱。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，其特征在于： 所述第（4 )中，預(yù)熱位置為待焊接環(huán)縫兩側(cè)鄰近至少200mm以內(nèi)部位，預(yù)熱溫度多205 °C，預(yù) 熱過程，保持堆芯殼筒體與加熱源相對轉(zhuǎn)動，確保周向溫差< 50°C。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，其特征在于： 所述第（5)中，焊接3至4道后，每道焊前根據(jù)所述測量塊測得焊接變形數(shù)據(jù)，將變形量最 大的位置作為下次焊接的起弧點。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，其特征在于： 焊接的道間溫度不超過350°C。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，其特征在于： 在焊接期間以及焊接中斷時，進行后熱處理，所述后熱處理為350°C保溫30分鐘以上。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，其特征在于： 所述第（10)中的焊后熱處理溫度690°C±15°C，時間為1. 5至2小時。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法， 其特征在于：所述第（5)、（6)步的焊接過程中，加入的光焊絲為ER90S-B3光焊絲，惰性保 護氣體為30%氬氣和70%氦氣，保護氣體的流量為30±3L/min，焊接熱輸入量< 3. 276KJ/ mm〇
【專利摘要】本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯殼環(huán)段自動焊接方法，所述堆芯殼為薄壁筒形件，包括加工坡口、安裝環(huán)段、點焊定位、預(yù)熱、外坡口焊接、內(nèi)坡口焊接、射線檢查、填滿焊、清理焊道、熱處理等步驟。本發(fā)明將GTAW焊接大幅度的提高焊接熔敷效率的同時，保證了焊接工藝穩(wěn)定性、提高了焊縫質(zhì)量，避免了氣孔、裂紋、夾鎢等缺陷，滿足了無損檢驗及相應(yīng)理化性能要求，實現(xiàn)堆芯殼豎直狀態(tài)施焊，避免自重引發(fā)的焊接變形。
【IPC分類】B23K35/38, B23K9/167, B23K9/235
【公開號】CN105397250
【申請?zhí)枴緾N201511015620
【發(fā)明人】郭寶超, 金偉芳, 邢會平, 梅芳, 吉翠翠, 陳曼極
【申請人】上海第一機床廠有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月31日