[發明專利]殼法蘭窄間隙埋弧焊焊接工藝

有效

• 申請號: 201210536901.3
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN102941403A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 劉大為;宋丹;李夢啟;李雅范;張韻曾;杜雷
• 申請（專利權）人: 哈爾濱電氣動力裝備有限公司
• 主分類號: B23K9/18
• 分類號: B23K9/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：本發明涉及一種殼法蘭窄間隙埋弧焊焊接工藝。

背景技術：二十世紀六七十年代，核能發電技術得到長足發展，在九十年代末核能界將核電發展分為四代：20世紀五六十年代建造的原型核電廠稱為第一代核電（Gen?Ⅰ）；從70年代開始建造的大型商業化核電廠一直運行到現在，屬于第二代（GenⅡ）；第三代（GenⅢ）是90年代開發的、在安全和經濟上有相當幾個改進的核電廠設計，改進還在繼續，入AP600/AP1000，形成Gen?Ⅲ+，就是被稱為改革型的那一類；第四代核能（GenⅣ）是針對長期規劃提出的，有望2030年或更早推向市場的新一代核能系統，不但指核電廠本身也包括燃料循環。AP1000是由美國西屋公司在AP600的基礎上總體開發設計，二回路百萬千瓦級的壓水堆核電廠，具有非能動安全特性，是第一個獲得美國核管會最終批準的第三代+核電設計。

AP?1000技術的主泵即反應堆冷卻劑泵作為一回路的主要部件，其總體結構及冷卻方式都是全新的。如圖2所示，殼法蘭做為主泵的主要壓力邊界外殼，主要承擔著支撐保護及防止冷卻劑泄露的作用。

以往的屏蔽電機外殼均采用手工電弧焊或熔化極氣體保護焊，焊接勞動強度大、效率低并且質量不易保證，返修率很高。埋弧焊作為一種高效、優質的焊接方法，在工業生產中已得到了廣泛焊接工藝。尤其對于大厚壁筒體結構的對接坡口，通過采用埋弧焊方法均可獲得美觀、高質量的焊縫。而窄間隙埋弧焊由于坡口角度較窄（一般為1.5°～4°），在同樣的熱輸入條件下，其熱影響區極為窄小，因此可得到沖擊韌性更高的焊接接頭。但同樣是由于坡口狹窄，對焊道如何布置，如何調配電流、電壓和焊接速度等參數以及避免出現側壁未熔合缺陷，已成為窄間隙埋弧焊接過程中的難點和挑戰。

AP1000主泵的設計規范書承諾的使用壽命為60年，而殼法蘭作為防泄露保護外殼，無論母材還是焊縫在漫長的服役期間均將承受高壓。因此對于其焊接接頭的檢驗要求是相當嚴格的，一旦經射線探傷發現較深區域的缺欠，將有可能造成整個部件的報廢。因此迫切需要在殼法蘭的窄間隙埋弧焊接過程中，采用一整套準確、穩定和合理的工藝體系方法進行指導和控制質量。

發明內容：

本發明的目的是建立一個高效、穩定及運用靈活的殼法蘭窄間隙埋弧焊焊接工藝，能夠實現大厚壁筒型殼法蘭的窄間隙埋弧焊接。本發明的技術方案為：

一種殼法蘭窄間隙埋弧焊焊接工藝：1）建立窄間隙埋弧工作站，采用質量穩定可靠的埋弧焊電源、行走機構以及配套設施是保證焊接穩定的前提，保證殼法蘭在防竄動滾輪架上的平衡量為±0.20mm；

采用具有緩降外特性的埋弧焊電源，以取得更加快捷的電流調節（△I）和自身調節靈敏度，以保證送絲的穩定性；

2）設計合理的坡口角度及型式，將壁厚140mm的殼法蘭設計成通過止口定位，單側坡口角度4°的筒型合縫坡口；

3）進行焊接工藝評定，選擇合理的匹配性焊接材料，并對焊接接頭進行拉伸、彎曲和沖擊等機械力學性能試驗，驗證焊縫的可靠性和可適用性，通過焊絲和焊劑的匹配性試驗，選擇合理的埋弧焊組合焊材，對于殼法蘭的碳鋼段，由于母材采用美國機械工程師學會標準的材料（ASME?SA516Gr.70），因此選擇美國焊接協會的焊材（Φ2.4mm的EH11K焊絲）和美國林肯公司生產的（Lincoln?880M）焊劑；而對于不銹鋼段的焊縫，選擇按照美國焊接協會標準生產的不銹鋼焊絲（Φ1.6mm的ER309焊絲）和專門用于不銹鋼焊接蘇德克公司的焊劑（Soudakay?IND24）；

4）尋求匹配的電流、電壓以及焊接速度參數，由于熱輸入在此案例中為重要變素，因此按照以下公式：

熱輸入=電流（I）×電壓（U）×60/焊接速度

在焊接工藝評定允許的熱輸入范圍內尋求能夠電弧燃燒穩定，焊道成型良好的參數匹配；

具體的焊接參數為碳鋼部分：電流380～400A??電壓33～34V

焊接速度420mm/min

不銹鋼部分：電流280～300A??電壓32～33V

焊接速度350mm/min

5）對窄間隙坡口的焊道布置、壓道量以及焊絲距離側壁的距離均應嚴格要求，如焊道布置或壓道量不合理，容易產生裂紋、氣孔等缺陷；而如焊絲距離側壁的尺寸控制不當，則易產生未熔合的缺陷；

因此對于窄間隙坡口埋弧焊，第一層應在接頭的中間焊接一道熔敷金屬，以后每層兩道，焊絲與坡口壁間距保持3.2-4.0mm，在接頭的頂部，根據距離情況可每層熔敷兩道以上；

6）對起弧電流、焊絲伸出長度、環形焊縫搭接、焊劑堆高等技術環節細化，