[發明專利]核電站鋼制安全殼自動焊接方法

有效

• 申請號: 201410016054.7
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103769727A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 張科青;費松;陳寶智;秦亞林;別剛剛;馬富巧;陳美丹
• 申請（專利權）人: 中國核工業華興建設有限公司
• 主分類號: B23K9/173
• 分類號: B23K9/173;B23K9/022;B23K9/028;B23K35/38;B23K37/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 何朝旭

技術領域

本發明涉及一種焊接方法，尤其是一種核電站鋼制安全殼自動焊接方法，屬于核電站建造技術領域。

背景技術

核電站鋼制安全殼（CV）作為非能動系統的重要組成部分，在事故工況下能有效阻止安全殼內部壓力超出設計值和防止放射性物質外泄，是保證核電安全運行的重要設備之一。AP1000三代核電站鋼制安全殼是一個密封性鋼容器,包括底封頭、筒體及頂封頭三部分，均由40mm～50mm厚低合金高強韌SA738Gr.B鋼板拼焊而成，焊縫總長約為3400m，坡口截面大，相比CPR1000、EPR等堆型核電站，焊接工作量至少增加了8倍。

核電建造對CV所有焊縫的質量要求非常嚴格，焊接接頭的致密性、強韌性、焊接變形量等是必須控制和保證的質量指標。特別是，為防止40mm～50mm厚低合金高強韌SA738Gr.B鋼板的焊接裂紋，消除焊后存在的殘余應力確保焊接接頭綜合機械性能，CV所有焊縫均需采取嚴格、精確的熱處理工藝，主要包括焊前預熱、焊后消應力熱處理等。

目前我國所有AP1000核電機組的建造中，CV焊縫的焊接均采用手工電弧焊（SMAW），熱處理工作通常采用火焰烘烤法或簡易支撐電加熱法，存在以下問題：

1.SMAW工藝的電流、電壓、焊接速度等能量參數波動性大，未熔合、夾渣、氣孔等缺陷產生的幾率較大，同時容易導致局部焊接變形超標，焊接質量的穩定性和一致性較差。

2.采用SMAW工藝需頻繁更換焊條，焊接過程規律性中斷，且清渣、打磨工作量大，焊接效率大打折扣，焊接工期難以得到確實保證。

3.火焰烘烤法為循環性局部集中加熱，在散熱面積大的客觀條件下，采用此方法進行焊縫的熱處理無法實現焊縫長度、厚度方向熱處理溫度的均勻分布和恒定化，熱處理質量得不到保證，且烘烤到規定溫度需要的時間長，消耗的可燃氣體多。

4.簡易支撐電加熱法為重復性在焊縫上支撐固定加熱塊和在加熱塊上鋪設保溫棉，加熱塊與焊縫、保溫棉與加熱塊不能緊密貼合，熱傳導和保溫效果差，熱處理質量存在較大風險，施工效率低。申請人曾經申請的201110351452.0、201210368249.9、201310304367.8、201310162438.5雖從不同角度對核電站建設中的焊接進行了改進，但均不能直接用于解決CV焊接的上述問題。

發明內容

本發明的首要目的在于：針對上述現有焊接存在的問題，通過工藝改進，提出一種可以使焊接質量得到保證的核電站鋼制安全殼安裝自動焊接方法。

本發明的進一步目的在于：針對上述現有熱處理存在的問題，通過制作專用輔助裝置，確保熱處理效果，從而進一步保證核電站鋼制安全殼安裝自動焊接質量。

為了達到以上首要目的，本發明的核電站鋼制安全殼安裝自動焊接方法為：采用匹配實芯焊絲和預定工藝參數的熔化極活性氣體保護電弧焊；

所述活性氣體為體積80±5%氬氣和20±5%二氧化碳混合氣體，輸出流量為15～40L/min；

所述實芯焊絲為材質與安全殼材質匹配的直徑1.2±0.1mm盤裝焊絲；

所述特定工藝參數為，焊接電流為頻率90-170Hz的脈沖電流，

垂向焊縫采用擺動焊，焊接電源的平均電流為100A～150A，焊接電壓為19V～22V，焊接行進速度為7～15cm/min，焊絲的伸出長度為10～15mm，焊絲在焊縫兩側的滯留時間為0.3s～0.9s，焊絲從焊縫一側擺動至另一側的速度為13～26mm/s，焊絲從焊縫一側擺動至另一側的寬度為5～20mm；

水平環縫采用直線焊，焊接電源的平均電流為140A～190A，焊接電壓為20V～23V，焊接行進速度為15～35cm/min，焊絲的伸出長度為10～15mm。

理論和實踐證明，采用本發明后，與現有SMAW工藝相比，具有以下優點：

1）脈沖電流降低了焊接熱輸入，焊接變形小，焊接接頭具有更好的低溫沖擊韌性，同時增加了電弧對母材的熔透能力，有效抑制了未熔合和未焊透缺陷的產生；

2）科學確定垂向和水平焊縫的焊接方式、速度等參數，使焊接過程穩定、連續，局部焊接變形得到有效控制；

3）合理頻率的脈沖電流、適當比例的混合氣以及合適參數的實心焊絲相結合，實現了熔滴的噴射過渡，同時使焊接熔池冶金反應相對簡單，焊接飛濺和氣孔、夾渣產生幾率大大減少，保證了焊縫的均勻美觀。

因此采用本發明后能夠有效提高焊接質量，并使整體焊接的質量更加穩定。

為了達到進一步的目的，還包括以下步驟：

——制作核電站鋼制安全殼熱處理專用輔助裝置,