核電站主管道窄間隙自動(dòng)焊常見問題及處理

盧其海

摘 要：核電站核島主管道的焊接是核電站建設(shè)質(zhì)量控制中的關(guān)鍵。以國內(nèi)某6×1 000 MW 核電站的核島主管道焊接工程為實(shí)例進(jìn)行了相關(guān)分析和討論，詳細(xì)介紹了窄間隙自動(dòng)焊技術(shù)，并提出了窄間隙自動(dòng)焊技術(shù)的質(zhì)量控制方法。該工程產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果表明，主管道窄間隙自動(dòng)焊工藝是可行的，質(zhì)量控制措施是有效的，內(nèi)在質(zhì)量和產(chǎn)品外觀均滿足設(shè)計(jì)要求，相關(guān)方法可為同類工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：核電站；窄間隙自動(dòng)焊技術(shù)；蒸汽發(fā)生器；反應(yīng)堆

中圖分類號：TM623.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.154

核電站主回路管道（又稱為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)管道）與蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆壓力容器、主泵共同構(gòu)成一回路壓力邊界。為了有效縮短建造周期、降低建造成本和保障施工質(zhì)量，可采用惰性氣體保護(hù)窄間隙自動(dòng)焊焊接工藝的實(shí)施。在核電站主回路管道的焊接工作中，窄間隙自動(dòng)焊焊接工藝被廣泛應(yīng)用，比如寧德和陽江核電站主回路管道現(xiàn)場焊接便采用了此工藝。窄間隙自動(dòng)焊的主體是自動(dòng)焊機(jī)，由自動(dòng)焊操作工操作，這在某種程度上徹底改變了傳統(tǒng)焊接方法對焊工的要求。窄間隙自動(dòng)焊焊接工藝具有焊接質(zhì)量高、焊接效率高等優(yōu)點(diǎn)，但易出現(xiàn)側(cè)壁熔合不良、頻繁粘鎢、燒穿等情況，進(jìn)而導(dǎo)致工作效率受到一定的影響。

1 窄間隙自動(dòng)焊焊接工藝

1.1 焊接方法

在核電站的建造過程中，關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)之一為主管道的現(xiàn)場焊接。傳統(tǒng)的主管道焊接工藝為焊條電弧焊接，其焊接質(zhì)量會(huì)受到焊工的專業(yè)技術(shù)水平、身體狀況和情緒等因素的影響，且因該工作的勞動(dòng)強(qiáng)度過高，常導(dǎo)致焊工的焊接效率較低，最終造成工期延長。窄間隙自動(dòng)焊焊接工藝與傳統(tǒng)的焊條電弧焊工藝相比，具有以下5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①焊接效率高，可以不間斷地作業(yè)。②熔敷金屬填充量少，可降低填充材料成本。③焊接過程簡單，對工人的要求相對較低。④焊接接頭質(zhì)量高。自動(dòng)焊焊接過程均由自動(dòng)焊設(shè)備根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的焊接參數(shù)進(jìn)行的，整體焊縫的焊接熱輸入穩(wěn)定、合理，焊縫的晶間組織均勻、晶粒小。⑤整個(gè)焊接過程具有可追溯性、可視性。窄間隙自動(dòng)焊焊接工藝在焊接的整體過程中會(huì)進(jìn)行視頻監(jiān)控和記錄。

1.2 填充材料

常見的焊接填充材料為不銹鋼實(shí)芯焊絲，即規(guī)格為φ0.8 mm的ER316L和規(guī)格為φ1.0 mm的ER316LSi。其中，ER 316L 往往應(yīng)用于打底焊道和支撐焊道的焊接，ER316LSi往往應(yīng)用于填充焊道和蓋面焊道的焊接。

1.3 焊接設(shè)備

較為常用的窄間隙自動(dòng)焊設(shè)備為自動(dòng)焊機(jī)。結(jié)合目前國內(nèi)相關(guān)核電站主管道現(xiàn)場焊接的情況看，確定采用加拿大LIBURDY公司的自動(dòng)焊機(jī)和有效的自動(dòng)焊工藝參數(shù)，從而焊接出質(zhì)量合格、穩(wěn)定的焊縫。

2 常見問題及其處理措施

雖然窄間隙自動(dòng)焊工藝已經(jīng)在寧德核電站和陽江核電站等的主回路管道中得到了應(yīng)用，但在實(shí)際焊接過程中，仍會(huì)出現(xiàn)側(cè)壁熔合不良、頻繁粘鎢、燒穿等問題，進(jìn)而對焊接質(zhì)量造成了潛在影響。因此，就窄間隙自動(dòng)焊過程中有可能出現(xiàn)的問題提出了以下處理措施。

2.1 側(cè)壁熔合不良

6GT位置180°～270°焊縫根部下側(cè)和5GT位置180°～270°焊縫根部兩側(cè)易出現(xiàn)側(cè)壁熔合不良的問題。造成上述問題的主要原因有以下2點(diǎn)：①電弧張開角度不足。電弧張開角度的影響因素主要有鎢極的錐度、電流的大小、鎢極的類型等。在焊接前，應(yīng)注意鎢極的選擇，確保鎢極尖無開花現(xiàn)象；根據(jù)焊縫的實(shí)際情況選擇彎鎢極或直鎢極。②熱輸入量不足。主管道現(xiàn)場焊接使用的焊接工藝均經(jīng)過了工藝評定的驗(yàn)證，即焊接所使用的參數(shù)已經(jīng)過驗(yàn)證。因此，熱輸入量不足是側(cè)壁熔合不良的原因之一，可通過在可調(diào)范圍內(nèi)增加峰值電流、降低行走速度、減小基值電流來緩解此情況。

2.2 粘鎢

粘鎢通常是指在焊接或起弧的過程中，鎢極部分在接觸到熔池后造成短路，導(dǎo)致焊接過程無法正常順利進(jìn)行的情況。出現(xiàn)該問題的主要原因有以下3點(diǎn)：①鎢極偏轉(zhuǎn)。由于在窄間隙焊接工藝中規(guī)定了鎢極的縱向偏轉(zhuǎn)角度，如果在90°和270°兩個(gè)位置出現(xiàn)粘鎢，則可考慮調(diào)整鎢極的縱向偏轉(zhuǎn)角度。②冷卻水循環(huán)不順暢。由于電源主機(jī)與機(jī)頭間的線纜（內(nèi)有水管）較長，且在焊接過程中線纜常出現(xiàn)被絆、被壓等現(xiàn)象，導(dǎo)致冷卻水循環(huán)不暢，進(jìn)而導(dǎo)致粘鎢。因此，在焊接過程中應(yīng)注意整理線纜，將維護(hù)冷卻水管加入日常工作中，并定期更換冷卻水。③層間溫度較高。在連續(xù)焊接數(shù)道后，易在270°附近發(fā)生因熔池過大而引起的粘鎢。因此，在焊接過程中應(yīng)隨時(shí)觀察熔池，在保證熔合良好的情況下，降低基值電流和弧壓，盡可能地減少熱輸入量。

2.3 燒穿

燒穿是指在焊接過程中，電弧將坡口鈍邊或焊縫擊穿，熔化的金屬自坡口的背面流出，進(jìn)而形成孔洞的現(xiàn)象。引發(fā)該問題的原因?yàn)殚g隙或錯(cuò)邊量過大、焊接中電流異常增大、機(jī)頭卡澀等。因此，焊縫組應(yīng)盡量做到零間隙和零錯(cuò)邊，從而有效避免該問題的發(fā)生。此外，在根部打底焊接時(shí)，應(yīng)盡量在間隙最小的區(qū)域起弧，且不要靠近間隙處，等送絲后再向焊縫中心移動(dòng)。

3 結(jié)束語

本文給出了窄間隙自動(dòng)焊主管道施工過程中常見問題的解決措施，以期為保障后續(xù)窄間隙工藝的順利實(shí)施提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

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[2]黃厚坤，張輝.900 MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2005.

〔編輯：張思楠〕