一种核电不锈钢主管道焊接工艺研究

一种核电不锈钢主管道焊接工艺研究

李根

中国核工业第五建设有限公司上海市201512

摘要：通过对反应堆主冷却剂系统管道进行焊接工艺研究，运用GTAW+SMAW的焊接方法，采用ER316L+E316L-15焊材，进行实际规格尺寸工艺试验件的焊接，找寻主管道的焊接工艺参数。结果表明本次工艺试验件的性能满足设计要求，所得出的工艺试验参数可以用来指导主管道的现场安装施工。

关键词：核电主管道；GMAW+SMAW；焊接工艺；性能

一、前言

反应堆主冷却剂系统管道（简称主管道）是反应堆压力容器、蒸汽发生器和主冷却剂泵三大主设备的连接通道，不但管径大、管壁厚，组对要求高，焊接质量要求高（层间温度、焊接变形等的控制，防止焊缝金属氧化等，焊接过程中需不断调整焊接变形以实现管道另一焊口的组对），而且主管道的安装既要保证设备的水平度和垂直度，还必须考虑设备的热位移和焊接收缩量等因素。本次工艺试验的目的是为了验证所用焊接方法及焊接工艺参数，得到满足性能要求的焊接接头，为主管道的施工提供数据支持。

二、试验过程

1、试验用材料

本次工艺试验母材材质分别为ASMESA-451中的CPF8M和ASMESA-351中的CF8M，规格为Φ840×72.5，焊材采用ER316L（符合ASMESFA5.9要求）和E316L-15（符合ASMESFA5.4要求）；保护气体采用99.99%的氩气。

2、试验准备

本次工艺性能试验采用U型坡口，采用手工GTAW+SMAW的焊接方法，采用5G位置向上焊接的方法进行试验，按ASME标准进行试验。

3、焊接试验

1）组对及点固

组对焊口时，不允许强行对口，校正对接焊缝应采用静力顶压，必要时可用铜锤或包铜锤锤击，禁止用铁锤矫形，组对时对口错边量不得大于0.8mm，间隙控制在1.5-3.5mm，采用圆钢棒点焊定位，四个点固圆钢棒对称分布。

组对过程采用塞尺及焊检尺等控制组对参数，每点固焊完一个圆钢棒后，检查一次坡口组对参数，若内壁错边量或间隙超过设计要求，采用机械方法拆除圆钢棒，移位后再重新点固焊。圆钢棒全部点固焊完后对焊口的组对间隙和内错边量进行检查，符合要求时，进行下一步工作。

2）焊缝背面充氩

为了保证焊缝背面成型和焊缝质量，在主管道内部安装充氩保护装置，采用4瓶氩气同时充氩形成背面充氩保护区，直到焊缝熔敷金属大于5mm后方可停止充氩，充氩时应保证焊接区域里的空气被排除干净。

3）焊接

焊接采用GTAW+SMAW组合方式进行，打底焊采用手工钨极脉冲氩弧焊，焊丝型号为ER316L，规格为φ2.0mm，焊接时，一次焊透成形；第2～4层（2～9道）采用手工钨极氩弧焊焊接，焊丝型号为ER316L，规格为φ2.0mm；其它填充层采用手工电弧焊焊接，焊条型号为E316L-15，规格为φ3.2mm或φ4.0mm；盖面焊采用手工电弧焊焊接，焊条型号为E316L-15，规格为φ3.2mm。具体焊接工艺参数见表1。

每道焊缝焊接完毕，应仔细清理或打磨焊缝表面，不应有任何影响下道焊接的药皮、焊渣等杂物存在。焊接时应控制层间温度，当焊层层间温度低于≤170℃时才能焊接下一道焊缝。

4）焊接检测

每次检测前对焊缝进行打磨，去除焊纹，并使各位置焊缝金属厚度基本一致。焊接检测共进行3次：第一次检验时机为熔敷金属厚度δ≈9mm时，进行100%VT+100%PT+100%RT；第二次为熔敷金属厚度δ≈35mm时，进行100%VT+100%PT+100%RT；第三次为焊接完成后，进行100%VT+100%PT+100%RT。三次检测均一次性合格，焊缝内部无缺陷，焊接接头无损检测满足标准要求。

5）理化试验

本次工艺试验共进行8个项目的试验，以验证焊接接头的工艺性能是否满足相关要求，分别为：拉伸试验（常温、高温）、侧弯试验、冲击试验、晶间腐蚀试验、宏观检查、金相检查、焊缝金属铁素体含量测定。试验考虑厚度原因，参考标准分层进行，其中常温拉伸抗拉强度（共6个试样）在610-635Mpa之间，圆棒状常温拉伸抗拉强度（2个试样）为660Mpa和700Mpa，高温拉伸抗拉强度（共4个试样）在450-550Mpa之间，结果显示焊接接头的抗拉强度均满足标准要求；分层侧弯（共12个试样）均进行了180°弯曲，结果合格无缺陷显示；焊缝区冲击（共9个样）在65-120J之间，两侧热影响区冲击值均高于焊缝区，在180-240之间，冲击试验结果也符合标准要求；晶间腐蚀共进行8个试样，4个进行675℃+1h敏化处理，4个未进行敏化处理，进行了105°弯曲，结果均合格切满足要求。其他试验如铁素体含量、宏观检查、金相检查等结果均满足要求。

三、结论

本次焊接工艺试验所采用的焊材是满足要求的，使用ER316L+E316L-15的焊材焊接大厚壁不锈钢管材，能够获得满足要求的焊接接头

本次工艺试验所采用的GMAW+SMAW的焊接方法是可行的，切所运用的焊接参数被证明是可行的，焊接完成的焊接接头的无损性能和力学性能等是满足要求的。

四、本次工艺试验的参数是真实有效的，能用其指导现场管道安装的焊接施工。

参考文献：

[1]赵昌洙，不锈钢管道的焊接工艺。今日科苑，2007年22期

[2]杨兵兵，1Cr18Ni9Ti不锈钢管道对接水平固定组合焊接。热加工工艺，2007年07期

[3]汤顺意，1000MW核反应堆主回路管道焊接质量控制。焊接技术，2009年05期

[4]邓峰，压水堆冷却剂管道的安装焊接。中国核学会会议论文集，中国核学会2009年学术年会