反應(yīng)堆壓力容器驅(qū)動(dòng)管座和上封頭密封焊接

反響堆壓力容器驅(qū)動(dòng)管座和上封頭密封焊接彭乃康1反響堆壓力容器RP〕是核反響堆的主要承壓設(shè)備。百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電站CPR100〕RPV反響堆壓力容器驅(qū)動(dòng)管座和上封頭密封焊接彭乃康1反響堆壓力容器RP〕是核反響堆的主要承壓設(shè)備。百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電站CPR100〕RPV設(shè)計(jì)有61個(gè)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)CRD〕管座，4個(gè)熱電偶管座均勻分布在上封頭，通過(guò)密封焊接方式和上封頭相連接。CRDM管座與上封頭連接部位的材料為鎳基合金，鎳基合金在高溫水中具有很低的腐蝕率和優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕裂紋的性能，焊，密封焊縫用手工電弧焊和手工氬弧焊。另外，在J型坡口隔離層堆焊前，在J型坡口外圓邊界用不銹鋼焊條堆焊臨時(shí)焊道。采用性能良好的焊接材料，合理的焊接工藝參數(shù)和輔助措施是保證焊接質(zhì)量的前提。材料的性能參數(shù)1。上封頭的材料為16MND5低合金鋼鍛件，CRDM管座和上封頭連接部位材料為NC30Fe鎳基合金鍛件見(jiàn)表。不銹鋼支撐焊道采用E308L,覫4m焊條；密封焊前三層采用ENiCrFe-7,覫3.2m焊條，隔離層及密封焊其余層采用ENiCrFe-7,覫4m焊條，密封焊蓋面采用ERNiCrFe-7，覫0.9m焊絲見(jiàn)表。CRDM管座的焊接難點(diǎn)主要表達(dá)在3個(gè)方面：〕屬于異種金屬焊接接頭；〕焊接材料為焊接性很差的鎳基合金焊材，焊接時(shí)容易出現(xiàn)熱裂紋、氣孔、夾雜等缺陷]；〕由于管座和上封頭焊接坡口形式為J型坡口，在焊接過(guò)程中，熔覆金屬冷卻時(shí)產(chǎn)生的收縮力在J型坡口上、下位置產(chǎn)生力矩，導(dǎo)致管座產(chǎn)生變形。施焊過(guò)程中，接頭的坡口形式、焊接工藝方法和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、焊接材料的選擇、輔助措施的應(yīng)用及焊工的操作水平都對(duì)焊接質(zhì)量有影響。CRDM管座和上封頭密封焊接主要包括兩個(gè)部分，一局部是J型坡口鎳基合金隔離層堆焊，另一局部是密封焊縫。J型坡口隔離層堆焊用手工電弧焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)2根據(jù)產(chǎn)品接頭的結(jié)構(gòu)形式、材料類型、焊接工藝方法標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，按照RCC-M標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。工藝評(píng)定試驗(yàn)分兩部分，一是16MND5試板和鎳基合金試板對(duì)接見(jiàn)1.中國(guó)第一重型機(jī)械集團(tuán)大連加氫反響器制造公司助理工程師，遼寧大連11600047年第3總3〕CFHI摘要：介紹一種符合反響堆壓力容器密封焊接技術(shù)條件要求的焊接工藝評(píng)定方法，分析實(shí)際產(chǎn)品焊接過(guò)程中的主要難點(diǎn)和采取的工藝措施，為以后同類產(chǎn)品焊接提供參考。關(guān)鍵詞：反響堆壓力容器；密封焊；工藝措施中圖分類號(hào)：TL351.6；TG444文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1673-33552021〕03-0016-03SealingWeldingBetweenCRDMAdaptorandTopHeadofRPVPengNaikangAbstrac:TheartclepresentaweldngprocedurethatmeetsthetechncalspecfcatonofRPVsealngweldnganddscussesthemandffcultesencountereddurngactualweldngoperatonandtechnologcalmeasurestakenforthat,whchcanofferthereferenceforsmlarproductweldngnfuture.Keywords:reactorpressurevessel(PRV)；sealweldng；technologcalmeasures一重技術(shù)熱加工表116MND5和NC30Fe鍛件化學(xué)成分材料牌號(hào)CSiMnP16MND5(%)0.16~2.220.10~0.301.20~0.60≤0.008NC30Fe(%)0.01~0.04≤0.05≤0.05≤0.015材料牌號(hào)SNiCrCu16MND5(%)≤0.0050.50~0.80≤0.25≤0.08NC30Fe(%)≤0.010≥58.0028.00~31.00≤0.501—隔離層；2—對(duì)接焊縫。圖1對(duì)接試板材料牌號(hào)AlCoMoV表3對(duì)接焊縫焊接標(biāo)準(zhǔn)16MND5(%)≤0.04≤0.030.43~0.57≤0.01 焊接位置焊接方式預(yù)熱〕焊接電流〕層間溫度〕NC30Fe(%)≤0.50≤0.10--極性后熱材料牌號(hào)FeTi16MND5(%)--對(duì)接焊縫手工電弧焊NC30Fe(%)8.00~11.00 ≤0.05 不預(yù)熱無(wú)90~160DC/P≤100表2鎳基合金焊條和焊絲化學(xué)成分材料牌號(hào)CSiMnP16MND5(%)≤0.045≤0.065≤5.00≤0.020NC30Fe(%)≤0.040一重技術(shù)熱加工表116MND5和NC30Fe鍛件化學(xué)成分材料牌號(hào)CSiMnP16MND5(%)0.16~2.220.10~0.301.20~0.60≤0.008NC30Fe(%)0.01~0.04≤0.05≤0.05≤0.015材料牌號(hào)SNiCrCu16MND5(%)≤0.0050.50~0.80≤0.25≤0.08NC30Fe(%)≤0.010≥58.0028.00~31.00≤0.501—隔離層；2—對(duì)接焊縫。圖1對(duì)接試板材料牌號(hào)AlCoMoV表3對(duì)接焊縫焊接標(biāo)準(zhǔn)16MND5(%)≤0.04≤0.030.43~0.57≤0.01 焊接位置焊接方式預(yù)熱〕焊接電流〕層間溫度〕NC30Fe(%)≤0.50≤0.10--極性后熱材料牌號(hào)FeTi16MND5(%)--對(duì)接焊縫手工電弧焊NC30Fe(%)8.00~11.00 ≤0.05 不預(yù)熱無(wú)90~160DC/P≤100表2鎳基合金焊條和焊絲化學(xué)成分材料牌號(hào)CSiMnP16MND5(%)≤0.045≤0.065≤5.00≤0.020NC30Fe(%)≤0.040≤0.50≤1.00≤0.020材料牌號(hào)SNiCrNb+Ta余量16MND5(%)≤0.00828.00~31.501.20~2.20余量NC30Fe(%)≤0.00828.00~31.50≤0.10材料牌號(hào)CuAlCoMo16MND5(%)≤0.50≤0.50≤0.020≤0.50NC30Fe(%)≤0.10≤1.10≤0.06≤0.50材料牌號(hào)NFeTi圖2邊緣位置實(shí)測(cè)16MND5(%)8.00~12.00≤0.50NC30Fe(%)≤0.0308.00~12.00≤0.50圖。隔離層采用ENiCrFe-7覫4mm焊條施焊。對(duì)接焊縫采用手工電弧焊ENiCrFe-7覫4mm鎳基焊條和手工氬弧焊ERNiCrFe-7覫0.9mm鎳基焊絲，用平焊位和橫焊位分別施焊。隔離層焊后進(jìn)行595℃~620℃×29hrs消應(yīng)力熱處理見(jiàn)表。二是模擬實(shí)際產(chǎn)品上封頭CRDM管座中心位置和邊緣位置焊接接頭形式見(jiàn)圖2、圖。J型坡口隔離層堆焊前在不銹鋼堆焊層上用不銹鋼焊條E308L焊接臨時(shí)支撐焊道，以防止鎳基焊材向不銹鋼308L上過(guò)渡合金成分，完成管座焊接后，打磨消除該臨時(shí)焊道。然后，J型坡口密封焊前3層用ENiCrFe-7覫3.2mm焊條打底焊接，之后用ENiCrFe-7覫4mm焊條焊接至與不銹鋼堆焊層平齊，焊接過(guò)程中每焊三層進(jìn)行一次滲透探傷，最后用手工氬弧焊ERNiCrFe-7覫0.9mm焊絲進(jìn)行角焊縫焊接，角焊圖3中心位置縫的焊趾和焊腳位置應(yīng)平滑過(guò)渡，滿足技術(shù)條件要求見(jiàn)表。焊接完成后分別進(jìn)行100%滲透探傷和超聲波探傷。3 主要問(wèn)題及措施3.1 焊接難點(diǎn)及工藝措施驅(qū)動(dòng)管座與上封頭密封焊接焊縫和隔離層組織48年第3總3〕CFHI對(duì)接 手工不預(yù)熱80~160DC/SP 無(wú) ≤100焊縫 TIG隔離層 150~19090~160DC/P250~400×4h≤225熱加工CFHITECHNOLOGY表4模擬J型坡口焊縫焊接標(biāo)準(zhǔn)3.2 焊接變形及預(yù)防措施鎳基合金微觀組織為奧氏體，線膨脹系數(shù)大，所以焊接過(guò)程中變形量較大。如前言所述，由于J型坡口不對(duì)稱，并且管座管壁較薄，焊接過(guò)程中管座容易產(chǎn)生彎曲變形和縮頸。控制焊接變形的措施如下：〕采用小熱輸入量進(jìn)行焊接，盡量采熱加工CFHITECHNOLOGY表4模擬J型坡口焊縫焊接標(biāo)準(zhǔn)3.2 焊接變形及預(yù)防措施鎳基合金微觀組織為奧氏體，線膨脹系數(shù)大，所以焊接過(guò)程中變形量較大。如前言所述，由于J型坡口不對(duì)稱，并且管座管壁較薄，焊接過(guò)程中管座容易產(chǎn)生彎曲變形和縮頸?？刂坪附幼冃蔚拇胧┤缦拢骸巢捎眯彷斎肓窟M(jìn)行焊接，盡量采用表3中的工藝標(biāo)準(zhǔn)下限，以減小焊接應(yīng)力；〕采用合理的焊接順序，底部焊道對(duì)稱焊接，多道焊從管座根部向外焊接，使焊道自由收縮，將剩余應(yīng)力降低到最低限度；〕使用專用工裝固定管座，對(duì)外側(cè)管座預(yù)先施加一定量的反變形，焊接時(shí)采取對(duì)稱焊接，每焊接兩層或三層檢測(cè)一次，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整工裝松緊度；〕采用水冷裝備，在減少焊接應(yīng)力和變形的同時(shí)，減少焊接熱裂紋。預(yù)熱〕焊接電流〕層間溫度〕焊接位置極性后熱密封焊前3層不預(yù)熱無(wú)80~120DC/P≤100密封焊其余層不預(yù)熱無(wú)90~160C/P≤100角焊縫不預(yù)熱80~140C/SP無(wú)≤100為單相奧氏體組織，在基體晶粒和晶界處分布少量碳化物顆粒富Cr碳化，隔離層組織為細(xì)長(zhǎng)的柱狀晶，方向垂直于熔合線，焊縫區(qū)為樹(shù)枝狀晶。因此焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)如晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、熱裂紋、焊縫脆化等缺陷。由于鎳基合金固液相溫差小，流動(dòng)性偏低，導(dǎo)熱性差，并且焊接過(guò)程中Ni元素能與P、S、Pb、Al或低熔點(diǎn)物質(zhì)形成脆性相，所以鎳基合金焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生熱裂紋和氣孔。預(yù)防措施：〕焊前應(yīng)將坡口及坡口周邊油污、水分和其它雜質(zhì)清理干凈，尤其要去除外表氧化層，以免產(chǎn)生未熔合；〕采用較小的線能量焊接，層間溫度小于100℃；在保證熔合良好的情況下盡量選用較小的焊接電流，較低的電弧電壓和較快的焊接速度；〕焊縫外表均勻平整，無(wú)局部凹凸不平存在，以防止由于局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。鎳基合金焊縫成形以均勻凸起的自然成形為好]；〕采用短弧焊，小面積焊道窄焊，不擺動(dòng)施焊，以減少氣孔的產(chǎn)生；〕密封焊接時(shí)，為防止污染，每焊一道都要將渣殼及時(shí)去除出坡口，每道焊道的引弧和收弧位置都要用風(fēng)銑清理干凈，每3層做一次PT探傷，確保外表無(wú)缺陷后結(jié)語(yǔ)4通過(guò)采用以上措施，實(shí)際產(chǎn)品焊接時(shí)，CRDM管座的變形量均在技術(shù)要求范圍之內(nèi)。可以看出，采用以上介紹的工藝措施后，上封頭和驅(qū)動(dòng)管座密封接頭的焊接質(zhì)量可以滿足技術(shù)條件要求，但是，采用防變形工裝可能會(huì)使管座有微小變形，操作時(shí)應(yīng)注意控制。參考文獻(xiàn)[1]楊志鵬