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反应堆压力容器接管与安全端焊缝技术研究郭天硕

发布时间：2021-09-09T06:16:49.378Z来源：《福光技术》2021年11期作者：郭天硕张哲
[导读]介绍核电站核岛一回路反应堆压力容器中接管与安全端焊接工艺的发展状况,讲述不同焊接材料，对比各种焊接方法的优缺点,结合
ASME和RSEM对接管与安全端焊缝的检验方法，提出目前存在的问题和改进建议。

国核示范电站有限责任公司威海

摘要：介绍核电站核岛一回路反应堆压力容器中接管与安全端焊接工艺的发展状况,讲述不同焊接材料，对比各种焊接方法的优缺点,
结合ASME和RSEM对接管与安全端焊缝的检验方法，提出目前存在的问题和改进建议。

关键词：反应堆压力容器；安全端焊缝；焊接方法

1.引言

接管与安全端焊缝为反应堆压力容器的承压焊缝，其焊接质量的高低影响反应堆压力容器在役期间的安全性，并且该焊缝采用的焊接
方法为反应堆压力容器制造过程中的关键性技术，焊接过程中焊接设备、焊接人员、焊接环境等因素导致焊缝出现缺陷，因此施焊过程中
不仅需要采用合适的焊接规范参数，还需要确保焊接设备与人员的稳定性。

进、出口接管与安全端组件中的安全端为奥氏体不锈钢，具有导热系数小，线膨胀系数较大，焊接过程中有较大的焊接应力，如果焊
接材料和焊接工艺选择不当，会产生缺陷影响焊缝质量。

2.焊接材料的选择

接管与安全端接头为低合金钢与不锈钢异种钢焊接接头，材料选用和焊接存在较大难度。目前不同的设计方对安全端焊缝材料的选择
不同，主要有镍基材料和不锈钢材料两种，与此相对应在焊接时采用的具体方法也有不同。

2.1不锈钢材料

M310机组反应堆压力容器管嘴与安全端异种金属焊缝规格为：进水管规格约为φ910mm×106.1mm；出水管规格约为
φ950mm×107.1mm，材质为16MND5/Z2CND18.12N2。

M310机组是按照RCC-M标准设计，其反应堆压力容器一般是在低合金管端堆焊超低碳不锈钢隔离层，再与不锈钢安全端对接。在低
合金钢接管上堆焊不锈钢隔离层（309L+308L），将使安全端与接管由异种钢焊缝变成同种金属的焊接，有效降低焊缝稀释率和消除热膨
胀系数差异大等问题。

不锈钢材料焊接难度比镍基合金小，并且不锈钢母材和焊材中的P、S等杂质元素含量控制在较低水平，有效避免了热裂倾向；不锈钢
材料焊接接头属低强匹配，接头强度较母材低。当然，不锈钢材料焊接时也需控制焊接过程中的清洁度，避免气孔等缺陷的产生。

反应堆压力容器本体16MND5低合金钢；蒸汽发生器壳体18MND5低合金钢；稳压器壳体16MND6低合金钢。16MND5/18MND5是
法国RCC-M中的两个钢种，对应的ASME牌号为SA533GRBCL2，主要用于制作核电工程中蒸发器、稳压器、压力容器筒体及封头、支
撑构件。目前国内绝大部分依赖于进口，价格昂贵，且交货期较长。

16MND5和18MND5为锰钼镍低合金钢，这两种材料化学成分相近，强度上略有差别。空冷的情况已经可以使表面产生贝氏体组织，
但由于核电用钢的厚度通常很大，因此为组织均匀性，采取淬火+回火的热处理工艺是为保证心部形成回火贝氏体，表面形成回火马氏体
组织。

压水堆核电站一回路工作压力通常在15MPa左右，工作温度在350度左右因此对16MND5和18MND5这类使用在一回路上的钢要求
有足够的热强性，细晶强化不再是首选强化方式，加入的Mo、Mn和少量的Cr有助于钢的热强性。由于一回路中存在放射性物质，如热
中子，这类物质的辐照效应将显著的提高脆性转变温度，加入Ni主要为了降低脆性转变温度，提高低温韧性。

2.2镍基材料

AP1000机组按照ASME标准设计的反应堆压力容器一般是在低合金管段采用镍基合金焊材堆焊隔离层，再与不锈钢安全端对接。镍
基合金能抑制低合金钢一侧熔合区碳的扩散，使扩散层减薄，焊缝冲击韧性得到提高，并且镍基合金焊缝金属的热膨胀系数与低合金钢相
近，可有效减少接头的热应力，因此选用镍基材料连接接管和安全端是合适的。
但是镍基合金本身焊接难度较大，有较大的热裂倾向，存在应变时效裂纹，容易产生气孔和夹渣，在异种钢的焊接过程中其接头强度
有所降低等。

镍基材料对焊前清理和焊接过程中的保护要求也很高，坡口表面及焊接区如有涂料，油污等杂物，不但会使焊缝金属中溶入C、S、
P、Pb等元素，引发热裂纹，使耐腐蚀性变差，而且还会破坏熔池的保护气氛，形成难溶氧化物、气孔、夹渣等缺陷，而坡口及焊件表面
的氧化物则会形成夹渣和使焊缝成型不良等，所以必须进行彻底清理。

3.焊接工艺的选择

3.1安全端异种钢焊接

安全端异种钢焊接接管隔离层镍基合金热丝TIG堆焊，接管安全端焊接：无隔离层窄间隙热丝GTAW。

特点：接