一种压水堆核电站主管道窄间隙自动焊焊缝超声检测技术.docx

一种压水堆核电站主管道窄间隙自动焊焊缝
超声检测技术

朱德才刘以亮李予卫
（中广核工程有限公司，广东深圳518000）

TheultrasonicexaminationtechniqueofmaincoolantpipelinesautomaticweldinPWR
ZhuDecai;LiuYiliang;LiYuwei
（ChinaNuclearPowerEngineeringCompany,ShenzhenofGuangdongProv.518000,China）

Abstract：Theprimaryequipmentslikethereactorstressvessel,steamgeneratorandreactorcoolantpumpsareconnectedbythemaincoolantpipelines(MCL).TheMCListhebiggestandthicknesspipelineinthenuclearislandofPWR,theweldingqualityofMCLweldsiscriticaltonuclearreactors．TheMCLbasemetalisaustenitic-ferritestainlesssteelformedbycase,itsinternalstructurecontainscoarsecolumnarcrystalandanisotropy.SotheultrasonicinspectionisnotquirevalidfortheMCLweldsandaccordingtothedesignrequirementtheMCLmanualweldsdonotneedultrasonictest(UT).ButwiththeapplicationofnarrowgapautomaticweldingtechniqueinMCLwelding,theUTinspectionfortheweldnowisrequiredinordertoguaranteethequalityofthewelds.
Keywords：Primarycoolantpipe；Automaticwelding；Stainlesssteel；Ultrasonicexamination

摘要：压水堆核电站主管道是连接核岛主设备的大管径、大厚壁承压管道，主管道母材由奥氏体-铁素体不锈钢材料铸造而成，其内部组织包括粗大柱状晶且具有各向异性的特点。因此，主管道焊缝实施超声检测技术难度很大，传统主管道手工焊焊缝不要求进行超声检验，也没有大厚壁铸造奥氏体-铁素体不锈钢焊缝的超声检测验收标准。随着窄间隙自动焊技术在核电站主管道安装中的应用，根据窄间隙自动焊工艺特点，为保证主管道焊接质量，需要在主管道自动焊焊缝中增加超声检验以验证焊
缝质量。

关键词：主管道；自动焊；不锈钢；超声检测

0前言
压水堆核电站主管道由奥氏体-铁素体不锈钢材料（Z3CN20.09M）离心和静态铸造而成，它是联接核岛主设备的管道，属于一回路压力边界。主管道外径范围为828mm-976mm，厚度范围为66mm-98mm，属于大厚壁、大管径的铸造不锈钢材料。主管道焊接是核岛安装过程中的关键环节，具有工序流程逻辑性强、工期紧张、焊接工作量大、焊接应力及变形控制要求高等特点。随着核电批量化建设和安装质量要求的提高，窄间隙自动焊技术开始应用于核电主管道安装中，为保证主管道焊接质量，国内外监督机构要求对主管道自动焊焊缝增加超声检测以验证其焊缝质量。
由于铸造奥氏体-铁素体不锈钢材料的晶粒组织不均匀，且存在的粗大柱状晶，其内部组织的各向异性更加严重。这种粗大组织对于超声波具有强烈的衰减作用，导致采用超声波检测时灵敏度变化大。另外，粗大组织也会引起强烈散射声波的叠加及波型转换，导致假信号出现，其各向异性对声波有扭曲作用，严重影响缺陷大小的测量及定位。因此，核电站主管道自动焊焊缝超声检验存在很多技术上的难点。
1主管道自动焊焊缝特点
压水堆核电站主管道窄间隙自动焊是一项先进的焊接技术，采用全位置脉冲GTAW焊接工艺，相对传统手工TIG打底和电弧焊（SMAW）填充的组合工艺，窄间隙自动焊具有焊缝成形好、焊接质量稳定、生产效率高等优势。主管道窄间隙自动焊的显著特点如下：
1.1窄间隙坡口
相对传统手工焊宽坡口，窄间隙坡口不但可减少焊接残余应力和变形，同时减少了焊缝金属的填充量，降低生产成本，提高生产率。但是窄间隙坡口由于坡口角度较小，坡口两侧基本处于垂直状态，因此在焊接过程中，坡口侧壁是发生未熔合概率最高的区域。

图1手工焊和自动焊对比

Fig.1Thecompareofmanuallyandautomaticallywelding