压水堆核电站主管道窄间隙自动焊用焊丝研究.docx

压水堆核电站主管道窄间隙自动焊用焊丝研究摘要：焊接填充材料不仅影响焊接过程的稳定性、焊接接头的性能和质量同时也影响焊接效率。压水堆核电站建设中主管道传统手工焊接用的填充材料是ER316L该材料焊接性能稳定易于操作。主管道窄间隙自动焊采用窄间隙坡口和单层单道焊接技术该工艺需要焊丝具有更好的熔池流动性和更高的纯净度以保证焊缝成形质量该文就上述要求对自动焊专用焊丝进行研究。关键词：核岛安装主管道自动焊焊丝中图分类号：TG404文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）12（a）-00-02核电站主管道是连接核岛主设备的大厚壁承压管道是核电站的“主动脉”其焊接质量直接影响电站的安全运行。采用传统手工电弧焊进行主管道焊接时每个焊缝需要两名优秀焊工同时焊接35d完成工作量大、劳动强度高、施工环境恶劣。目前我国核电建设已进入快速发展时期传统手工焊工艺已难适应核电批量化建设需求采用高效稳定的窄间隙自动焊技术是必然趋势。另外我国部分在役电站已运行近20年正面临主设备维修和更换问题自动焊技术在强辐射环境下实施作业具有不可替代的优势。因此在主管道焊接中引入自动焊技术非常必要相应焊丝的研究和开发同样关键。1自动焊工艺特点1.1窄间隙坡口相比传统手工焊坡口自动焊窄间隙坡口具有可减小焊接的残余应力和变形、提高焊接接头质量、减少焊缝金属的填充量、降低生产成本和提高生产率等优势。但窄间隙坡口由于坡口角度较小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高的区域。图1手工焊和自动焊坡口图对比1.2单层单道焊接工艺该工艺具有生产效率高适合大厚壁管道焊缝搭接处不平整容易出现未熔合、气孔等缺陷。图2单层单道焊接工艺2自动焊焊丝研究自动焊在焊接工艺、焊接材料和检测技术等均与手工焊存在较大差异同时我国现行核电建设标准对自动焊的相关技术标准尚未明确焊接配套设备、工艺参数、焊材和检测技术等需进行开发、改进和完善。核电建设中主管道传统焊接中采用的填充材料是ER316L该材料焊接性能稳定易于操作。主管道窄间隙自动焊采用窄间隙坡口和单层单道焊接技术该工艺需要焊材具有更好的熔池流动性和更高的纯净度以保证焊缝成形质量因此需对ER316L焊材组成进行调整以适应自动焊工艺要求。由于主管道中的工作介质高温、高流速和强辐射等特点主管道自动焊焊丝除了要求熔池流动性好外还需要综合考虑其它元素含量对其焊缝质量的影响如：磷元素（P）：P在焊缝中是一种有害元素。在熔池快速结晶时P易发生偏析且分布于晶界减弱了晶粒间的结合力同时它本身既硬又脆。这就增加了焊缝金属的冷脆性即冲击韧性降低脆性转变温度升高。P元素在奥氏体不锈钢焊缝中还能促使形成结晶裂纹因此需限制焊材中P的含量；硫元素（S）：S在熔池结晶时容易发生偏析分布与晶界从而增加了焊缝金属产生结晶裂纹的倾向同时还会降低冲击韧性和抗腐蚀性；铜元素（Cu）：Cu在焊缝中可提高强度和韧性也能提高抗大气腐蚀性能。但是Cu在焊接时容易产生热脆Cu含量高塑性显著降低且对焊材的可焊性也有不利影响；钴元素（Co）：由于主管道工作介质属于强辐射环境为减少辐射影响需要降低焊材中的Co元素含量；硼元素（B）：焊缝中含微量的B可以改善焊缝的致密性提高强度。但是B对可焊性非常不利一般要求奥氏体不锈钢中不加B；硅元素（Si）：Si含量提高可以降低熔滴金属的表面张力使熔滴颗粒变细更容易实现喷射过度使电弧变得更稳定。根据上述分析在自动焊焊材开发过程通过提高焊丝中Si含量可以降低熔滴金属的表面张力使熔滴颗粒变细更容易实现喷射过度使电弧变得更稳定同时还能改善熔滴金属的湿润性从而增加了熔池流动性减少产生未熔合缺陷的风险。同时为了保证主管道的焊接质量除了改变焊丝中Si含量外还调整了其他相关化学元素组分开发出与窄间隙自动焊技术相匹配的316S93（N）CMIDISPOOL焊丝。3工艺匹配性试验3.1热裂纹试验焊丝中提高Si元素含量有可能增加焊缝的热裂纹倾向的概率。因此需要在焊接过程中模拟现场产品拘束状态并在焊接过程中实施层间PT和在最终焊缝上进行金相检测等方式来检验焊缝是否存在热裂纹。在焊接过程中我们将线能量和层间温度均保持在参数的上限。另外我们通过增加配重模拟焊接过程中的拉应力来模拟现场实际产品的焊接过程。在焊接过程中对试验管道进行配重以模拟产品焊接过程的拘束状态增加热输入以增大焊缝的热裂纹倾向在焊接过程中实施分层液体渗透检测（PT）和在最终焊缝上进行1