核反应堆压力容器主要焊接方法研究.docx

核反应堆压力容器主要焊接方法研究摘要：本文主要介绍了核反应堆压力容器关键部件所采用的焊接方法焊接工艺流程及特点。核反应堆压力容器主体是由低合金高强度钢（16MND5）锻件组焊而成的高压容器在焊接过程中所采用的焊接方法主要包括：带极电渣堆焊（ESW）或带极埋弧堆焊（SAW）、窄间隙埋弧自动焊（NSAW）等。关键词：压力容器；焊接；焊接方法1前言在核反应堆压力容器的制造过程中焊接是至关重要的一个环节焊接质量的好坏直接影响到整个核电站系统运行的安全因此对核反应堆压力容器的焊接质量要求非常高。目前质量可靠的带极带极电渣堆焊（ESW）或带极埋弧堆焊（SAW）技术以及窄间隙埋弧自动焊（NSAW）技术广泛应用于核反应堆压力容器的焊接中[1]。为了防止高温水对容器内壁的腐蚀在内表面堆焊具有耐蚀性能的奥氏体不锈钢通常采用带极电渣堆焊（ESW）或带极埋弧堆焊（SAW）；由于核反应堆压力容器的壁厚比较厚直径比较大故主环焊缝的组焊通常采用焊接效率高、焊接质量稳定的窄间隙埋弧自动焊（NSAW）下面分别介绍了带极堆焊（ESW与SAW）和窄间隙埋弧自动焊（NSAW）这两种焊接方法的焊接材料焊接特点以及焊接工艺流程。2带极电渣堆焊（ESW）和带极埋弧堆焊（SAW）由于带极堆焊熔敷效率高熔深浅堆焊层表面光滑、平整、美观且质量稳定便于机械化和自动化操作因此大面积堆焊常采用这种焊接方法其局限性是只适用于在平焊位置进行焊接。核反应堆压力容器在制造过程中主要采用带极电渣堆焊（ESW）或带极埋弧堆焊（SAW）的焊接位置包括：反应堆压力容器的筒体内壁堆焊上、下封头内壁堆焊顶盖法兰以及进出口接管内壁堆焊下封头过渡段的内壁堆焊等。2.1堆焊工艺及材料反应堆压力容器的大面积堆焊主要采用带极电渣堆焊也可以采用带极埋弧堆焊。堆焊层的首层（过渡层）通常采用富含铬元素的E309L焊带其余层堆焊采用E308L进行堆焊焊材通常选用30×0.5mm以及60×0.5mm等规格的焊带并选择与之相匹配的焊剂。带极堆焊示意图如图1所示：在焊接过程中为了保证堆焊质量对待堆焊表面的清洁度以及焊接过程中的周围环境进行严格控制并对堆焊层之间的搭接处进行打磨处理严格控制层间温度。当带极宽度超过60mm后焊道由于磁偏吹的影响焊道两侧容易造成咬边因此带极堆焊时应配备磁控装置以避免其影响。堆焊的主要焊接参数为：焊带规格：30×0.5mm焊接电流：400～600A焊接电压：26～32V焊接速度：160～220mm/min极性DC/RP；焊带规格：60×0.5mm焊接电流：650～900A焊接电压：26～32V焊接速度：160～220mm/min极性DC/RP。此外焊接位置采用平焊位置焊带在焊接过程中不摆动每层需多道焊接。2.2堆焊工艺流程在反应堆压力容器内壁大面积不锈钢堆焊的过程中要对各个工艺环节（包括热处理温度）严格控制保证最终堆焊的质量满足要求。堆焊工艺流程如下所示：焊接准备装配VT/DT/PT待堆焊表面预热309L堆焊ISR308L堆焊后热VT/DT砂轮打磨PT/UTPWHT交检。堆焊结束后对堆焊层进行VT/DT/PT/UT检验应确保焊道成型均匀无夹渣、咬边、气孔等缺陷最终检测结果应为合格。3窄间隙埋弧自动焊（NSAW）窄间隙埋弧自动焊（NSAW）在焊接厚壁的组焊坡口方面具有焊接效率高焊接质量好焊接环境好等优点。同时窄间隙自动焊设备具有横向和高度方向自动跟踪的功能能够精确地控制焊丝导电系统在坡口内相对于焊接位置的准确性保证了焊缝侧壁的熔合性还能有效的降低焊接接头的残余应力与变形减少合金元素的烧损提高焊接接头综合力学性能。在核反应堆压力容器在制造过程中主要采用窄间隙埋弧自动焊（NSAW）的焊接位置包括：上封头与顶盖法兰顶盖法兰与容器法兰接管段容器法兰接管段与堆芯筒体组焊堆芯筒体与下封头过渡段组焊下封头过渡段与下封头环缝的组焊。3.1窄间隙埋弧自动焊的工艺及材料反应堆压力容器的主环缝的焊接技术要求高返修难度大通常采用窄间隙埋弧自动焊的焊接方法进行组焊。焊丝通常采用直径为Ф4mm的低合金钢焊丝焊剂采用与焊丝相匹配脱渣性好的烧结型焊剂坡口形式通常采用单U或双U形坡口坡口角度通常为1°坡口示意图如图2所示。若采用双U形坡口一般先在外侧进行定位焊而后进行内侧窄间隙埋弧焊接待清根结束后再进行外侧窄间隙埋弧焊接。在焊接过程中最好能一次完成焊接防止由于起弧和收弧导致的焊接缺陷焊接过程中在焊道表面存留的焊渣需要及时清理避免焊道搭接处出现夹渣缺陷。主环缝焊接的主要焊接参数为：焊丝直径：4mm；焊接电流（A）：450-600