核电站主回路大厚度不锈钢管道的焊接
焊接 2004(4)
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核电站主回路大厚度不锈钢管道的焊接
广东火电工程总公司(广州市 510730) 赖寿祝
摘要 简要介绍了核电站主回路大厚度不锈钢管道的焊接工艺,在核电站建设中,接触高温强腐蚀或化学强腐蚀介质的管道常用奥氏体不锈钢制造。核电站主回路中的介质含有高放射性物质,焊接质量的好坏将直接影响到机组的安全运行。
关键词: 核电站 不锈钢 厚壁大管 焊接工艺
WELDINGOFBIGTHICKNESSSTAINLESSSTEELPIPINGOF
MAINLOOPSINNUCLEARPOWERSTATIONGuangdongPowerEngineeringCorporation LaiShouzhu
Abstract
Inthispaper,theweldingprocedureofthebigthicknessstainlesssteelpipingofmainloopsinnuclearpower
stationassemblieswasbrieflyintroduced.Inthebuildingofnuclearpowerstation,thepipingofbigthicknessausteniticstainlesssteelwasusedtoresisthightemperaturecorrosionorseverechemicalcorrosion.Becausethemediumsinmainloopshadhighra dioactiveelements,theweldingqualityofmainloopswoulddirectlyaffectsafeoperationofassemblies.
Keyword: nuclearpowerstation, stainlesssteel, bigthicknesspiping, weldingprocedure
0 前 言
压水堆型核电站由核岛(NI)、常规岛(CI)和BOP三部分组成。由于载热剂需直接流过反应堆的堆芯,
含有高放射性物质,且是中温高压的介质(T=320 ,P=15.5MPa),一旦发生泄漏,将会对人的身体健康、生态环境等产生严重的危害,后果不堪设想。因此,对主回路大厚度不锈钢管道的焊接质量和工艺要求十分严格,是核岛管道安装焊接中最重要的部分,直接关系到机组的安全运行。1 焊口情况
一台机组不锈钢管道安装焊口共有24个,2台机组共有焊口48个,焊口的材质、规格、数量和焊接位置见表1。
主回路不锈钢管道的材质为Z2CND18-12N和Z3CN20-09M两种,均为法国钢种,其化学成分见表2。这两种钢材均属于Cr-Ni奥氏体不锈钢,碳含量很低。奥氏体不锈钢具有良好的焊接性,不易产生冷裂纹,但
由于奥氏体不锈钢的导热性较差,线膨胀系数较大,这就导致在焊接过程中会产生较大的焊接应力,如果焊接材料或焊接工艺选择不当,会产生晶间腐蚀和热裂纹等缺陷,影响焊缝的质量。
表1 焊口参数
直径d/mm
828873924924967.4976
厚度 /mm
666968.568.59095.7
焊口数量/个
12666612
焊接位置5G5G2G5G2G6G
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表2 Z2CND18-12N和Z3CN20-09M的化学成分(%)
钢材牌号Z2CND18-12NZ3CN20-09M
C!0.02!0.03
Cr16~1916~19
Ni11~148~10
Mo1.8~2.51.8~2.5
N!0.25!0.25
S!0.03!0.03
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P!0.035!0.035
2 焊接工艺
(1)不锈钢管道安装时,为防止对不锈钢产生任何污染,所使用的工器具如钢丝绳、倒链、砂轮片及刷子等都必须是专用工具,不得与碳钢或铁素体钢相接触。
(2)加工均匀的U形坡口,在每个主回路中,除了一个焊口的坡口需在现场加工外,其余的坡口由供货厂家加工好。
(3)对口前用不锈钢专用砂轮片,将两侧坡口内外侧不小于20mm范围内的油、污物清理干净,露出金属光泽。经着色检验合格后,再用丙酮和酒精擦拭1~2遍,方可开始对口。对口时,采用TIG定位焊将6~8块不锈钢圆柱均匀分布固定在坡口内,焊丝和焊接参数与正式施焊时相同,同时要保证内壁齐平,错口值不得
大于0.5mm,钝边为0.5~1mm,间隙为1~4mm。(4)打底层的焊丝选用ThermanitGE316L(瑞典)焊丝,相当于ER316L(美国)焊丝;填充和盖面选用OK63.25N(瑞典)焊条,相当于E316L-15(美国)焊条。焊条、焊丝的化学成分见表3。焊条在使用前必须在200~250 烘干箱内烘干1h。必须用专用的焊条筒和焊丝筒领取焊条、焊丝。焊条筒必须通电保温,并扣好筒盖,焊条随用随取。用于钨极氩弧焊打底和背面充氩气保护的氩气纯度 99.99%。
(5)采用瑞典生产的逆变焊机,焊机型号为Aris totig255。这种焊机的最大特点是具有高频引弧功能,在TIG焊接时将起到很大的作用。此外,该焊机还具有性能好、电流调节灵活、尺寸小、重量轻等优点。
(6)背面充氩气保护。为避免焊缝根部出现过烧
P!0.030!0.025
S!0.020!0.025
Cr18.00~20.0018.00~20.00
Ni12.00~14.0012.00~14.00
Mo2.00~3.002.00~3.00
表3 ThermanitGE316L和OK63.25N的化学成分(%)
焊材牌号ThermanitGE316L
OK63.25N
C!0.030!0.035
Si!0.60!0.90
Mn1.00~2.50!2.50
(氧化),必须在管道内充氩气进行保护。在距坡口150
~200mm两侧用耐高温塑料进行封堵,其中一边留一个直径约10mm的小孔,以便排出管内的空气。在另一侧引两条氩气皮管往管内充氩气。坡口先用胶布封住,焊接时边拉开边焊。氩气流量为15~25L/min,充气10min,检查合格后开始打底层的焊接。
(7)采用手工钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊填充和盖面的焊接方法,焊接参数见表4。
氩弧焊打底时,采用两人对称分段退焊,间隔200
mm焊接100mm长焊缝。所有能焊到的部分都焊完后,用砂轮机除去不锈钢圆柱,边除边焊。为了减少危险温度范围(450~850 )的停留时间,均采用小热输入焊接,即小电流、快焊速。为防止出现裂纹,当温度!60 时,再焊一层,分两道,同样采用分步退焊法。临熄弧时,焊枪移动快一点,使弧坑逐渐缩小,熄弧后,焊枪不要离开熔池,让氩气继续保护焊缝5~8s(焊缝
表4 焊接参数
焊接方法TIGTIGSMAWSMAWSMAW
焊接材料ER316LER316LE316L-15E316L-15E316L-15
直径d/mm
1.61.62.53.24.0
电源极性直流正接直流正接直流反接直流反接直流反接
电流I/A50~150100~11050~8080~110120~155
焊接速度v/(mm min-1)80~100100~120120~16080~140100~160
氩气流量Q1/(L min-1)
8~128~12###
背面氩气流量Q2/(L min-1)
15~2510~155~10##
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口均需进行3次射线探伤,分别在焊缝厚度达到15%、50%和100%时进行。探伤之前,必须把焊缝表面打磨干净、平整,并经着色检验合格后方可进行射线探伤。两台机组48个焊口的射线探伤结果见表5。
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