核电厂核岛主设备制造焊接质量及其控制

郎雪琴 房永顺

摘 要：对于核电厂核岛主制造设备而言，其焊接质量对于其设备的整体质量具有重要的影响。本文主要是针对核岛主管道的焊接来对主设备的焊接质量进行了探讨和研究，并从焊接技术和焊接质量控制这两个角度对核岛主管道的焊接质量进行了控制，以及为提高我国核电厂核岛主设备制造焊接质量提供理论支持。

关键词：核岛；设备制造；焊接；质量控制

中图分类号：TG441 文献标志码：A

近年来，为有效提高我国核电厂主设备的质量，各设备制造厂商开始加大对设备制造过程中的各个环节进行质量控制力度，特别是对设备制造过程中的焊接质量进行管控。而作为核岛主设备的系统管道其焊接质量对于核岛设备的冷却具有重要的作用。本文主要以1000MW核电机组的核岛主管道焊接为例，对核岛主管道的焊接质量进行了讨论和研究，以期为核电厂核岛主设备制造焊接质量的提高提供理论支持。

1 窄间隙自动焊焊接技术分析

1.1 窄间隙自动焊焊接技术的焊接方法

对于核电站的建设而言，其主管道的制备对于整个核电站的安全运行具有重要的作用和影响，所以在该阶段对于焊接技术的要求也比较高。在传统的焊接工艺中，通常采用焊条焊接的方式来实现对焊接主管道的焊接，但是由于该工艺对于焊工的专业技能水平要求较高，且焊接质量受焊工自身技能水平、情绪以及身体状况影响较大，而且由于该项焊接工作的工作强度大且工艺复杂，所以由工人直接焊接往往会出现工作效率低、工期长以及制造成本高等缺陷。近年来，随着自动化技术以及焊接技术的快速发展，窄间隙自动焊接技术因其具有连续工作、工作效率高等特点而广泛应用于核岛主管道的焊接工序中，目前常用于核岛主管道焊接的技术有窄间隙熔化极气体保护焊、窄间隙埋弧焊和窄间隙钨极氩弧焊等。在利用该焊接技术时，窄间隙自动焊接技术能够大量减少金属焊接物的填充量，进而降低焊接过程中用于购买焊接材料的成本。而且随着技术的快速发展，窄间隙自动焊焊接接头质量明显提高，其焊接工艺可以完全按照设定工艺进行，且所得焊缝间隙质量较好，晶粒组织均匀、晶粒尺寸较小，且整个焊接过程焊缝热影响区受热均匀，对操作工人的技能要求较低，能够实现整个焊接过程的质量可控性和可追溯性。

1.2 窄間隙自动焊焊接技术的填充材料

在主管道窄间隙自动焊接技术中，常用的焊材是不锈钢焊丝，而在实际生产过程中对不锈钢焊丝的采购必须要按照相关技术标准进行，而且在焊材采购回来后，还需要通过进场检验和使用前检验来对焊材进行验收和检验，当焊材检验合格后对焊材进行储存时，需要将这些焊材单独放置，禁止其与其他焊材堆叠进而影响焊材的质量，而且焊材在储存时其储存环境要求温度≧20℃，湿度<50%，其中316L不锈钢主要是用于支撑管道和打底焊道的直接焊接，而316LSi则应用于盖面焊道和填充焊道的焊接。

1.3 窄间隙自动焊焊接技术的焊接设备

在当前核电站的建设中，常用的窄间隙焊接设备是自动焊接机，而对于我国大多数核电站现场装配中的管道焊接而言，基本上都是采用手工焊接方式进行的，而由于手工焊接方式自身局限性比较大，所得焊缝焊接质量较差而对核电厂核岛设备的使用性能影响巨大，随着技术的快速发展，自动焊接技术由于轻便、灵活和可靠性高而在核电厂的现场主设备焊接施工中得到广泛应用。

2 主管道焊接中的常见问题及质量控制

通过对我国阳江核电站建设过程分析后发现，窄间隙自动焊接技术已经在核岛主设备制造过程中得到了广泛的应用，与人工焊接时代的焊缝相比其质量和效率都有很大程度的提高。但是，在工程实际中，由于现场环境或者其他因素而导致焊缝会出现许多质量问题，如：烧穿、熔合不足以及粘接效果不好等问题，然后对主设备的质量造成极大的影响，进而影响设备的使用性能和使用寿命。

对于核岛主管道而言，主要分为冷段、热段以及过渡段这3个部分，其中冷段主要是指主冷却剂出口以及反应堆压力容器出口，热段主要是指连接蒸汽发生器冷却剂接口以及反应堆压力容器的接口，而过渡段连接的主要是冷却剂泵冷却剂入口以及蒸汽发生器冷却剂接口，本文主要以该核电站3号机组的热段焊口为例，该管道主要连接核电站的压力容器、主冷却剂泵以及蒸汽发生器这3个部分，其为反应堆冷却系统的主要设备。主管道在核电站运行过程中，主要承受380℃高温，承受18MPa压力，所以其焊接质量不仅影响到设备的使用寿命，而且还直接影响着核电站是否能够正常工作，本节主要就核岛主管道窄间隙自动焊接过程中可能出现的问题进行研究和分析，具体内容如下所示。

2.1 烧穿

在焊接过程中，若焊接电压过大，就会导致焊弧强度过大，进而导致工件坡口直接击穿，甚至会导致已经焊接完成的部分被击穿，导致焊口金属由于高温熔化而流入焊缝坡口处，进而对主管道的质量产生影响，在焊缝处形成孔洞等问题。之所以出现这些原因，有可能是由以下几个方面所导致的：

（1）焊接所使用的焊接枪头部分由于卡涩而导致焊弧强度不稳定。

（2）主管道之间的焊缝和错变量过大，焊接过程中焊接电流过大而导致焊接管道击穿。因此，在对主管道进行焊接时，就必须要严格控制焊接工艺，对焊接间隙、错边量进行控制，以确保焊接过程中出现击穿问题，而且对主管道底部进行焊接时，还需要尽可能地从其间隙最小处进行焊接，并避开间隙处，等到起弧完成且稳定后，再逐渐向主管道焊缝部分过渡。

2.2 侧壁熔合不良

在对主管道进行焊接时，在焊接缝的根部以及根部两侧都容易存在侧壁熔合不良的现象，而造成这些问题的原因主要是由于焊接机的电弧张开不足且焊接热输入不够。研究发现，影响自动焊接机电弧张开角度的因素有很多，主要有以下几种：焊接机钨极类型、电流大小和所选用钨极的锥度不够等。因此，在对主管道进行焊接时，焊接工人需要先做好焊接准备工作，对焊接设备焊接头钨极的类型进行仔细选择，确保钨极端头质量良好，无开叉现象出现，并依据实际情况来辨别是选用直钨极还是弯钨极。焊接机的相关焊接参数都是经过专业检验和校核的，所以在焊接过程中其热输入量一定要确保焊材能够充分熔化，若焊接不良就会导致焊接机的运行速度受到影响，进而导致焊材熔化不充分以及焊缝侧壁熔合不良等现象的发生。

2.3 粘黏

在对核岛主管道进行焊接的过程中，由于钨极与熔池接触时会产生短路等问题，进而导致主管道焊接工作无法顺利进行，这些问题出现的原因主要有以下几点：

（1）钨极偏转。

（2）冷却水循环不通畅，局部过热。

（3）层间温度过高。

因此，实际生产时焊接工作人员要根据实际焊接情况对钨极的偏转角度进行调整，并定期对冷却水进行更换，以确保焊材熔合良好，在低焊接弧压和电流的基础上，降低热输入量，确保焊接质量。

结论

本文主要是从焊接技术和焊接质量控制这两个角度对核岛主管道的焊接质量进行了研究和探讨，并从焊接件焊缝常见问题如烧穿、侧壁熔合不良以及粘黏等出发对核电厂核岛设备焊接质量常见问题进行了分析，并提出了相应的解决策略，以便于对核电厂核岛主设备制造焊接质量控制提供理论支持和参考。

参考文献

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