奥氏体不锈钢压力容器焊接变形控制

王丽思 徐井伟 刘英学

中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2019）11-191-01

摘 要 文中通过对奥氏体不锈钢容器典型焊缝进行分析，提出奥氏体不锈钢容器对接焊缝变形的形式、影响焊接变形的关键因素和控制焊接变形的几点措施。根据分析结果提出现场不锈钢容器焊接管理的控制要点，为工程质量把关。

关键词 奥氏体不锈钢 压力容器 焊接变形 控制

压力容器作为一种焊接结构，运行条件苛刻，制造工艺较为复杂。核电厂的部分低压容器（如核岛含硼水储存容器、冷却剂储存容器）由奥氏体不锈钢经过焊接加工而成，而焊接的主要技术问题是焊接变形，如何控制焊接变形或出现焊接变形怎样矫正是焊接结构生产的关键问题。因此，要对焊接变形问题加以重视，并对易出现变形问题的制造环节进行防范与控制，从而保证产品的质量与安全。

一、焊接变形分析

（一）结构分析

核岛含硼水储存容器为奥氏体不锈钢容器，其主要作用是在反应堆更换燃料时，将容器内的含硼水提供给换料水池，换料结束后，再将换料水池内的含硼水储存在含硼水储存容器内；失水事故时，为堆芯提供含硼水。含硼水储存容器主要由下底板、下封头、筒体、上封头、附件焊接而成，而筒体作为主要部分，由2块奥氏体不锈钢钢板卷制后对接焊成环板，整个筒体由4段环板通过焊接而成一个高5615±8mm、直径6450±10mm的环状腔体。

（二）焊接变形机理

焊接时，由于电弧的热作用，电弧附近的金属温度显著提高，而离电弧较远的金属温度较低，这样使焊接件出现不均匀的热膨胀，从而出现焊接变形。焊接变形分为纵向收缩变形、横向收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形等。

1.横向收缩变形分析

对接接头横向收缩比较复杂，如果两平板对接中间留有间隙，焊接时，坡口边缘可以无拘束的移动，热源扫过之后的坡口横向闭合。在没有坡口间隙（或存在定位焊或坡口楔块使间隙活动的可能性很小）时，板材受热后的膨胀将造成横向挤压使厚度增厚，冷却后向外侧膨胀的部分可以恢复，而厚度方向上的变形不可恢复，最终仍将产生横向变形，但变形量比带间隙情况小。

2.角变形分析

对接接头角变形的根本原因是横向收缩在板厚度上的分布不均匀所造成的。焊缝正面的横向收缩量大，背面的收缩量小，这样就会造成构件平面的偏转，产生角变形。对接接头的角变形β随坡口角度增大而增大。多层焊比单层焊的β大。层数、道数越多，β越大。焊接X型坡口，先焊的那一面的角变形β一般大于后焊面的角变形β。

二、焊接变形控制措施

（一）焊接变形防控措施

基于奥氏体不锈钢容器筒体结构、材质及焊接变形机理的分析，结合容器制作经验，对于容器筒体纵向焊缝和环向焊缝的焊接，可采取以下方法对其进行焊接变形控制。

1.预变形法或反变形法

结合横向收缩量公式及施工经验，预先估计好焊接变形量为2.88mm，变形方向为横向收缩变形。所以，组对时对压力容器筒节施加一个大小相等方向相反的变形与焊接变形相抵消，使构件焊后保持设计要求。

2.选择适当的施焊次序和方向

先焊筒体的纵向短焊缝，后焊环向长焊缝。两纵向焊缝间的距离至少应为100mm；对于选用的X型坡口，先焊内侧，后焊外侧，使焊缝向内侧角变形；环向焊缝由2名焊工采用对称焊，避免长焊缝局部受热变形过大。

3.刚性固定

该方法是经常采用的一种方法。这种方法是在没有反变形的情况下，通过将构件加以固定来限制焊接变形。这种方法可以防止角变形和波浪变形。

（二）焊接变形矫正措施

不锈钢筒体壁板焊接后若产生的残余变形超过允许的限度，应采取适当的措施予以矫正。筒体壁板环缝与纵缝处产生局部变形，可采用多点支压或锤击的机械矫正法，对变形构件局部施加外力，使其产生反方向塑性变形以抵消原有的残余变形。

三、焊接管理

现场焊接管理大致分为焊前、焊接过程中与焊后三个阶段。

（一）焊前管理

监管施工单位应分析施工图纸焊口信息规划工艺评定，监管施工单位应按照标准制作工艺评定，应能够满足产品焊缝成型好、无缺陷及变形小的要求，理化试验机械性能应满足要求；监管施工单位应编制施工技术文件，对组对后的不锈钢容器筒体直径和高度进行检查确；监管施工单位合理选用焊材，不锈钢容器筒体焊接材料应选用不锈钢焊条，焊条应经入场验收合格，使用前焊条的烘干温度和烘干时间应满足要求。

（二）焊接过程中管理

监管焊工对工艺卡的执行情况，如：焊接过程中检查焊工使用的焊接参数是否超出工艺卡规定的要求，是否采用了对称焊接方法；監管焊接过程中是否有使用焊接防变形工装。

（三）焊后管理

焊接工作完成后，监管施工单位对筒体进行直径、垂直度及局部变形检查，对出现的不符合进行矫正；焊后对焊缝进行外观检验、缝液体渗透检验和射线探伤检验。

四、结语

本文通过对奥氏体不锈钢容器筒体对接焊缝焊接变形的种类及产生的因素分析，结合焊接变形常用控制方法，提出了筒体制作过程中应采取的控制措施和日常监督管理的控制要点。

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