核电设备制造过程中的高效焊接技术应用探讨

崔汉南

中国原子能科学研究院 北京 102413

现如今,我国面临着越来越严重的环境污染形势,雾霾天气特别严重。火力发电在我国能源结构中占据很大的地位,这是一种最为主要的发电形式,但是在众多发电形式中这是污染最为严重的一个,鉴于此我国需要对太阳能、风能、核电等各种清洁能源进行大力的发展。核电作为一种重要的清洁能源,当前备受关注,我国建立的核电站不在少数,但是核电比较特殊,一旦核电站出现事故那就是无法估量的,为此必须高度重视核电站的建设质量。焊接现已经被广泛的应用到核电站当中,焊接质量与核电站质量密切相关,因此必须强化控制焊接质量[1]。

1 核电设备制造原理

基于核电站工作原理,为了加热液体通常可以借助原子分裂来丝线,以此产生热能来实现这一目的,然后再借助加热水的方式来产生高温、高压蒸汽,以此可以高速的旋转涡轮并引动发电机旋转,以此能够产生巨大的电能。

2 核电金属焊接接头应用现状

当前,随着核能运用效果的不断提升与优点的逐渐凸显,促使我国能源部门必须强化开发、利用核电资源。现如今,在实际作业过程中一些部门与技术人员在构建核岛—回路主设备时通常会用到各种金属焊接接头。实际上,在核电工程与制造中通过应用这一接头,可以充分满足不同工作条件下对于材质所提出的各种要求,而且能够更好的节约贵重金属,最大限度的降低工程建设成本,从而才能充分发挥各种材料本身所具有的性能优势[2]。

3 核电设备制造中的焊接技术

3.1 发展历史

当前,随着金属的广泛应用,促使焊接技术应运而生。在加工金属的过程中各种各样的加工工艺大量涌现出来,其中就有焊接技术。作为一种古老的方法,从过去一直沿用到现在,现如今这项技术在古人的基础上实现了技术上更新、创新,由此为高效焊接技术的诞生创造了一个良好条件,具体主要适用于那些对于焊接技术要求比较高的生产制造当中。

3.2 焊接问题

焊接在一定程度上是焊缝附近高温区因为受到周围金属制约所产生的一种压缩塑形变形,其通常具有不均匀性,在焊接冷却以后周围冷态金属也会严重制约到这部分压缩的塑形金属,使其无法实现自由的收缩,从而极易造成不同程度的拉应力、变形情况。而对于变形所造成的危害,主要包括以下几点:诸如焊接以后的尺寸不合格、降低实际承载能力和影响美观程度[3]。

3.3 焊接问题的出现与处理方法

在实际焊接过程中出现变形问题的可能性比较大,通常在处理时多采用勤磨钨针、提高焊接速度、降低焊接电流、尽可能进行短弧焊接等,总之前面所做的一切工作都是为了降低溶池温度,而为了最大限度的避免出现变形问题,就必须对与溶池温度有关的核心知识进行熟练地掌握与应用。

针对焊接工艺而言,在焊接精度方面提出了很高的要求,若焊接不实则极易造成接触不良的情况,相应的极易造成短路、不平整。而为了有效避免焊接变形,通常情况下多会采用两种方法:第一,防止变形,即采取一些相应的工装控制,使其不会出现变形的可能;第二种,预变形,即在焊前装配的过程中向反方向做一些恰当的调整,确保焊接完成以后刚好与设计好的装配尺寸相符[4]。

另外,在实际焊接过程中经常会发现一些比较明亮的焊缝,或者是一些焊缝比较暗。通常情况,如果金属表面存在一定光泽度、表面相对比较平整,则就会看起来比较亮,反之就会比较暗,究其原因就在于光线反射有关,若存在很大的差别,则暗的焊缝极有可能就是杂质。值得一提的是,有水焊接是工艺中绝对禁止的。焊接时如果发现焊缝上面存在一些类似于烤蓝一样的颜色,则说明掺入了杂质,并发生了氧化,并非只可能是底漆,若真的是底漆,则需要对底漆说明书进行查看,究其原因就在于焊接过程中火花飞溅熔化的金属无法在熔池内得到彻底冷却有关,原因众多,不外乎力的作用。

4 高效焊接技术在核电设备制造中的应用要点

4.1 激光切割机

为高效的切割设备就可以采用激光切割的方式,相比较于传统火焰切割,不管是在切割效率还是切割质量上都是实现了质的飞跃。激光切割后通常无需对产品展开后续的处理,在传统切割过程中可以最大限度的避免造成人力、物力与财力的浪费,且能够促进产品生产切割效率的提高,充分保证切割质量,从而能够稳步提高企业的经济、社会效益。当前,激光切割手法在工程机械制造领域中获得广泛应用,诸如平板下料、三维成形件下料等[5]。

随着时代的不断发展与进步,科技的日益完善,促使激光切割技术也逐渐得到升级、改进,以此有助于激光切割技术应用范围的不断扩大,其已经被广泛的应用到国内外工程机械制造产业中,本身所具有的发展前景十分良好。

4.2 等离子切割机

这是一种鉴于中厚板切割的高效方式,通常在结束切割以后还需对半成品进行孔、坡口加工。在等离子切割方式中精细等离子小孔切割技术是一项重要技术,在一定程度上是对于平板切割功能的延伸,利用高速度、高精度龙门数控机床与精细等离子切割电源,在自动控制气体流量时可以借助高性能多轴数控系统,这对于割面锥度的减少和取得良好的圆孔切割效果十分有帮助。同时,等离子切割同样适用于切割工程机械中5-25mm的中厚板,确保小圆孔切割的径厚比可以达到1:1,在一定范围内可以取代钻孔,致力于产品加工处理工序的减少,并能够促进复合切割工序的实现。另外,利用等离子切割方式在某种条件下可以取代激光切割技术,从而能够最大限度的降低激光切割机的采购成本[6]。

4.3 数字化智能焊接电源的应用、发展

在进行核电焊接时,焊接质量在一定程度上直接取决于焊接电源性能的好坏,为此有必要强化研究焊接电源。现如今,在工程机械制造产业中焊接电源正在摆脱传统的模拟信号,发展方向渐趋数字化、智能化,在数字化技术的帮助下可以有效的控制焊接电源性能,保证能够在实际应用过程中能够将焊接电源的实际效果充分发挥出来,从而有助于焊接效率的提升,还能够为焊接质量提供充足的保障。

与此同时,利用数字化智能焊接电源有助于远程控制的真正实现,且能够实时监控现场施工情况,减少焊接工人干预焊接参数,从而能够确保焊接质量。

4.4 强化控制现场焊接质量

4.4.1 做好焊接之前的各项准备工作

焊前准备工作通常涉及多项工作内容,诸如加工与清理焊接坡口、烘干焊材、组对定位、准备好焊接设备等,这项工作准备的充足与否,将直接决定着焊接质量。同时,焊接质量在一定程度上深受坡口形状的影响,为减小变形、保证焊接质量、减少对于焊材的使用与促进经济效用的提升,就需要选择正确的坡口形式[7]。

4.4.2 强化控制焊接过程

第1,为保证每条焊缝都能够尽量实现自由的伸缩,就需要制定合理的焊接顺序,这对于提高焊接质量非常有帮助。诸如:针对那些收缩量比较大的或者是工作受力比较大的,有必要先开展焊接工作。以密封环为例,为最大限度的避免焊缝变形,就有必要进行分段焊。

第2,合理的选择焊接方法、参数。对于不同焊接方法而言,一般拥有不同的热输入,相应的所造成的焊接变形、适用范围也会出现明显差异,通常情况下在焊接中厚板时利用CO2气体保护焊的方式,所取得的效果会明显优于气焊、焊条电弧焊。而对于那些比较薄的板,具体在焊接时可以采用钨极脉冲氩弧焊与激光焊等方式。对于电子束焊的焊缝通常比较窄,变形小,多用于那些经过精加工的焊件中。

4.4.3 做好焊后处理工作

焊接过程中产生一定焊接应力是必然的,而热处理是一种消除残余应力的通用方法,即在热处理炉内放置焊件并加热到一定温度,在一定时间内保温,借助材料在高温下屈服极限的降低,促使那些内应力比较高的地方能够产生一定塑性流动,以此来逐渐减少弹性变形,通过增加塑性变形的方式来有效降低应力[8]。

结束语

在日本福岛核事故以后,我国明确指出要严格按照全球最安全的准则来发展核电,新建机组必须与国际三代核电安全标准原则、管理要求相符。发展核电的一条重要生命线就在于保证核安全,而能够得以安全、可靠的运行核电机组的一个重要基础就在于核电设备质量,以此能够为充分保证核安全。焊接在一定程度上能够最大限度的避免或者降低事故发生率,以此可以更为安全、稳定、可靠的运行核电设备,致力于核电工业安全因素的不断提升。