核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接技术领域，特别是一种核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法。
【背景技术】
[0002]导向筒组件是压水堆堆内构件中一个极为重要的部件，其制造精度要求高，对焊接变形的控制要求严苛。在1000MW压水堆中导向筒数量通常为69套，每套导向筒中包含有1套半壳体焊接件(或称“半方管组件”)，每个机组中包含69套半壳体焊接件。1400MW的压水堆型中数量更多，为89套。
[0003]现有的焊接方法是通过真空电子束焊接，由于其材料为奥氏体不锈钢，在真空条件下的电子束焊接，可以实现高焊速、低线能量、无污染的焊接。焊接变形小，焊缝成形良好。
[0004]然而，现有的真空电子束焊接方法，需要在装配工位完成装配后，移入真空室，该过程需更换工装，再进行抽真空操作，真空度达到极高要求之后方能施焊，焊后，需进行充气操作，恢复常压后方能取出焊件进行后续检验和加工。增加了工装更换、真空室装配、抽真空、充气等操作，这几步操作需要的时间是焊接时间的数倍甚至十数倍，对于数量巨大的半壳体组件的焊接来说，效率低下。并且真空电子束焊接必须增加X射线防护，有安全隐串
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【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供一种核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，实现在非真空环境下的激光焊接，焊接过程操作简单，成形优良、理化性能良好，变形可控。
[0006]本发明采取的技术方案是:
一种核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征是，包括如下步骤:
(1)对半壳体焊接件的对接面进行机加工，对接面加工精度达到目视检验无缺陷，液体渗透检验无缺陷；
(2)通过夹具将半壳体焊接件钝边定位后夹紧，对接面间隙<0.02mm ;
(3)在焊缝长度方向上定位焊接件；
(4)在氮气保护下对半壳体焊接件的对接缝进行激光焊接；
(5)焊接完成后在400°C±15°C的温度下进行保温处理2小时以上。
[0007]进一步，所述第(2)中的装配公差控制在0.02mm以内。
[0008]进一步，所述第(3)步的中定位为激光焊接定位，定位焊接在氮气环境下进行。
[0009]进一步，所述第(3 )步的中定位通过夹紧装置完成的，所述夹紧装置在焊缝全长度方向上施加均匀预紧力实现定位。
[0010]进一步，所述第(4)步还包括将所述半壳体焊接件进行预热的步骤，预热温度彡 15。。。
[0011]进一步，所述第(4)步中的激光焊接位置为平焊或横焊，焊接道间温度< 175°C，焊接激光功率为6kw±0.5kw，离焦量为-2 mm至+10 mm，焊接速度为70mm/s±30mm/s，焊接激光以连续波和多模激光束方式发射。
[0012]进一步，所述焊接激光射束轴线与焊缝夹角为90° ±2°。
[0013]进一步，所述氮气以气流形式进行焊接保护，氮气浓度多99.99%，氮气流量为40 + 10L/mino
[0014]进一步，在焊接过程中设置吹除气，所述吹除气与焊缝夹角为50° ±2°，距离焊缝 5±2mm0
[0015]进一步，所述半壳体焊接件的材质为304奥氏体不锈钢或ASME标准的P8同类不锈钢，所述半壳体焊接件的对接部为L型。
[0016]本发明的有益效果是:
(1)焊接过程简单，焊接速度快；
(2)焊接成形优良、理化性能良好，变形可控；
(3)工作环境安全。
【附图说明】
[0017]附图1是L型对接的壳体焊接件的结构剖视示意图；
附图2是平口对接的半壳体焊接件的结构剖视示意图；
附图3是本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法的【具体实施方式】作详细说明。
[0019]激光焊是一种高能束焊接方法，相较于传统焊条电弧焊(SMAW)、非熔化极气体保护焊(GTAW)等焊接方法，热源能量密度大、焊接速度高、热输入低、焊缝深宽比大，焊缝组织均匀致密、接头性能优良、且易于控制焊接变形量及焊接变形均匀度。导向筒是压水堆堆内构件中的重要部件，安装在上部堆内构件上，对控制棒起导向作用，制造精度要求高，且材料为核级304型奥氏体不锈钢，非常适于发挥激光焊的优势。
[0020]参见附图1，半壳体的对接面都设置在L型对接部，两个对接部接合时，形成三条焊缝。
[0021]参见附图2，半壳体的对接面为平面，两个对接部接合时，形成一条焊缝。
[0022]本发明的焊接工艺方法可用于CAP1400、AP1000、华龙一号、M310等型号机组的导向筒半壳体的焊接制造，全部或部分代替半壳体真空电子束焊接工艺。激光焊不需要真空电子束的抽真空抽放气过程，且无X射线放射风险，具备天然优势，焊接效率可达真空电子束焊接的2?4倍，甚至以上；另，相对于真空电子束焊，激光焊接工艺允许在完成装配后直接进行焊接，无需更换焊接工装，减少了焊前操作步骤和时间，起到提高导向筒制造效率，缩短制造周期的作用。
[0023]参见附图3，本发明的焊接方法如下: (1)对半壳体焊接件的对接面进行机加工，对接面加工精度达到目视检验无缺陷，液体渗透检验无缺陷，半壳体焊件不开坡口，直接将对接面实现对接焊。
[0024](2)通过夹具将半壳体焊接件钝边定位后夹紧，对接面间隙< 0.02mm，装配公差控制在0.02mm以内。
[0025](3)在焊缝长度方向上定位焊接定位至少三处位置，定位焊接也为激光焊接，定位焊接可在氮气环境下进行。也可使用专门的可在焊缝全长度方向上施加足够均匀预紧力的夹紧装置实现定位。
[0026](4)将所述半壳体焊接件进行预热，预热温度彡15°C，如果环境温度达到15°C，也可以不进行预热。
[0027](5)在氮气保护下对半壳体焊接件的对接缝进行激光焊接。激光焊接位置为平焊或横焊，焊接道间温度彡175°C，焊接激光功率为lkw±0.5kw，离焦量为-1至+10 mm/KW，焊接速度为80±30mm/s，焊接激光以连续波和多模激光束方式发射。所述焊接激光射束轴线与焊缝夹角为90° ±2°。
[0028]所述氮气以气流形式进行焊接保护，氮气浓度多99.99%，氮气流量为40±10L/min。在焊接过程中还可设置吹除气，所述吹除气与焊缝夹角为50° ±2°，距离焊缝5±2mm0
[0029](6)焊接完成后在400°C ±15°C的温度下进行保温处理2小时以上。
[0030]利用本发明的焊接方法进行实测，焊接接头的熔深达到4 mm以上，抗拉性能在室温时多515MPa，在350°C时多395MPa，焊接接头弯曲后，拉伸面上，焊缝和热影响区不存在有超过3mm任何方向的开裂缺陷，不存在晶间腐蚀倾向(弯曲中心位于母材-焊缝的熔合线)，在金相5X倍影像下检查，无裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔等。在金相200X倍影像下检查，不存在损害试件性能的沉淀物。焊接后的间隙尺寸和孔径符合设计公差要求。
[0031 ] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)对半壳体焊接件的对接面进行机加工，对接面加工精度达到目视检验无缺陷，液体渗透检验无缺陷； (2)通过夹具将半壳体焊接件钝边定位后夹紧，对接面间隙<0.02mm ; (3)在焊缝长度方向上定位焊接件； (4)在氮气保护下对半壳体焊接件的对接缝进行激光焊接； (5)焊接完成后在400°C±15°C的温度下进行保温处理2小时以上。2.根据权利要求1所述的核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征在于:所述第(2)中的装配公差控制在0.02mm以内。3.根据权利要求1所述的核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征在于:所述第(3 )步的中定位为激光焊接定位，定位焊接在氮气环境下进行。4.根据权利要求1所述的核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征在于:所述第(3)步的中定位通过夹紧装置完成的，所述夹紧装置在焊缝全长度方向上施加均匀预紧力实现定位。5.根据权利要求1所述的核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征在于:所述第(4)步还包括将所述半壳体焊接件进行预热的步骤，预热温度多15°C。6.根据权利要求1至5任一项所述的核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征在于:所述第(4)步中的激光焊接位置为平焊或横焊，焊接道间温度< 175°C，焊接激光功率为6kw±0.5kw，离焦量为-2 mm至+10 mm，焊接速度为70mm/s±30mm/s，焊接激光以连续波和多模激光束方式发射。7.根据权利要求6所述的核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征在于:所述焊接激光射束轴线与焊缝夹角为90° ±2°。8.根据权利要求6所述的核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征在于:所述氮气以气流形式进行焊接保护，氮气浓度多99.99%，氮气流量为40±10L/min。9.根据权利要求6所述的核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征在于:在焊接过程中设置吹除气，所述吹除气与焊缝夹角为50° ±2°，距离焊缝5±2mm。10.根据权利要求1至5中任一项所述的核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，其特征在于:所述半壳体焊接件的材质为304奥氏体不锈钢或ASME标准的P8同类不锈钢，所述半壳体焊接件的对接部为L型。
【专利摘要】本发明属于焊接技术领域，公开了一种核反应堆内导向筒半壳体的激光焊接方法，包括如下步骤：（1）对半壳体焊接件的对接面进行机加工，对接面加工精度达到目视检验无缺陷，液体渗透检验无缺陷；（2）通过夹具将半壳体焊接件钝边定位后夹紧，对接面间隙≤0.02mm；（3）在焊缝长度方向上定位焊接件；（4）在氮气保护下对半壳体焊接件的对接缝进行激光焊接；（5）焊接完成后在400℃±15℃的温度下进行保温处理2小时以上。本发明焊接过程简单，焊接速度快，焊接成形优良、理化性能良好，变形可控，工作环境安全。
【IPC分类】B23K26/142, B23K26/60, B23K26/21, B23K26/12
【公开号】CN105345262
【申请号】CN201511013491
【发明人】郭宝超, 金伟芳, 蒋恩, 米大为, 郑广, 何雅杰
【申请人】上海第一机床厂有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月31日