高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接技术领域，特别是一种高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方 法。
【背景技术】
[0002] 高温气冷核反应堆具有热效率高（40%至41%)，燃耗深（最大高达20Mffd/t铀），转 换比高（0. 7至0. 8)等优点。由于氦气化学稳定性好，传热性能好，而且诱生放射性小，停 堆后能将余热安全带出，安全性能好。高温气冷堆是国际核能界公认的一种具有良好安全 特性的堆型。它集安全性、经济性于一身，势必将是未来核能安全利用的必然选择。
[0003] 作为高温堆金属堆内构件中的重要部件，200MW高温气冷核反应堆的金属堆内构 件中堆芯壳环段焊接是一个重要的加工环节。类似设备及技术，如加氢反应器等化学容器 的焊接，其材料为耐热钢12Cr2M〇lR，但这类化工容器对焊接精度等要求远没有200MW高 温气冷堆金属堆内构件中堆芯壳高。
[0004] 现有加氢反应器等化工容器的焊接方法等多为焊条电弧焊或埋弧焊。焊条电弧焊 需焊工手工操作，熔敷效率低下、污染大、层间打磨量大、易出现未熔合、焊接质量易受焊工 人为因素影响；埋弧焊熔敷效率虽高，但受焊剂填加限制，通常用于平焊位置，对于堆芯壳 这类薄壁易变形精度要求又高的筒体结构（高约20米，直径约5. 4米，壁厚40mm)，一旦将堆 芯壳置于水平位置（即平焊位置)，必然会因自重产生过大变形，而焊接之后焊接变形将更 加严重。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接 方法，获得无气孔、裂纹、夹杂等焊接缺陷的良好焊接接头。
[0006] 本发明采取的技术方案是： 一种高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，所述堆芯壳为薄壁筒形件，其特征 是，包括如下步骤： (1) 将所述堆芯壳的环段加工坡口，所述坡口位于所述环段接口的两侧，呈双U形； (2) 将待焊环段坡口的钝边对齐安装，并在坡口两侧焊装马脚； (3) 在坡口处手工点焊； (4) 对待焊接环缝进行预热； (5) 在坡口内加入光焊丝，在外坡口用自动热丝钨极惰性气体保护焊的方法进行外部 焊接； (6) 去除坡口内马脚，在内坡口用自动热丝钨极惰性气体保护焊的方法进行内部焊 接； (7) 对前几道焊缝通过射线检查； (8) 先对内坡口进行焊接至填满，再对外坡口进行焊接至填满； (9) 清理焊道； (10) 对焊缝进行焊后热处理。
[0007] 进一步，所述第（1)步中加工的双U形坡口的U形口夹角为40° ±4°。
[0008] 进一步，所述第（2)步中钝边对齐安装公差在0. 5mm以内，焊装马脚前进行局部预 热。
[0009] 进一步，在所述第（4)之前还包括在筒体内壁4等分的待焊接环缝位置通过点焊 方式安装测量块的步骤，安装测量块前对安装位置进行预热。
[0010] 进一步，所述第（4)中，预热位置为待焊接环缝两侧邻近至少200mm以内部位，预 热温度彡205 °C。
[0011] 进一步，:所述第（5)中，焊接3至4道后，每道焊前根据所述测量块测得焊接变形 数据，将变形量最大的位置作为下次焊接的起弧点。
[0012] 进一步，焊接的道间温度不超过350°C。
[0013] 进一步，在焊接期间以及焊接中断时，进行后热处理，所述后热处理为350°C保温 30分钟以上。
[0014] 进一步，所述第（10)中的焊后热处理温度690°C±15°C，时间为1. 5至2小时。
[0015] 进一步，所述第（5)、（6)步的焊接过程中，加入的光焊丝为ER90S-B3光焊丝， 惰性保护气体为30%氩气和70%氦气，保护气体的流量为30±3L/mm，焊接热输入量 彡 3. 276KJ/mm〇
[0016] 本发明的有益效果是： (1) 将GTAW焊接大幅度的提高焊接熔敷效率的同时，保证了焊接工艺稳定性、提高了 焊缝质量，避免了气孔、裂纹、夹钨等缺陷，满足了无损检验及相应理化性能要求； (2) 实现堆芯壳竖直状态施焊，避免自重引发的焊接变形(横焊位置）； (3 )通过合理的焊接顺序及焊道布置等，实现焊接变形控制，周向上周向收缩不均匀度 0. 5mm； (4) 通过控制保护气流量、电特性参数、送丝速度与电流及热丝电流的关系，及合理的 接头设计，该发明可以实现高送丝速度、大熔敷量焊接，并且电弧稳定无明显磁偏吹，焊缝 质量高，无气孔、裂纹、夹钨等缺陷，能满足ASME规范和高温堆金属堆内构件焊缝射线检验 的设计要求； (5) 焊接后的力学性能及冲击性能并可达到设计要求。
【附图说明】
[0017] 附图1是堆芯壳体环段坡口剖视示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法的具体实施 方式作详细说明。
[0019] 本发明是通过自动热丝妈极惰性气体保护焊（AutomaticGTAWwithHotwire)的 焊接方法完成堆芯壳环段对接焊的，具体焊接过程如下： (1)将所述堆芯壳的环段加工坡口，所述坡口位于所述环段接口的两侧，呈双U形。双 U形坡口的U形口夹角为40° ±4° (参见附图1)。
[0020] (2)将待焊环段坡口的钝边对齐安装，并在坡口内焊装(手工定位）马脚。钝边对 齐安装公差在〇. 5mm以内，焊装马脚前进行局部预热。
[0021] (3)在坡口处手工点焊(手工定位)。
[0022] (4)在筒体内壁4等分的待焊接环缝位置通过点焊方式(手工定位）安装测量块， 安装测量块前对安装位置进行预热。
[0023] (5 )对待焊接环缝进行预热。预热位置为待焊接环缝两侧邻近至少200_以内部 位，预热温度多205°C，通过电加热或火焰加热进行预热。
[0024] (6)在坡口内加入光焊丝，在外坡口用自动热丝钨极惰性气体保护焊的方法进行 外部焊接。对已定位的坡口，加入ER90S-B3光焊丝，用自动热丝钨极惰性气体保护焊的方 法进行外部焊接；焊接3-4道(前几道）后暂停施焊，其中先开始为打底焊，且每道（包括之 后每道）焊前根据测量块处测得焊接变形数据调整起弧点位置一起弧点设置于间距最 大处；道间温度不超过350°C。惰性保护气体为30%氩气和70%氦气，保护气体的流量为 30±3L/mm，焊接热输入量彡3. 276KJ/mm。
[0025] (7)去除内侧马脚，在内坡口用自动热丝钨极惰性气体保护焊的方法进行内部焊 接。焊接参数同外坡口焊接参数。
[0026] (8)对外坡口和内坡口分别通过射线检查。
[0027] (9)先对内坡口进行焊接至填满(填充焊)，再对外坡口进行焊接至填满(盖面焊)。 焊接参数同外坡口焊接参数。
[0028] (10)清理焊道。在每道焊缝焊接完成后用不锈钢钢丝刷刷去氧化层直至焊缝露出 金属光泽。
[0029] (11)在焊接期间以及焊接中断时，进行后热处理，所述后热处理为350°C保温30 分钟以上。
[0030] (12)对焊缝进行焊后热处理。焊后热处理温度690°C± 15°C，时间为1. 5至2小 时。
[0031] 在本发明的焊接方法中，各焊接时段的设备电参数如下表。
[0032] 通过本方法可以实现高送丝速度、大熔敷量焊接，并且电弧稳定无明显磁偏吹，获 得无气孔、裂纹、夹杂等焊接缺陷的良好焊接接头；其次，使用该方法可以实现堆芯壳竖直 状态施焊，避免自重引发的焊接变形(横焊位置）；第三，根道焊实现单面焊双面成型；第四， 实现焊接变形控制，周向上收缩不均勾度< 〇. 5_，焊后圆度< 5_。力学性能及冲击性能 并可达到下表要求(通过三个试样进行测试)。
[0033] 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. 一种高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，所述堆芯壳为薄壁筒形件，其特 征在于：包括如下步骤： (1) 将所述堆芯壳的环段加工坡口，所述坡口位于所述环段接口的两侧，呈双U形； (2) 将待焊环段坡口的钝边对齐安装，并在坡口内焊装马脚； (3) 在坡口处手工点焊； (4) 对待焊接环缝进行预热； (5) 在坡口内加入光焊丝，在外坡口用自动热丝钨极惰性气体保护焊的方法进行外部 焊接； (6) 去除坡口内马脚，在内坡口用自动热丝钨极惰性气体保护焊的方法进行内部焊 接； (7) 对前几道焊缝通过射线检查； (8) 先对内坡口进行焊接至填满，再对外坡口进行焊接至填满； (9) 清理焊道； (10) 对焊缝进行焊后热处理。2. 根据权利要求1所述的高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，其特征在于： 所述第（1)步中加工的双U形坡口的U形口夹角为40° ±4°。3. 根据权利要求1所述的高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，其特征在于： 所述第（2)步中钝边对齐安装公差在0. 5_以内，焊装马脚前进行局部预热。4. 根据权利要求1所述的高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，其特征在于： 在所述第（4)之前还包括在筒体内壁4等分的待焊接环缝位置通过点焊方式安装测量块的 步骤，安装测量块前对安装位置进行预热。5. 根据权利要求1所述的高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，其特征在于： 所述第（4 )中，预热位置为待焊接环缝两侧邻近至少200mm以内部位，预热温度多205 °C，预 热过程，保持堆芯壳筒体与加热源相对转动，确保周向温差< 50°C。6. 根据权利要求1所述的高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，其特征在于： 所述第（5)中，焊接3至4道后，每道焊前根据所述测量块测得焊接变形数据，将变形量最 大的位置作为下次焊接的起弧点。7. 根据权利要求6所述的高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，其特征在于： 焊接的道间温度不超过350°C。8. 根据权利要求1所述的高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，其特征在于： 在焊接期间以及焊接中断时，进行后热处理，所述后热处理为350°C保温30分钟以上。9. 根据权利要求1所述的高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，其特征在于： 所述第（10)中的焊后热处理温度690°C±15°C，时间为1. 5至2小时。10. 根据权利要求1至9中任一项所述的高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法， 其特征在于：所述第（5)、（6)步的焊接过程中，加入的光焊丝为ER90S-B3光焊丝，惰性保 护气体为30%氩气和70%氦气，保护气体的流量为30±3L/min，焊接热输入量< 3. 276KJ/ mm〇
【专利摘要】本发明属于焊接技术领域，公开了一种高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，所述堆芯壳为薄壁筒形件，包括加工坡口、安装环段、点焊定位、预热、外坡口焊接、内坡口焊接、射线检查、填满焊、清理焊道、热处理等步骤。本发明将GTAW焊接大幅度的提高焊接熔敷效率的同时，保证了焊接工艺稳定性、提高了焊缝质量，避免了气孔、裂纹、夹钨等缺陷，满足了无损检验及相应理化性能要求，实现堆芯壳竖直状态施焊，避免自重引发的焊接变形。
【IPC分类】B23K35/38, B23K9/167, B23K9/235
【公开号】CN105397250
【申请号】CN201511015620
【发明人】郭宝超, 金伟芳, 邢会平, 梅芳, 吉翠翠, 陈曼极
【申请人】上海第一机床厂有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月31日