核电站钢制安全壳自动焊接方法与流程

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站钢制安全壳自动焊接方法。

背景技术：

相关核电站钢制安全壳直径约40m，高度约65.6m，采用全新的sa738-gr.b钢材，整个安全壳由260块平均厚度约44毫米的弧形钢板焊接而成，单机组总重达3359吨，是核电工程建造施工关键路径上的重要模块。

目前，核电站钢制安全壳的对接焊缝，现场或制造商均采用传统的手工焊条电弧焊(smaw)工艺，焊接工作量极其巨大，劳动效率低下，存在质量受人为因素影响大，焊接效率低等诸多问题，导致工期进度面临较大的考验。

相关核电站钢制安全壳的焊接使用的是手工焊条电弧焊工艺(smaw)，其坡口形式为x形组合坡口，焊接采用单层多道焊。

但是，相关核电站钢制安全壳的焊接方法存在以下缺陷：

焊条电弧焊工艺的坡口宽，焊接熔敷金属的填充量大，焊接消耗材料量是自动焊工艺坡口的8-10倍；

焊条电弧焊工艺的坡口形式和尺寸决定了在进行焊接时，采用多层多道焊进行焊接，导致焊接周期相对较长；

采用焊条电弧焊工艺的焊工工作量大、焊接环境差且焊接质量受焊工水平影响大。

有鉴于此，确有必要提供一种可提高焊接效率、减少焊接填充材料的核电站钢制安全壳自动焊接方法。

技术实现要素：

脉冲熔化极气体保护自动氩弧焊(mig)是目前国际上熔化极气体保护氩弧焊中先进的焊接方法之一，其在工作时，由自动送丝机构送进焊丝，保护气体使用氩气、氦气或氧氩混合等气体，根据设定的参数自动行走焊接。相比目前核电工程普遍采用手工氩弧焊和电弧焊，mig自动焊可以降低焊接热输入量、改善焊缝成型、提高焊缝质量，并且大幅度提高焊接效率(焊接材料熔敷率超过20kg/h)。脉冲对熔池的搅拌作用也有利于消除气孔等焊接缺陷，自动焊代替手工焊避免了人为因素对焊接质量的不利影响，使焊接接头产生缺陷可能性得到有效降低和控制，更易一次性获得符合核安全设备使用性能的优质焊接接头。

本发明将mig引入核电工程中钢制安全壳的焊接，采用的脉冲惰性气体保护电弧焊焊机包括焊接电源、电视监控系统、遥控器、焊接机头、温控系统、磁控系统、焊接轨道及焊枪。其中，焊机电源是一种逆变电源，具有弧长自动控制、实时监控、焊枪横摆控制、叠加高频脉冲等功能。脉冲惰性气体保护电弧焊可调工艺参数多，能够精确控制焊接热输入以及熔池的形状和尺寸，可以用较低的热输入获得较大的熔深，从而减少焊接热影响区和焊件变形。

基于以上分析，本发明的目的在于：提供一种可提高焊接效率、减少焊接填充材料的核电站钢制安全壳自动焊接方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站钢制安全壳自动焊接方法，其包括以下步骤：

1)使安全壳母材的相对端部形成焊接前组合坡口，组合坡口包括上坡口和下坡口，上坡口底部连接下坡口顶部，下坡口底部突设有底部钝边；

2)对底部钝边和下钝边的底部进行打底焊接，形成根部焊道；

3)对下钝边和上坡口进行填充焊接，形成填充焊道；以及

4)对上坡口的顶部进行盖面焊接。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，步骤1)中，底部钝边的高度范围为2.0～3.0mm，底部钝边的宽度范围为2～3.5mm，上坡口的顶部宽度范围为7.5～10.5mm，下坡口顶部宽度范围为7.0～8.0mm，下坡口高度范围为18～22mm。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，步骤4)中，盖面焊接采用线性焊道或摆动焊道。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，步骤4)中，从剩余焊缝厚度4～6mm开始，进行盖面焊接。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，焊接填充材料充当熔化电极，焊接填充材料为实芯或药芯焊丝。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，所述核电站钢制安全壳自动焊接方法的可焊接壁厚范围为20mm～80mm。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，所述核电站钢制安全壳自动焊接方法为脉冲熔化极气体保护电弧焊。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，步骤2)打底焊接中，焊接电源的电压峰值的范围为15v～25v，电流基值的范围为100a～150a，电流峰值的范围为280a～350a，焊丝的基值送丝速度为40～90inch/min，焊丝的峰值送丝速度为170～230inch/min，焊接的速度为6～15inch/min，焊丝直径范围为φ1.2mm～φ1.6mm。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，步骤3)填充焊接中，焊接电源的电压峰值的范围为20v～30v，电流基值的范围为200a～250a，电流峰值的范围为300a～500a，焊丝的基值送丝速度为60～105inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～140inch/min，焊接的速度为6～15inch/min，焊丝直径范围为φ1.2mm～φ1.6mm。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，步骤4)盖面焊接中，焊接电器的电压峰值的范围为18v～30v，电流基值的范围为120a～200a，电流峰值的范围为280a～350a，焊丝的基值送丝速度为30～60inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～120inch/min，焊接的速度为5～8inch/min，焊丝直径范围为φ1.2mm～φ1.6mm。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，焊接填充材料在送丝过程中采用温控系统进行加热，加热温度为100℃-600℃。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，焊接过程中采用磁控系统平衡焊接磁场。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，所述安全壳的材料为不锈钢、碳钢或合金钢，焊接的保护气体为氦气、氩气、或氧气和氩气的混合气体。

作为本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一种改进，所述安全壳的材料为碳硅锰钢，所述保护气体为氩气和氧气混合气体。

相对于现有技术，本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法具有以下优点：

焊接熔敷金属的填充量小，焊接成本相对比较低。

自动焊工艺的坡口可以实现多层单道焊，因此焊接效率高，每道焊口的焊接周期相对短。

采用自动焊工艺，减少对焊工技能依赖，提高质量稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法进行详细说明，其中:

图1是本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法中安全壳坡口结构示意图。

图2是本发明本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的焊接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参照图1和图2所示，本发明提供了一种核电站钢制安全壳自动焊接方法，其包括以下步骤：

1)使安全壳母材的相对端部形成焊接前组合坡口，组合坡口包括上坡口和下坡口，上坡口底部连接下坡口顶部，下坡口底部突设有底部钝边；

2)对底部钝边和下钝边的底部进行打底焊接，形成根部焊道；

3)对下钝边和上坡口进行填充焊接，焊接填充材料充当熔化电极，焊接填充材料为实芯或药芯焊丝，形成填充焊道；以及

4)从剩余焊缝厚度4～6mm开始，对上坡口的顶部进行盖面焊接，盖面焊接采用线性焊道或摆动焊道。

在图1所示的实施方式中，步骤1)中，底部钝边的高度h1范围为2.0～3.0mm，底部钝边的宽度x1范围为2～3.5mm，上坡口的顶部宽度x范围为7.5～10.5mm，下坡口顶部宽度x2范围为7.0～8.0mm，下坡口高度h2范围为18～22mm，核电站钢制安全壳自动焊接方法的可焊接壁厚范围20mm～80mm。

根据本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一个实施方式，核电站钢制安全壳自动焊接方法为脉冲熔化极气体保护电弧焊。步骤2)打底焊接中，焊接电源的电压峰值的范围为15v～25v，电流基值的范围为100a～150a，电流峰值的范围为280a～350a，焊丝的基值送丝速度为40～90inch/min，焊丝的峰值送丝速度为170～230inch/min，焊接的速度为6～15inch/min，焊丝直径范围为φ1.2mm～φ1.6mm。步骤3)填充焊接中，焊接电源的电压峰值的范围为20v～30v，电流基值的范围为200a～250a，电流峰值的范围为300a～500a，焊丝的基值送丝速度为60～105inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～140inch/min，焊接的速度为6～15inch/min，焊丝直径范围为φ1.2mm～φ1.6mm。步骤4)盖面焊接中，焊接电器的电压峰值的范围为18v～30v，电流基值的范围为120a～200a，电流峰值的范围为280a～350a，焊丝的基值送丝速度为30～60inch/min，焊丝的峰值送丝速度为80～120inch/min，焊接的速度为5～8inch/min，焊丝直径范围为φ1.2mm～φ1.6mm。

根据本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一个实施方式，焊接填充材料在送丝过程中采用温控系统进行加热，加热温度为100℃-600℃，且焊接过程中采用磁控系统平衡焊接磁场。

根据本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法的一个实施方式，安全壳的材料为不锈钢、碳钢或合金钢，焊接的保护气体为氦气、氩气、或氧气和氩气的混合气体；或者安全壳的材料为碳硅锰钢，所述保护气体为氩气和氧气混合气体。

结合以上描述可知，相对于现有技术，本发明核电站钢制安全壳自动焊接方法具有以下优点：

焊接熔敷金属的填充量小，焊接成本相对比较低。

自动焊工艺的坡口可以实现多层单道焊，因此焊接效率高，每道焊口的焊接周期相对短。

采用自动焊工艺，减少对焊工技能依赖，提高质量稳定性。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。