蒸汽發(fā)生器主承載焊縫焊接技術質量管控研究

摘 要：文章分析了蒸汽發(fā)生器主承載焊縫焊接技術質量管控方面的相關問題，對主承載部分焊縫焊接過程中的焊材性能要求進行了簡述，用于指導對焊材以及焊劑的選擇。同時，對焊接工藝進行了簡要分析，總結了應用窄間隙埋弧焊對焊縫進行焊接處理的過程當中需要把握的技術要點，最后詳細探討了在焊接技術實施過程當中質量管理與控制方面的要點，望能夠最大限度地確保主承載焊縫焊接質量的可靠穩(wěn)定，故而值得同行關注與重視。

關鍵詞：蒸汽發(fā)生器 主承載 焊縫 焊接技術 質量管控

中圖分類號：TG455 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0112-02

蒸汽發(fā)生器在工業(yè)、核電等領域中均有著非常廣泛的應用價值。蒸汽發(fā)生器大多尺寸大，重量重，在設計與制造方面非常復雜，當然在整個系統(tǒng)中所發(fā)揮的功能也是非常顯著的。焊接作為蒸汽發(fā)生器制造過程中的關鍵工序之一，焊接工藝技術的應用以及性能的好壞將直接決定蒸汽發(fā)生器運行的安全性與使用壽命長短。在蒸汽發(fā)生器主承載結構當中，所涉及到的焊接作業(yè)包括上封頭、下封頭、管板、接管嘴、上筒體以及下筒體等部分需要相互焊接，母材主要為高強度低合金鋼。同時，在已有的焊接實踐中認為，由于蒸汽發(fā)生器的壁厚大，因此焊接過程中需要輸入較大熱輸入，焊接后會產生明顯的焊接應力，可能形成冷裂紋。故而在焊接過程當中必須采取嚴格的管控措施，以確保焊縫焊接質量的穩(wěn)定、可靠。

1 焊材要求分析

考慮到蒸汽發(fā)生器在整個系統(tǒng)中的應用功能與價值，主承載結構焊縫所采用的焊接材料應當注意以下幾個方面：（1）選用優(yōu)質的低氫、高強高韌性焊接材料。（2）焊接材料的強度應與母材強度相匹配。（3）焊接材料的化學成分與母材的化學成分相接近。（4）控制焊接材料中硫、磷、碳等有害雜質的含量。同時，考慮到后期消應力熱處理的需求，還提出了焊縫區(qū)域以及熱影響區(qū)域充足的沖擊韌性要求。除此以外，焊縫金屬的斷裂韌性、低周疲勞性能、焊接接頭全截面厚度的拉伸性能和接頭的彎曲性均要滿足要求。由于管板與下封頭、管板和筒體環(huán)焊縫處于一回路附近輻射區(qū)，對應環(huán)縫所采用的焊材要求更高。

根據以上分析認為，在蒸汽發(fā)生器主承載焊縫焊接材料的選擇上，應當以Mn-Mo-Ni系列焊接材料為首選方案，此系列焊接材料的成分與蒸汽發(fā)生器主承載結構18MND5鋼性能基本一致，可滿足焊縫焊接的具體要求。同時，在焊劑的選擇上可采用常規(guī)燒結型焊劑。

2 焊接工藝分析

蒸汽發(fā)生器結構構成中的關鍵部位，如上封頭、下封頭、管板、接管嘴以及下筒體等均為鍛件，而上筒體則主要為鍛件或板材，厚度在100 mm左右。這一特性決定了針對蒸汽發(fā)生器的焊接作業(yè)具有尺寸大，工作量大，工藝復雜的特點。當前工作中，為了能夠確保焊縫焊接性能的可靠，減少焊接材料填充量，針對主承載部分焊縫的焊接工藝多為窄間隙埋弧焊焊接工藝或者是窄間隙埋弧焊+手工電弧焊焊接工藝。

結合已有經驗認為，在應用窄間隙埋弧焊對焊縫進行焊接處理的過程當中，工藝技術的實施有以下幾個方面的要點：第一，在相對較窄并且深度較大的坡口中進行焊接作業(yè)，特別是在實施多層多道埋弧焊處理的過程當中，對焊劑的選擇必須具備良好的脫渣性能；第二，在焊接過程當中可以應用焊接設備橫向、縱向定位跟蹤系統(tǒng)，確保焊絲定位的精準性，一方面能夠確保焊道與側壁充分焊透，另一方面能夠使側壁與焊絲端部形成固定關系；第三，焊接筒體環(huán)焊縫時，為了保證焊接熱輸入量一致。隨著焊接層數的增加，焊接工件的轉速應自動降低，同時應當嚴格控制工件軸向竄動（注：在實際工作中對工件軸向竄動的控制可以通過防竄動滾輪架實現）；第四，在最后一層或兩層焊縫的焊接中，可以將工藝調整為回火焊道工藝，通過對焊縫表面熔敷金屬層進行回火處理的方式，能夠起到優(yōu)化焊縫表層特性的效果。另外在焊接過程中嚴格控制氫的來源，即焊前按要求仔細烘干焊條、焊劑，并妥善保存于能夠插電保溫的焊條保溫筒中，隨用隨取，以防吸潮。對待焊接坡口及其附近區(qū)域進行清理，去除油、銹等污物。

3 焊接技術質量管控分析

3.1 準備階段質量管控

蒸汽發(fā)生器主承載焊縫焊接作業(yè)前，需要有專人對待焊表面及對接尺寸情況進行檢查，通過VT、DT和磁粉探傷技術檢測進行確認。檢驗合格標準為：（1）表面無油污；（2）表面干燥；（3）無超標缺陷；（4）對接尺寸符合要求。

結合已有經驗，將蒸汽發(fā)生器設備安全等級、母材厚度、冷裂傾向等因素納入考慮范疇內，要求在焊接操作實施前專門針對待焊接區(qū)域進行預熱處理（注：該環(huán)節(jié)要求待焊接區(qū)域預熱溫度≥150℃），同時焊接過程中對層間溫度也有控制要求（注：溫度要求為150～200℃區(qū)間）。通過該環(huán)節(jié)中的預熱處理，能夠放慢焊接后的表面冷卻速度，從而使焊縫金屬中的擴散氫更容易溢出，避免出現氫致裂紋。同時，預熱處理還能夠減少焊接區(qū)域以及熱影響區(qū)域的淬硬程度，對提高焊接接頭抗裂性能有突出價值。

3.2 焊接階段質量管控

現階段蒸汽發(fā)生器主承載結構焊縫所采取的焊接工藝主要有兩種類型，分別為窄間隙埋弧焊焊接工藝以及窄間隙埋弧焊+手工電弧焊焊接工藝。兩種工藝所對應的焊接參數控制標準有一定不同，具體數據如表1所示。

由于主承載部分的焊縫厚度高，故而母材具有一定的淬硬性特征，并且焊接期間的加熱以及冷卻操作不均勻，因此焊接結束后往往會產生非常大的殘余應力。故而，為了確保主承載部分焊縫焊接性能的可靠，需要對焊縫進行消應力熱處理（注：熱處理期間對進/出爐溫度的要求為≤350℃，對升溫/降溫速度的要求為≤55℃/h）。

3.3 返修階段質量管控

若在焊縫焊接作業(yè)完成后發(fā)現焊接區(qū)域出現超標缺陷，需要及時通過機械加工或打磨方法對缺陷進行去除。但不允許直接采用碳弧氣刨的技術去除缺陷。

在補焊期間需要遵循如下質量控制要點：第一，同一部位可以進行兩次焊接，但在制造商未出示再次補焊原因分析報告或未得到買方允許前不得進行二次補焊處理；第二，補焊應當在消應力熱處理環(huán)節(jié)前實施，若受客觀因素影響，導致在消應力熱處理環(huán)節(jié)后實施補焊，則必須得到買方的允許，且需要進行專門的評定試驗；第三，補焊作業(yè)后需要將處理區(qū)域進行室溫冷卻，靜置24h以上，然后遵循產品焊縫無損檢驗方法對其質量性能進行評估；第四，蒸汽發(fā)生器主承載結構焊縫返修中要求預熱溫度達到150℃以上，層間溫度則要求250℃以下，若補焊期間中斷操作或補焊后無法立即進行消除應力熱處理操作，則需要在待處理區(qū)域溫度下降至最低預熱溫度前進行消氫處理，保溫時間需要≥4h。

4 結語

在設備制造工藝與技術持續(xù)發(fā)展的背景之下，焊接領域對窄間隙埋弧焊以及窄間隙埋弧焊+手工電弧焊等焊接工藝與技術的應用持續(xù)發(fā)展，特別是在蒸汽發(fā)生器主承載焊縫焊接作業(yè)中有著相當重要的應用價值。文章對蒸汽發(fā)生器主承載焊縫焊接方面的問題展開探討與分析，圍繞焊接過程中的質量管控措施展開研究與論述，望能夠總結此項工作中的經驗與要點，從而獲得質量更加可靠，成型更加美觀的主承載焊縫。

參考文獻

[1]鄭張利，吳志遠，曹陽，等.AP1000蒸汽發(fā)生器水室封頭出口接管與主泵泵殼焊接超聲波檢測要求探討[J].科技風，2014（23）：14-15.

[2]吳紹炳，張其先，曹海兵，等.AP1000核電蒸汽發(fā)生器管板熱絲TIG焊工藝研究與應用[C]//中國安裝協(xié)會焊接專業(yè)委員會2014年會暨能源裝備及鋼結構預制和安裝焊接關鍵技術論壇論文集.2014：38-41.

[3]劉玉濤.核電站蒸汽發(fā)生器二次側水壓試驗流程及傳熱管焊接部分滲漏的處理工藝簡介[J].科技視界，2013（10）：154-155.

[4]廖國平，謝新.陶質襯墊焊工藝在核島蒸汽發(fā)生器上水平支承上的應用[C]//2013年“玉柴杯”全國機電企業(yè)工藝年會暨第七屆機械工業(yè)節(jié)能減排工藝技術研討會論文集.2013：423-429.

[5]施熔剛，劉志明，鄭紅，等.脹接工藝對CPR1000核電站蒸汽發(fā)生器管子-管板脹接質量的影響[J].焊接，2014（1）：66-67.

[6]江雙，蔡軍.有限元分析不同工況下蒸汽發(fā)生器傳熱管熱應力腐蝕[C]//火電廠金屬材料與焊接技術交流2013年會論文集.2013：45-49.