核電廠核島主設備制造焊接質量及其控制

郎雪琴 房永順

摘 要：對于核電廠核島主制造設備而言，其焊接質量對于其設備的整體質量具有重要的影響。本文主要是針對核島主管道的焊接來對主設備的焊接質量進行了探討和研究，并從焊接技術和焊接質量控制這兩個角度對核島主管道的焊接質量進行了控制，以及為提高我國核電廠核島主設備制造焊接質量提供理論支持。

關鍵詞：核島；設備制造；焊接；質量控制

中圖分類號：TG441 文獻標志碼：A

近年來，為有效提高我國核電廠主設備的質量，各設備制造廠商開始加大對設備制造過程中的各個環節進行質量控制力度，特別是對設備制造過程中的焊接質量進行管控。而作為核島主設備的系統管道其焊接質量對于核島設備的冷卻具有重要的作用。本文主要以1000MW核電機組的核島主管道焊接為例，對核島主管道的焊接質量進行了討論和研究，以期為核電廠核島主設備制造焊接質量的提高提供理論支持。

1 窄間隙自動焊焊接技術分析

1.1 窄間隙自動焊焊接技術的焊接方法

對于核電站的建設而言，其主管道的制備對于整個核電站的安全運行具有重要的作用和影響，所以在該階段對于焊接技術的要求也比較高。在傳統的焊接工藝中，通常采用焊條焊接的方式來實現對焊接主管道的焊接，但是由于該工藝對于焊工的專業技能水平要求較高，且焊接質量受焊工自身技能水平、情緒以及身體狀況影響較大，而且由于該項焊接工作的工作強度大且工藝復雜，所以由工人直接焊接往往會出現工作效率低、工期長以及制造成本高等缺陷。近年來，隨著自動化技術以及焊接技術的快速發展，窄間隙自動焊接技術因其具有連續工作、工作效率高等特點而廣泛應用于核島主管道的焊接工序中，目前常用于核島主管道焊接的技術有窄間隙熔化極氣體保護焊、窄間隙埋弧焊和窄間隙鎢極氬弧焊等。在利用該焊接技術時，窄間隙自動焊接技術能夠大量減少金屬焊接物的填充量，進而降低焊接過程中用于購買焊接材料的成本。而且隨著技術的快速發展，窄間隙自動焊焊接接頭質量明顯提高，其焊接工藝可以完全按照設定工藝進行，且所得焊縫間隙質量較好，晶粒組織均勻、晶粒尺寸較小，且整個焊接過程焊縫熱影響區受熱均勻，對操作工人的技能要求較低，能夠實現整個焊接過程的質量可控性和可追溯性。

1.2 窄間隙自動焊焊接技術的填充材料

在主管道窄間隙自動焊接技術中，常用的焊材是不銹鋼焊絲，而在實際生產過程中對不銹鋼焊絲的采購必須要按照相關技術標準進行，而且在焊材采購回來后，還需要通過進場檢驗和使用前檢驗來對焊材進行驗收和檢驗，當焊材檢驗合格后對焊材進行儲存時，需要將這些焊材單獨放置，禁止其與其他焊材堆疊進而影響焊材的質量，而且焊材在儲存時其儲存環境要求溫度≧20℃，濕度<50%，其中316L不銹鋼主要是用于支撐管道和打底焊道的直接焊接，而316LSi則應用于蓋面焊道和填充焊道的焊接。

1.3 窄間隙自動焊焊接技術的焊接設備

在當前核電站的建設中，常用的窄間隙焊接設備是自動焊接機，而對于我國大多數核電站現場裝配中的管道焊接而言，基本上都是采用手工焊接方式進行的，而由于手工焊接方式自身局限性比較大，所得焊縫焊接質量較差而對核電廠核島設備的使用性能影響巨大，隨著技術的快速發展，自動焊接技術由于輕便、靈活和可靠性高而在核電廠的現場主設備焊接施工中得到廣泛應用。

2 主管道焊接中的常見問題及質量控制

通過對我國陽江核電站建設過程分析后發現，窄間隙自動焊接技術已經在核島主設備制造過程中得到了廣泛的應用，與人工焊接時代的焊縫相比其質量和效率都有很大程度的提高。但是，在工程實際中，由于現場環境或者其他因素而導致焊縫會出現許多質量問題，如：燒穿、熔合不足以及粘接效果不好等問題，然后對主設備的質量造成極大的影響，進而影響設備的使用性能和使用壽命。

對于核島主管道而言，主要分為冷段、熱段以及過渡段這3個部分，其中冷段主要是指主冷卻劑出口以及反應堆壓力容器出口，熱段主要是指連接蒸汽發生器冷卻劑接口以及反應堆壓力容器的接口，而過渡段連接的主要是冷卻劑泵冷卻劑入口以及蒸汽發生器冷卻劑接口，本文主要以該核電站3號機組的熱段焊口為例，該管道主要連接核電站的壓力容器、主冷卻劑泵以及蒸汽發生器這3個部分，其為反應堆冷卻系統的主要設備。主管道在核電站運行過程中，主要承受380℃高溫，承受18MPa壓力，所以其焊接質量不僅影響到設備的使用壽命，而且還直接影響著核電站是否能夠正常工作，本節主要就核島主管道窄間隙自動焊接過程中可能出現的問題進行研究和分析，具體內容如下所示。

2.1 燒穿

在焊接過程中，若焊接電壓過大，就會導致焊弧強度過大，進而導致工件坡口直接擊穿，甚至會導致已經焊接完成的部分被擊穿，導致焊口金屬由于高溫熔化而流入焊縫坡口處，進而對主管道的質量產生影響，在焊縫處形成孔洞等問題。之所以出現這些原因，有可能是由以下幾個方面所導致的：

（1）焊接所使用的焊接槍頭部分由于卡澀而導致焊弧強度不穩定。

（2）主管道之間的焊縫和錯變量過大，焊接過程中焊接電流過大而導致焊接管道擊穿。因此，在對主管道進行焊接時，就必須要嚴格控制焊接工藝，對焊接間隙、錯邊量進行控制，以確保焊接過程中出現擊穿問題，而且對主管道底部進行焊接時，還需要盡可能地從其間隙最小處進行焊接，并避開間隙處，等到起弧完成且穩定后，再逐漸向主管道焊縫部分過渡。

2.2 側壁熔合不良

在對主管道進行焊接時，在焊接縫的根部以及根部兩側都容易存在側壁熔合不良的現象，而造成這些問題的原因主要是由于焊接機的電弧張開不足且焊接熱輸入不夠。研究發現，影響自動焊接機電弧張開角度的因素有很多，主要有以下幾種：焊接機鎢極類型、電流大小和所選用鎢極的錐度不夠等。因此，在對主管道進行焊接時，焊接工人需要先做好焊接準備工作，對焊接設備焊接頭鎢極的類型進行仔細選擇，確保鎢極端頭質量良好，無開叉現象出現，并依據實際情況來辨別是選用直鎢極還是彎鎢極。焊接機的相關焊接參數都是經過專業檢驗和校核的，所以在焊接過程中其熱輸入量一定要確保焊材能夠充分熔化，若焊接不良就會導致焊接機的運行速度受到影響，進而導致焊材熔化不充分以及焊縫側壁熔合不良等現象的發生。

2.3 粘黏

在對核島主管道進行焊接的過程中，由于鎢極與熔池接觸時會產生短路等問題，進而導致主管道焊接工作無法順利進行，這些問題出現的原因主要有以下幾點：

（1）鎢極偏轉。

（2）冷卻水循環不通暢，局部過熱。

（3）層間溫度過高。

因此，實際生產時焊接工作人員要根據實際焊接情況對鎢極的偏轉角度進行調整，并定期對冷卻水進行更換，以確保焊材熔合良好，在低焊接弧壓和電流的基礎上，降低熱輸入量，確保焊接質量。

結論

本文主要是從焊接技術和焊接質量控制這兩個角度對核島主管道的焊接質量進行了研究和探討，并從焊接件焊縫常見問題如燒穿、側壁熔合不良以及粘黏等出發對核電廠核島設備焊接質量常見問題進行了分析，并提出了相應的解決策略，以便于對核電廠核島主設備制造焊接質量控制提供理論支持和參考。

參考文獻

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