某大型壓水堆不銹鋼螺柱焊的質(zhì)量影響因素及質(zhì)量控制措施

董永志 王剛

（山東核電設(shè)備制造有限公司，山東 海陽 265118）

某大型壓水堆結(jié)構(gòu)模塊主要分布在核島及輔助廠房區(qū)域，結(jié)構(gòu)模塊的功能主要是在核島及輔助廠房形成一定的獨立區(qū)域，作為結(jié)構(gòu)墻體和結(jié)構(gòu)樓板以及樓梯與其他輔助結(jié)構(gòu)。我公司制作的CA類結(jié)構(gòu)模塊共24個，處于反應(yīng)堆安全殼（CV）外部的CA20模塊構(gòu)成乏燃料水池（SFP）、燃料運輸通道(FTC)、翻轉(zhuǎn)池(CLP)和清洗池(CWP)；處于反應(yīng)堆安全殼內(nèi)部的CA01部分子模塊、CA02、CA03構(gòu)成換料水儲存箱（IRWST）,上述區(qū)域的襯板均采用雙相不銹鋼鋼板構(gòu)成，模塊墻體之間通過型材進行剛性連接，雙相鋼鋼板與混凝土通過不銹鋼螺柱進行錨固。不銹鋼螺柱的焊接采用電弧螺柱焊技術(shù)，這種焊接方法具有極高的效率和可靠的焊接質(zhì)量，經(jīng)過生產(chǎn)實際的不斷反饋與經(jīng)驗積累，我們總結(jié)出了不銹鋼螺柱與雙相不銹鋼焊接的質(zhì)量影響因素及有效的控制措施。

1 電弧螺柱焊基本原理

電弧螺柱焊是在螺柱與工件間通過直流大電流，焊槍的提升機構(gòu)使螺柱上升，并借助引弧劑的作用下引弧，使螺柱端面和相應(yīng)的工件表面被加熱到熔化狀態(tài)形成熔池，當(dāng)提升機構(gòu)釋放時，給螺柱一個壓力使螺柱侵入到熔池中，在瓷環(huán)保護下使兩者融合形成焊縫。

2 影響電弧螺柱焊質(zhì)量的因素

2.1 焊接參數(shù)的因素

電弧螺柱焊相比其他焊接方法，對人的操作要求較低，這也使得焊接參數(shù)顯得格外重要，一套成熟的焊接參數(shù)直接決定螺柱接頭的質(zhì)量。電弧螺柱焊焊接參數(shù)包括焊接電流、焊接電壓、焊接時間、螺柱提升高度及插入深度。由于電弧電壓取決于電弧長度，即螺柱提升距工件的距離，因此焊槍提升高度固定后，電弧電壓基本不變。

2.2 設(shè)備的性能

焊機的性能，尤其是焊槍機械部分的性能是影響螺柱焊質(zhì)量的一個主要因素。如果主壓力彈簧不能復(fù)位或彈簧導(dǎo)軌損壞使焊槍下降速度過慢，就會產(chǎn)生冷焊或者縮頸；如果液壓緩沖器損壞，焊槍下降速度過快，飛濺比較大，同時可能造成螺柱與工件熔合不好的情況，因此焊接設(shè)備必須定期送檢，出現(xiàn)任何異常現(xiàn)象必須及時送修，避免出現(xiàn)焊槍磨損帶來的參數(shù)誤差。

2.3 操作的因素

雖然電弧螺柱焊對人的要求較低，但螺柱必須垂直工件表面，如果螺柱插入熔池的瞬間是傾斜的，就可能使一側(cè)未焊透，另一側(cè)液態(tài)金屬被擠飛，從而降低焊接接頭強度，這是造成螺柱焊產(chǎn)品不合格的一個重要因素，因此在產(chǎn)品焊接時，增加焊槍垂直裝置保證螺柱與工件垂直，可以減少人為因素的影響。

2.4 瓷環(huán)及接頭清理程度

如果瓷環(huán)受潮或焊接接頭處的水、油及銹跡清理不干凈，將會產(chǎn)生氣孔等缺陷。同時，瓷環(huán)有利于電弧熱量集中于焊接區(qū)域，穩(wěn)定電弧燃燒，防止空氣進入焊接區(qū)域減少對金屬元素的氧化。

3 不銹鋼螺柱焊質(zhì)量控制措施

3.1 生產(chǎn)前試驗

在每一班開始焊接產(chǎn)品螺柱前，每一名螺柱焊接操作工需進行螺柱焊試驗，試驗在非正式產(chǎn)品母材上進行，選用的試件材質(zhì)同產(chǎn)品母材材質(zhì)相同,且試件厚度的改變不得超過產(chǎn)品母材厚度的±25%，焊接位置與焊接參數(shù)與產(chǎn)品焊接參數(shù)相同。每次生產(chǎn)前試驗應(yīng)連續(xù)焊接10個螺柱，每個螺柱應(yīng)彎曲至大約30°，焊縫區(qū)域不得出現(xiàn)任何裂紋，任意一個螺柱不合格，需要重新焊接10個螺柱，直到10個螺柱全部合格為止，彎曲的過程中，有任一螺柱斷裂在焊縫或母材上，上游技術(shù)部門及質(zhì)量部門對其進行評估。

3.2 產(chǎn)品螺柱焊焊接

每名螺柱焊操作工在開始焊接正式產(chǎn)品時，對其開始焊接前10個螺柱進行目視檢查，如果其中有1個不合格，則應(yīng)對其后續(xù)的10個螺柱全部進行目視檢查，并對不合格螺柱進行返修，同時對該名螺柱焊操作工重新進行技能培訓(xùn)。

3.3 目視檢查及彎曲試驗

對焊后的所有螺柱進行目視檢查，若發(fā)現(xiàn)任一螺柱沒有完整的360°飛邊，需要采用手工電弧焊對其進行修補，并對修補的螺柱進行偏離約15°的彎曲試驗。除目視檢查外，隨機抽取螺柱進行30°彎曲試驗，若有不合格螺柱，增大抽檢比例。

3.4 熔化值測量

在螺柱焊接過程中，必須熔化一定數(shù)量的螺柱長度以獲得較好質(zhì)量的焊縫，并形成焊縫金屬環(huán)或者焊接的螺柱底部周圍的飛邊，長度的減少或焊接中發(fā)生的熔化值是焊縫質(zhì)量的可靠指標，并可用來作為工藝控制指標。在一張鋼板上隨機選擇大約15%的螺柱進行熔化值的檢查，如果多余5%的螺柱的熔化值等于或小于規(guī)定的熔化值，則應(yīng)對100%的螺柱進行檢查；如果有10%的螺柱熔化值等于小于規(guī)定的熔化值，則由技術(shù)部門與質(zhì)量部門進行評估處理。

3.4.1 確定熔化值

熔化值通過新螺柱的長度減去螺柱的剩余長度獲得，螺柱的長度是新螺柱尺寸測量的平均值。產(chǎn)品的最小的熔化值是根據(jù)焊接工藝評定試樣的熔化值確定。焊后最大長度等于螺柱的長度減去產(chǎn)品最小熔化值。

圖1

圖2

圖3

3.4.2 熔化值實際測量法

最準確的方法是使用量具比如卡尺測量熔化值。圖1給出了該方法的演示。如果測量的數(shù)值等于或者小于焊后最大長度，則已經(jīng)獲得了足夠的熔化率。如果尺寸大于焊后最大長度，則該螺柱視為可疑螺柱。

3.4.3 過——不過測量法

作為一個快捷的排除法，可以使用固定尺寸量具。將該量具預(yù)設(shè)定到焊后最大長度尺寸。如果在該量具和螺柱的頂端之間存在間隙，如圖2所示，則已經(jīng)獲得足夠的熔化值。如果將量具放置到螺柱的頂端，而量具與鋼板表面之間存在間隙，如圖3所示，則沒有獲得足夠的熔化值。

結(jié)語

電弧螺柱焊效率高，同時改善了勞動條件。不銹鋼螺柱與雙相不銹鋼焊接的質(zhì)量影響因素主要包括焊接參數(shù)設(shè)置、焊機性能、操作因素等的影響。熔化值可以作為衡量焊縫質(zhì)量的一個工藝控制指標。經(jīng)過嚴格的產(chǎn)品過程控制，可以有效的保證不銹鋼螺柱焊的質(zhì)量。

[1]ANSI/AWS D1.6-1999 Structural Welding Code-Stainless Steel.

[2]2010 ASME Boiler&Pressure Vessel Code, 2011a Addenda,Section Ⅸ,Welding and Brazing Qualifications.

[3]郭振亮.大直徑螺柱焊焊接工藝[J].工藝與應(yīng)用.1998（2）.

[4]池強，張建勛等.拉弧式電弧螺柱焊質(zhì)量影響因素[J].電焊機.2005.04第35卷第4期.

[5]中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊[M].機械工業(yè)出版社.2001.