核電不銹鋼焊接變形預(yù)防技術(shù)措施

楊建華

摘 要：防止、控制焊接變形是保證焊接質(zhì)量的一項(xiàng)十分重要的課題，尤其是不銹鋼管道焊接接管座，因其壁厚存在一定的超差，內(nèi)應(yīng)力較大，導(dǎo)致母管管體在接管座區(qū)域凹陷，嚴(yán)重影響整體質(zhì)量；常規(guī)的變形預(yù)防措施是控制施焊速度，防止焊接溫度過高而變形，但該方法難以控制，且施工效率大打折扣，采用管道內(nèi)部布設(shè)支撐架或者外部夾板固定方法解決了變形預(yù)防難題，提高了施工效率。

關(guān)鍵詞：不銹鋼焊接；變形；支撐架；施工效率

前言

隨著社會(huì)的發(fā)展，安全需求是人們生活中最起碼的底線，人們對(duì)制造行業(yè)的質(zhì)量要求日益提高，特別是核電領(lǐng)域，施工過程質(zhì)量控制更是嚴(yán)格執(zhí)行，不銹鋼焊接變形預(yù)防用常規(guī)的焊接方法已經(jīng)無法滿足人們的基本要求，如何確保焊接質(zhì)量，又保證施工效率？經(jīng)過實(shí)踐，采用管道內(nèi)部布設(shè)支撐架或者外部夾板固定方法攻克了這一難題。

1 核電站不銹鋼管道接管座焊接常規(guī)方法

水汽運(yùn)行時(shí)因路徑改變會(huì)帶來更強(qiáng)大的沖擊力，所以設(shè)計(jì)院在考慮汽水管道需要旁路分支時(shí)，彎頭或者三通分支處壁厚均大于母管壁厚，以便系統(tǒng)安全正常運(yùn)行。如臺(tái)山核電常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)為不銹鋼，其分支、旁路設(shè)計(jì)采用了大量的接管座，管道設(shè)計(jì)為Pipe seamless.ASME B36.19M，DN150 sch-10s A312 TP304L 168.3×3.4，而接管座設(shè)計(jì)為Sockolet reduced weight type SW.MSS SP97，DN150×20 CL3000 A182 F304L，該接管座壁厚厚度達(dá)6mm，與母管管體厚度存在一定的超差。

不銹鋼管座焊接均采用全氬焊接方法，要求打底根部焊透，依次逐層填充，填充完坡口后還要填蓋出一定角度的加強(qiáng)面；常規(guī)管座焊接方法如圖1、2。

由于不銹鋼升溫快，受熱容易變軟，容易拉伸延展，管座焊接坡口填充金屬量較大，連續(xù)依次填充會(huì)使溫度上升極快，角焊縫間冷卻收縮變形會(huì)更大，因?yàn)榻庸茏诤翊笥谀腹鼙诤?，?dǎo)致不銹鋼母管強(qiáng)度不如接管座，焊接過程接管座會(huì)基本保持不變，強(qiáng)大的冷卻收縮力與應(yīng)力將會(huì)使管道呈塌陷狀的變形；所以在施工過程中，針對(duì)該類型的接管座焊接時(shí)，為了控制變形，只能通過控制施焊速度，控制層間溫度，盡量多層焊接，減少熱量輸入，以達(dá)到焊接變形預(yù)防的目的。但是此焊接方式焊接變形控制難度高，且為了降低溫度，控制熱量輸入，而控制施焊速度，甚至出現(xiàn)等待溫度下降的情況，施工效率非常低。

2 不銹鋼接管座焊接焊道順序改變法

不銹鋼接管座焊接按照正常施焊層焊道順序焊接會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，變形較大，主要是因?yàn)榻庸茏诤翊笥谀腹鼙诤?，?yīng)力收縮后，母管的抗拉力無法與接管座的抗拉力匹配而導(dǎo)致的接管座處凹陷變形，如通過改變焊道順序，使得熱量輸入偏向于接管座側(cè)，進(jìn)而改變應(yīng)力分配，將使得接管座與母管應(yīng)力平衡，而起到緩解變形的作用。

不銹鋼接管座焊接焊道順序改變具體操作方法是讓填充金屬盡量先熔敷在節(jié)管座一側(cè)，而不按照正常施焊焊道順序（如圖3），這樣的好處是讓管座與管道暫時(shí)不熔敷在一起，收縮應(yīng)力偏向于接管座側(cè)，應(yīng)力不會(huì)使管道和節(jié)管座持續(xù)收縮，把填充的金屬依附在強(qiáng)度較大的管座上，最后再完善母管側(cè)的施焊，減少了總熱量輸入量，建立新的應(yīng)力平衡，起到了控制變形的作用，基本控制方式及要求如下：

（1）不銹鋼接管座焊接時(shí)改變焊道順序，先對(duì)管座側(cè)進(jìn)行施焊，再對(duì)母管側(cè)進(jìn)行施焊。

（2）接管座為V型坡口，在盡量滿足接管座側(cè)優(yōu)先施焊的前提下，需要考慮接管座與母管連接處后續(xù)的熔敷金屬能進(jìn)焊道層。

（3）嚴(yán)格控制焊道層厚度，焊道層越薄，輸入的熱量及產(chǎn)生的收縮應(yīng)力會(huì)越小，對(duì)變形的控制也越有利。

（4）攜帶紅外測(cè)溫儀在施焊過程中對(duì)層間溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)溫度超標(biāo)，適當(dāng)?shù)却?/p>

（5）安排施工時(shí)，考慮單個(gè)焊工同時(shí)對(duì)兩個(gè)不銹鋼接管座進(jìn)行焊接，錯(cuò)開施焊，控制熱量輸入。

此方法的弊端在于施焊人員無法正常評(píng)判施焊速度是否影響層間溫度過高，是否會(huì)在冷卻后凹陷，而只能焊焊停停，避免溫度過高而變形，施工效率大打折扣。DN20的不銹鋼接管座一天僅焊接3至4個(gè)，還無法保證是否需要重新校正。

3 支撐架法及外部夾板固定法

管道校正分冷校、熱校，其原理是冷態(tài)或者熱態(tài)情況下，通過外力對(duì)管道進(jìn)行校正，不銹鋼管道接管座焊接變形預(yù)防措施也正是在此基礎(chǔ)上孕育而生，通過支撐架或者外部夾板固定方式，外力控制施焊過程應(yīng)力收縮，以達(dá)到控制變形的效果。

支撐架法是采用管道內(nèi)部布設(shè)支撐架，在接管座施焊前即布置在管道內(nèi)部，接管座正下方，類似于千斤頂?shù)淖饔?，外力控制施焊過程應(yīng)力收縮，防止凹陷，以此控制焊接變形，如圖4。

但該方法是在母管管徑較大，且接管座距離管口較近的情況下方可執(zhí)行。

外部夾板固定法，是在上述方法的局限情況下進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)生的，采用外部夾板與接管座點(diǎn)焊固定，夾板另一端頂住不銹鋼母管管體，外力防止接管座凹陷，以此控制焊接變形，如圖5。

此方法規(guī)避了支撐架無法放進(jìn)管道內(nèi)部的問題，在任何情況下均可采用此方法。

經(jīng)過大量實(shí)踐證明，上述兩種方法實(shí)施于不銹鋼接管座焊接施工中，不銹鋼母管及接管座幾乎無變形、凹陷的情況，通過外力控制應(yīng)力收縮，彌補(bǔ)消化焊道層間溫度過高引起的應(yīng)力，從而在不用刻意控制施焊速度的情況下預(yù)防焊接變形，提高了施工工效。

該良好實(shí)踐實(shí)施之后，保證了工藝質(zhì)量要求同時(shí)也省去了因嚴(yán)重變形需更換焊件而造成的人員機(jī)具材料的浪費(fèi)，既省時(shí)又省力，且制作簡單，具有良好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

4 推廣前景及建議

結(jié)合改變焊道施焊順序，采取支撐架法或外部夾板固定法，經(jīng)過大量的實(shí)踐證明，該方法解決了不銹鋼焊接變形預(yù)防的難題，在確保焊接施工工藝及質(zhì)量要求的前提下，又能省時(shí)省力，提高施工效率，具備推廣的價(jià)值和意義，可廣泛地應(yīng)用于電站、石化等領(lǐng)域的管道施工中。但該裝置僅為臺(tái)山核電施工人員手工制作，暫未批量生產(chǎn)專用工具，如夾板固定法中的夾板與接管座連接處，可以設(shè)計(jì)為螺紋頂絲，可以隨意調(diào)整距離，以便在接管座高度不同時(shí)使用。

參考文獻(xiàn)

[1]DL/T 1117-2009.核電廠常規(guī)島焊接工藝評(píng)定規(guī)程[S].

[2]DL/T 1118-2009.核電廠常規(guī)島焊接技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DL5031-2012.電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范（管道篇）[S].

[4]GB/T14976-2012.流體輸送用不銹鋼無縫鋼管[S].