核電站核島主管道窄間隙自動焊質(zhì)量控制探析

摘 要：在核電站建設(shè)質(zhì)量控制的各個項目中，核電站核島主管道的焊接是最為關(guān)鍵的一環(huán)，文章將以某4x1000MW核電站的核島主管道的焊接工藝來進(jìn)行實例分析，其中將詳細(xì)介紹窄間隙自動焊接技術(shù)，并提出使用此項焊接技術(shù)時如何進(jìn)行質(zhì)量控制。使用該項焊接工藝的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗表明主管道采用窄間隙自動焊接技術(shù)是可行的，內(nèi)在的質(zhì)量以及所生產(chǎn)的產(chǎn)品外觀也都是滿足相應(yīng)的設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：核島主管道；窄間隙自動焊；質(zhì)量控制

引言

近些年來，為了有效縮短核電站建設(shè)中核島主管道建設(shè)的時間周期，降低相應(yīng)的建造成本，采用惰性氣體來保護(hù)窄間隙自動焊的焊接工藝逐漸被廣泛使用。核電站的主回路管道又被稱為反應(yīng)堆和冷卻劑的系統(tǒng)管道，在核反應(yīng)堆運營的過程中將與反應(yīng)堆壓力容器、蒸氣發(fā)生器以及主泵一同作用形成一條回路的壓力邊界。文章以國內(nèi)某核電站在一期工程建設(shè)中擬建的四臺1000MW核電機(jī)組為例，系統(tǒng)介紹核電站核島主管道窄間隙自動焊的質(zhì)量控制。

1 窄間隙自動焊焊接技術(shù)分析

1.1 窄間隙自動焊焊接技術(shù)的焊接方法

在核電站建設(shè)過程中，主管道的建設(shè)和焊接是最為重要的，對于焊接技術(shù)的要求也是最高的。在過去傳統(tǒng)的主管道焊接技術(shù)中，主要是采用焊條電弧焊接，而這種焊接工藝對于焊工的焊接技術(shù)有著非常高的要求，其管道的焊接質(zhì)量會直接受到焊工技術(shù)水平的影響，甚至說同一個焊工在不同時期由于情緒不穩(wěn)定或是身體狀況有所不同都會對焊接質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。并且該項焊接工作的工作強(qiáng)度過大，又不能由工作團(tuán)隊合作完成，所以常常會導(dǎo)致焊工的焊接效率低緩，造成建造工期延長以及建造成本增加的局面。而近些年來逐漸被應(yīng)用的窄間隙自動焊接技術(shù)可以不間斷的進(jìn)行操作，大大提高了管道焊接的工作效率，目前比較常用的有窄間隙熔化極氣體保護(hù)焊（N-GMAW）、窄間隙埋弧焊（N-SAW）以及窄間隙鎢極氬弧焊（N-TIG）等[1]。在焊接的過程中，窄間隙自動焊焊接技術(shù)所使用的熔敷金屬的填充量也較傳統(tǒng)的焊接技術(shù)有所減少，降低了在焊接過程中花費于填充材料上的各項建造成本。另外，采用窄間隙自動焊的焊接接頭質(zhì)量較過去有很大提高，其焊接過程中都是根據(jù)自動焊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)焊接參數(shù)來進(jìn)行的，其焊縫間的晶體組織排布均勻，且顆粒小，整個的焊接熱輸入也較為穩(wěn)定合理。整個的焊接過程相對簡單，對于操作工人的技術(shù)要求有所降低，且整個的焊接工作都會進(jìn)行視頻監(jiān)控，使得焊接操作過程具有可視性及追溯性。

1.2 窄間隙自動焊焊接技術(shù)的填充材料

在主管道窄間隙自動焊焊接技術(shù)中，常見的焊接填充材料主要是不銹鋼實心焊絲。嚴(yán)格來說，運用在主管道窄間隙自動焊焊接技術(shù)中的焊絲在采購過程中都必須按照相關(guān)的采購技術(shù)規(guī)格書的規(guī)定來進(jìn)行，并且還應(yīng)該嚴(yán)格按照上游文件中的驗收標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行核驗。在對焊接材料進(jìn)行儲存的過程中需要注意必須將其單獨放置，切勿與其他的焊接材料混合，對于儲存的環(huán)境也有所要求，其溫度需要控制在二十?dāng)z氏度以上，相對濕度應(yīng)小于百分之五十五。其中ER316L主要是應(yīng)用在支撐焊道和打底焊道直接的焊接，而ER316LSi主要是應(yīng)用在蓋面焊道和填充焊道之間的焊接[2]。

1.3 窄間隙自動焊焊接技術(shù)的焊接設(shè)備

目前在核電站的建設(shè)過程中較為常用的窄間隙自動焊設(shè)備是自動焊機(jī)，而在我國嶺澳二期核電站建成之前受到焊接技術(shù)以及核島現(xiàn)場條件等諸多因素的影響，我國的自動焊技術(shù)僅僅局限于在設(shè)備制造廠中被運用，而在核電站的安裝現(xiàn)場則一直采用的是手工焊接技術(shù)。隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，自動焊技術(shù)才逐漸運用于核電機(jī)組。

2 主管道焊接中的常見問題及質(zhì)量控制

目前在我國的陽江核電站以寧德核電站的建設(shè)過程中，窄間隙自動焊焊接技術(shù)已經(jīng)在主回路管道中得到了充分的利用，雖然和過去傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，不論是在焊接工藝還是產(chǎn)品質(zhì)量上都有很大進(jìn)步，但是在實際的焊接操作過程中，還是會出現(xiàn)諸多問題，比如燒穿、側(cè)壁熔合不良以及頻繁粘黏等現(xiàn)象，進(jìn)而對主管道的建成質(zhì)量造成了諸多的潛在風(fēng)險。每個冷卻劑的回路都是由冷段、熱段以及過渡段三部分組成[3]。冷段連接的是主冷卻劑泵冷卻劑出口和反應(yīng)堆壓力容器冷卻劑入口；熱段連接的是蒸氣發(fā)生器冷卻劑入口和反應(yīng)堆壓力容器冷卻劑出口；而過渡段連接的則是主冷卻劑泵冷卻劑入口和蒸汽發(fā)生器冷卻劑出口。文章將以此核電站2號機(jī)組熱段U2焊口為例。

該主管道連接的是核電站壓力容器、主冷卻劑泵和蒸汽發(fā)生器，是核一級管道，也是一回路反應(yīng)堆中冷卻系統(tǒng)的重要組成部分，控制著壓力邊界。主管道在運行的過程中將長期承受高溫高壓，最高溫可達(dá)380℃，壓力臨界值可達(dá)18MPa，所以說主管道的焊接質(zhì)量直接影響到核電站是否能夠安全正常的運行，文章就主管道窄間隙自動焊過程中可能出現(xiàn)的問題提出以下質(zhì)量控制措施。

2.1 燒穿

在焊接的過程中，如果焊接工一旦用力稍稍過猛，電弧就可能將坡口的鈍邊直接擊穿，或者將已經(jīng)焊好的焊縫擊穿，高溫下融化的焊口金屬將會從坡口的背面流出，對主管道的金屬材料造成損傷，形成孔洞的現(xiàn)象。而造成這些問題的原因有很多，如在焊接過程中所使用的自動焊機(jī)機(jī)頭出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象、主管道之間的焊接縫隙過大或錯邊量過大以及焊接過程中焊機(jī)的電流增大都可能造成管道燒穿的現(xiàn)象。所以在對主管道焊接的過程中，焊工需格外注意，盡量做到管道間零空隙、零錯邊，進(jìn)而避免在焊接過程中出現(xiàn)燒穿問題的發(fā)生。另外，在對管道的底部進(jìn)行焊接的過程中，應(yīng)該要盡量從間隙最小的部位開始起狐，并且起狐部位盡量避開間隙處，等到焊接送絲完成之后，再逐步向焊縫的中心部位靠近。

2.2 側(cè)壁熔合不良

在主管道的焊接過程中，2GT位置160°-250°的焊縫根部下側(cè)以及3GT位置160°-250°的焊縫根部兩側(cè)都非常容易出現(xiàn)側(cè)壁熔合不良的現(xiàn)象，而造成這些問題的主要原因是焊機(jī)的電弧張開角度不足或是熱輸入量不足。而影響自動焊機(jī)的電弧張開角度的因素有很多，焊機(jī)使用的鎢極類型、電流的大小以及選擇的鎢極的錐度等等。所以在主管道焊接之前，相關(guān)的工作人員應(yīng)該做足相關(guān)的準(zhǔn)備工作，尤其要注意鎢極的種類選擇，保證鎢極尖沒有開叉的現(xiàn)象，然后根據(jù)實際的焊接情況來選擇是使用直鎢極還是彎鎢極。由于主管道的焊接技術(shù)所使用的參數(shù)都是通過相關(guān)機(jī)構(gòu)驗證的，所以在焊接過程中一旦熱輸入量不足就會出現(xiàn)側(cè)壁熔合不良的現(xiàn)象，相關(guān)工作人員可以通過降低焊機(jī)的運行速度或是減小一定的電流基值來調(diào)解，也可以在一定的可調(diào)解范圍內(nèi)適當(dāng)增加峰值電流來緩解側(cè)壁熔合不良的現(xiàn)象。

2.3 粘黏

在管道焊接的過程中，鎢極在接觸到溶池之后可能造成短路現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致焊接工作沒有辦法順利進(jìn)行下去，造成該現(xiàn)象可能是由于鎢極出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)、冷卻水循環(huán)的不順暢或是層間溫度過高等引起。所以，工作人員應(yīng)該要根據(jù)實際焊接情況來調(diào)整鎢極的縱向偏轉(zhuǎn)角度并定期更換冷卻水，在保證熔合良好的基礎(chǔ)上，盡量降低弧壓和基值電流，以此減少熱輸入量。

3 結(jié)束語

文章提出的核電站核島主管道窄間隙自動焊過程中可能出現(xiàn)的問題和解決方法，希望能給同類工程提供些許參考。

參考文獻(xiàn)

[1]湯順意.1000MW核反應(yīng)堆主回路管道焊接質(zhì)量控制[J].焊接技術(shù)，2013（5）：74-75.

[2]王健，馮英超.核電站主管道窄間隙自動焊常見問題及其調(diào)整方法[J].金屬加工（熱加工），2013（8）：113-114.

[3]夏超，馮浩.AP1000核電廠波動管窄間隙自動焊關(guān)鍵工藝[J].焊接技術(shù)，2016（2）：41-43.

作者簡介：周楊（1990-），男，江西省撫州市人，工作單位：中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東火電工程有限公司，職務(wù)：焊接工程師，研究方向：電力建設(shè)。