[发明专利]提高小支管承插焊疲劳寿命的焊接工艺

说明书

技术领域

本发明是关于焊接工艺的，特别涉及一种小支管开坡口承插焊的焊接工艺。

背景技术

在核电站中有很多管件连接，主管与支管和法兰与支管之间连接的时候，由于管子口径不一致，无法施行对接焊，且需要施行承插焊。传统的承插焊是把小支管套在主管或法兰里进行焊接，其焊缝为角焊缝。由于支管与法兰和主管焊前是承插装配，焊后焊根是薄弱部位。使用传统的承插焊工艺时，在低应力振动条件下易于在焊根处产生疲劳裂纹。在实际的核电运行的小支管中，也主要是低应力的情况，而目前的失效统计数据也表明焊根处开裂是主要的失效形式。

导致小支管承插焊失效的主要方式有应力腐蚀、设计缺陷、热疲劳、腐蚀磨蚀和振动疲劳；其中振动疲劳是主要失效的方式。在振动条件下，由于焊根处应力最大，易产生裂纹，并最终导致开裂，使含有辐射性的物质泄漏进而危害核电站的正常运行。

因此，需要对目前小支管承插焊焊接工艺进行合理改进，使得在振动条件下能降低小支管承插焊焊根处的应力，提高小支管的刚度，并使焊根不易产生振动裂纹，以提高小支管承插焊疲劳寿命，增加核电站的安全保障。

发明内容

本发明的目的是，提供一种安全稳定的提高小支管承插焊疲劳寿命的焊接工艺，使小支管焊根处更加稳固，并不容易在振动条件下发生疲劳失效，提高振动疲劳寿命。

为了提高承插焊小支管焊根处的疲劳寿命，关键是降低焊根处的应力集中以及提高小支管的刚度，而开坡口能降低小支管焊根处的应力，并提高小支管的刚度。

本发明提高小支管承插焊疲劳寿命的焊接工艺采用开坡口焊接工艺方法，使支管焊根处更好地冶金熔合，具体步骤是：

(1)将法兰或主管中心孔径的上沿开一环V型坡口，坡口角度为45°，坡口深度5mm；

(2)将小支管放置于与法兰盘或主管中心孔径垂直且轴向间隙为1～2mm的位置；

(3)小支管承插焊采用5层焊接，焊接方式为钨极惰性气体保护焊；焊接时为保证焊根处熔透，由里向外的第一、二层焊接电流要高于其后的焊接电流，为100A，电压为12V；第三至五层的焊接电流为80A，电压为12V，要求层间温度为100～120℃；焊接最后一层即第五层时，承插焊沿管壁的长度要长一些。

所述步骤(3)的钨极惰性气体保护焊选用焊嘴直径为钨棒直径为焊枪氩气流量为9～10L/min。

所述步骤(3)层间温度的测量采用远红外测温仪。

本发明的有益效果是，提供了一种安全稳定的提高小支管承插焊疲劳寿命的焊接工艺，降低了小支管承插焊焊根处的开裂机率，提高了焊趾处的疲劳性能，也提高了小支管承插焊的安全系数，使小支管焊根处更加稳固，不容易在振动条件下发生疲劳失效，提高了振动疲劳寿命，保证了核电站的安全。

附图说明

图1是本发明小支管与法兰承插焊的结构示意图；

图2是本发明法兰的立体图；

图3是图2剖面图；

图4是小支管与法兰承插焊接顺序示意图；

图5是小支管与主管承插焊接顺序示意图。

本发明的附图标记为：

1——小支管    2——承插焊

3——法兰      4——螺孔

5——坡口      6——主管

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

1、机具和焊接材料

(1)焊接设备应选用特性良好的逆变式焊机

(2)小支管为304L不锈钢，尺寸为19.4×4mm，焊丝使用前应保证其表面无油、垢等赃物。

2、焊前准备

(1)坡口制备

①坡口形状及尺寸见图2-3，其中承插焊法兰开一个环V型坡口，坡口角度为45°，坡口深度5mm。

②坡口制备以机械加工的方式。

③坡口及内外壁两侧的锈、油、垢等污物清理干净，露出金属光泽。

(2)对口装配

①小支管与法兰盘底端的轴向间隙为1～2mm，如图4所示。

3、焊接工艺

(1)采用钨极氩弧焊(TIG)的方法，采用308L实芯焊丝，其焊接工艺参数见表1。

表1

(2)选用焊嘴直径为钨棒直径为焊枪氩气流量为9～10L/min。

(3)层间温度100℃～120℃，温度测量用远红外测温仪。

小支管与法兰承插焊的结构如图1所示。

实施例2