[发明专利]核电站钢制安全壳自动焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接方法，尤其是一种核电站钢制安全壳自动焊接方法，属于核电站建造技术领域。

背景技术

核电站钢制安全壳（CV）作为非能动系统的重要组成部分，在事故工况下能有效阻止安全壳内部压力超出设计值和防止放射性物质外泄，是保证核电安全运行的重要设备之一。AP1000三代核电站钢制安全壳是一个密封性钢容器,包括底封头、筒体及顶封头三部分，均由40mm～50mm厚低合金高强韧SA738Gr.B钢板拼焊而成，焊缝总长约为3400m，坡口截面大，相比CPR1000、EPR等堆型核电站，焊接工作量至少增加了8倍。

核电建造对CV所有焊缝的质量要求非常严格，焊接接头的致密性、强韧性、焊接变形量等是必须控制和保证的质量指标。特别是，为防止40mm～50mm厚低合金高强韧SA738Gr.B钢板的焊接裂纹，消除焊后存在的残余应力确保焊接接头综合机械性能，CV所有焊缝均需采取严格、精确的热处理工艺，主要包括焊前预热、焊后消应力热处理等。

目前我国所有AP1000核电机组的建造中，CV焊缝的焊接均采用手工电弧焊（SMAW），热处理工作通常采用火焰烘烤法或简易支撑电加热法，存在以下问题：

1.SMAW工艺的电流、电压、焊接速度等能量参数波动性大，未熔合、夹渣、气孔等缺陷产生的几率较大，同时容易导致局部焊接变形超标，焊接质量的稳定性和一致性较差。

2.采用SMAW工艺需频繁更换焊条，焊接过程规律性中断，且清渣、打磨工作量大，焊接效率大打折扣，焊接工期难以得到确实保证。

3.火焰烘烤法为循环性局部集中加热，在散热面积大的客观条件下，采用此方法进行焊缝的热处理无法实现焊缝长度、厚度方向热处理温度的均匀分布和恒定化，热处理质量得不到保证，且烘烤到规定温度需要的时间长，消耗的可燃气体多。

4.简易支撑电加热法为重复性在焊缝上支撑固定加热块和在加热块上铺设保温棉，加热块与焊缝、保温棉与加热块不能紧密贴合，热传导和保温效果差，热处理质量存在较大风险，施工效率低。申请人曾经申请的201110351452.0、201210368249.9、201310304367.8、201310162438.5虽从不同角度对核电站建设中的焊接进行了改进，但均不能直接用于解决CV焊接的上述问题。

发明内容

本发明的首要目的在于：针对上述现有焊接存在的问题，通过工艺改进，提出一种可以使焊接质量得到保证的核电站钢制安全壳安装自动焊接方法。

本发明的进一步目的在于：针对上述现有热处理存在的问题，通过制作专用辅助装置，确保热处理效果，从而进一步保证核电站钢制安全壳安装自动焊接质量。

为了达到以上首要目的，本发明的核电站钢制安全壳安装自动焊接方法为：采用匹配实芯焊丝和预定工艺参数的熔化极活性气体保护电弧焊；

所述活性气体为体积80±5%氩气和20±5%二氧化碳混合气体，输出流量为15～40L/min；

所述实芯焊丝为材质与安全壳材质匹配的直径1.2±0.1mm盘装焊丝；

所述特定工艺参数为，焊接电流为频率90-170Hz的脉冲电流，

垂向焊缝采用摆动焊，焊接电源的平均电流为100A～150A，焊接电压为19V～22V，焊接行进速度为7～15cm/min，焊丝的伸出长度为10～15mm，焊丝在焊缝两侧的滞留时间为0.3s～0.9s，焊丝从焊缝一侧摆动至另一侧的速度为13～26mm/s，焊丝从焊缝一侧摆动至另一侧的宽度为5～20mm；

水平环缝采用直线焊，焊接电源的平均电流为140A～190A，焊接电压为20V～23V，焊接行进速度为15～35cm/min，焊丝的伸出长度为10～15mm。

理论和实践证明，采用本发明后，与现有SMAW工艺相比，具有以下优点：

1）脉冲电流降低了焊接热输入，焊接变形小，焊接接头具有更好的低温冲击韧性，同时增加了电弧对母材的熔透能力，有效抑制了未熔合和未焊透缺陷的产生；

2）科学确定垂向和水平焊缝的焊接方式、速度等参数，使焊接过程稳定、连续，局部焊接变形得到有效控制；

3）合理频率的脉冲电流、适当比例的混合气以及合适参数的实心焊丝相结合，实现了熔滴的喷射过渡，同时使焊接熔池冶金反应相对简单，焊接飞溅和气孔、夹渣产生几率大大减少，保证了焊缝的均匀美观。

因此采用本发明后能够有效提高焊接质量，并使整体焊接的质量更加稳定。

为了达到进一步的目的，还包括以下步骤：

——制作核电站钢制安全壳热处理专用辅助装置,