核容器焊接技術的應用與發展

劉全印

1. 主要焊接技術及問題

核電設備制造安裝應用的焊接技術主要有：窄間隙埋弧焊，接管與封頭或筒體的馬鞍焊接，小直徑管內壁堆焊，管板、筒體、封頭大面積帶極堆焊以及管與管對接自動氦弧、氬弧焊接等。這些焊接方法在國內幾大制造廠均已成熟應用并不斷創新。

目前，從核電制造的技術層面來看，核電行業標準制定、修訂滯后問題較為突出，如正在修訂的GB/T 16702的適用范圍僅為二代改進型，而我國今后技術路線以三代核電為主。核電行業標準修訂參考國外標準版本滯后，如目前國內三代核電ACP1000參考法國RCC—M 2007版設計，但我國目前主要核電行業標準都是參考RCC—M2000版編制或修訂；同時核電行業不同標準間還存在矛盾或沖突的問題，這些都是需要解決的問題。

2. 焊接技術和設備的未來發展趨勢。

對焊接設備而言，在可靠安全的前提下，自動化焊接是未來發展趨勢，特別是針對某類型核容器焊接用的焊接專機也會有較大需求。如熱絲TIG焊機、窄間隙埋弧焊機、管與管板焊機等，要求焊機在長時間工作時，焊接質量穩定可靠，焊機可實現編程、程序存儲、存儲并輸出規范焊接參數記錄等功能。為了滿足三代核電部分核容器的特殊結構焊接需求，焊接專機需要根據特殊結構尺寸進行量身定做，如三代核電的安注箱設備為大型球形容器，直徑超過5m，由上下頂圓與球形瓜瓣組成，為了實現球形瓜瓣焊縫的內、外側自動焊接，就需要對原焊接操作機改造或訂購新的焊接專用設備進行焊接。

3. 對焊材的應用要求

就核設備用焊材而言，目前主推的第三代核電對焊材的要求有如下不同：

（1）早期的安全端焊接或內壁堆焊，采用不銹鋼或鎳基合金，鎳基合金選用600型的NiCrFe—3型焊接材料，為了提高焊縫的耐應力腐蝕能力和防止失塑性裂紋，三代核電設計文件規定禁用600型的NiCrFe—3型焊接材料，規定必須采用690型的NiCrFe—7型焊材，該類型的焊材目前主要還依賴進口，國內焊材尚無應用業績。

（2）用于堆焊的焊帶，無論是不銹鋼焊帶還是鎳基焊帶，均對焊帶的熔敷金屬提出抗拉強度的要求，如不同的項目對不銹鋼焊帶熔敷金屬的最小抗拉強度要求值在520~550MPa，對鎳基焊帶的抗拉強度要求≥590MPa，而且該強度要求不論是焊態還是熱處理態均要得到滿足。但就工程應用的結果來看，目前制定的強度指標即使是進口焊材也較難達到。

（3）焊材需要經過更長時間的熱處理。由于裝配工藝順序的不同，在核容器制造過程中，焊接的部件要主動或被動的經歷多次熱處理，相比二代半而言，三代核電設計要求焊材在更長時間的熱處理下其性能依然要得到保證，如穩壓器（PRZ）設備焊材要求經歷40h的熱處理后其性能依然得到保證；蒸汽發生器（SG）焊材要求經歷48h的熱處理后其性能依然要滿足設計要求，這些要求需要進行多批次試驗，證明焊材性能穩定的前提下，方可用于設備制造。

4. 切割技術要求

就焊接坡口制備而言，由于熱切割會對材料表面造成污染，并且此方式會存在熱影響區，對母材性能存在影響較大，故核電設備熱切割的坡口不能直接用來焊接，而必須進行打磨或用其他機械方式去除熱影響區后方能焊接，因而在采用熱切割時不能直接切割到要求尺寸，而必須留有較大余量，在熱切割后用機械加工方式去除一直到要求尺寸。這樣不僅影響了熱切割的效率，而且使得熱切割在核電行業坡口制備方面應用受到限制，較多應用的是機械加工或打磨的冷加工方式。