0AP1000核電銅母線現(xiàn)場焊接質(zhì)量控制

摘 要：文章介紹了AP1000壓水堆核電機(jī)組銅母線現(xiàn)場組對焊接質(zhì)量控制要點(diǎn)，針對純銅高熱導(dǎo)率、高熱裂敏感性、易產(chǎn)生氣孔等特點(diǎn)，以及現(xiàn)場安裝空間受限、組對易發(fā)生變形、不易焊前預(yù)熱等難點(diǎn)，進(jìn)行了分析研究，通過采取手工鎢極氬弧焊的焊接方法，找出了適合純銅焊接的工藝參數(shù)、質(zhì)量控制方法和措施，保證了銅母線現(xiàn)場焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：銅母線；鎢極氬弧焊；焊接工藝；操作要領(lǐng)

1 純銅的焊接特點(diǎn)

1.1 熱導(dǎo)率高。常溫下純銅的導(dǎo)熱系數(shù)比碳鋼的大八倍，焊接過程中電弧的熱量被迅速傳導(dǎo)出去，使純銅焊件局部難以熔化，導(dǎo)致母材金屬難以與焊縫金屬充分熔合，從而產(chǎn)生未焊透或未熔合等焊接缺陷。因此，焊接純銅時必需利用大量的熱源進(jìn)行預(yù)熱。但大量的熱源會造成母材焊接變形更加嚴(yán)重，所以要采取相應(yīng)的防變形措施（如利用夾具）。

1.2 焊縫熱裂傾向大。純銅的線膨脹系數(shù)比碳鋼大15%左右，收縮率比碳鋼大一倍左右，當(dāng)焊縫層間溫度相差較大時，極易產(chǎn)生熱裂紋，故焊接時要保持穩(wěn)定的層間溫度。焊前必須徹底清理焊接材料和母材金屬的表面，減少有害雜質(zhì)的來源，并在焊接過程中利用硼砂等對熔池進(jìn)行脫氧處理，加強(qiáng)對熔池的保護(hù)。

1.3 焊縫易產(chǎn)生氣孔。純銅焊接時，易在焊縫中產(chǎn)生氣孔。因?yàn)殂~的導(dǎo)熱系數(shù)比較高，純銅在液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)過程中，焊縫熔池快速冷卻并凝固，液態(tài)時溶解的大量氫、氧、二氧化碳等氣體來不及從熔池中逸出，結(jié)晶時就在焊縫中心或熔合線上形成氣孔。所以，為避免氣孔的產(chǎn)生，應(yīng)選用含有強(qiáng)脫氧劑的填充材料（如含有磷和硅作為脫氧劑的S201焊絲），并采取預(yù)熱措施。

2 純銅焊接工藝的選擇

2.1 焊接方法的選擇。純銅最常用的焊接方法有手工鎢極氬弧焊、碳弧焊、埋弧焊等幾種。但手工鎢極氬弧焊焊接時熱量集中，焊接熱影響區(qū)窄，焊件變形小，氬氣對熔池的保護(hù)效果好，熔池易控制，焊縫成形美觀，特別適合中薄件的焊接。AP1000核電機(jī)組銅母線厚度為10mm，故選用手工鎢極氬弧焊工工藝較為適合。

2.2 焊接材料及機(jī)具的選擇。選用的焊絲應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9460-2008《銅及銅合金焊絲》中的規(guī)定及要求。焊縫焊后的抗拉強(qiáng)度、耐蝕性能、塑性等應(yīng)高于母材的下限標(biāo)準(zhǔn)值（退火狀態(tài)），焊接性能良好，導(dǎo)電性能良好且滿足加工和使用要求。故純銅焊接時，添加熔劑易選擇CJ301材料，焊接材料易選用純銅焊絲（HS201），焊接材料必須經(jīng)過報(bào)審合格后方可領(lǐng)入現(xiàn)場使用。電焊機(jī)推薦選擇WSME-500逆變式交直流脈沖焊機(jī)。

2.3 預(yù)熱方法的選擇。由于純銅的導(dǎo)熱系數(shù)很強(qiáng)，為改善結(jié)晶條件，降低焊縫冷卻速度，保證焊接質(zhì)量，焊接前必需對母材進(jìn)行預(yù)熱。利用電加熱和利用火焰加熱是預(yù)熱常用的兩種方法。但使用火焰加熱時易造成母材損傷、溫度不均勻、熱量流失快等缺點(diǎn)，不易控制焊接質(zhì)量。但電加熱時，通過溫度傳感器，設(shè)備對預(yù)熱溫度自動進(jìn)行精確控制，可有效保持恒定的預(yù)熱溫度，熱量不會流失，易于控制焊接質(zhì)量。故純銅焊接時，選擇電加熱工藝進(jìn)行預(yù)熱為宜。

2.4 焊接工藝參數(shù)的選擇。母線焊接的規(guī)范參數(shù)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝卡的規(guī)定，焊接前將無水酒精與熔劑CJ301混合在一起調(diào)成糊狀，在焊絲表面和母材坡口均勻涂敷，預(yù)熱溫度加熱到規(guī)定的溫度后及時焊接。焊接工藝參數(shù)詳見表1。

3 純銅焊接要點(diǎn)

3.1 焊前準(zhǔn)備。坡口的尺寸、清潔度和表面形狀應(yīng)符合圖紙、規(guī)范或工藝文件的要求。采用冷加工等機(jī)械方法進(jìn)行坡口制備，坡口上不應(yīng)有分層、折疊、裂紋、撕裂等缺陷。坡口及其兩側(cè)30-50mm寬度的金屬表面焊前應(yīng)清除氧化膜（可用φ0.15-0.2mm不銹鋼絲刷或金屬磨頭），用無水酒精或丙酮（沾丙酮的白布應(yīng)干凈，不要使用棉布或棉紗，以避免擦拭時帶出毛絨）等有機(jī)溶劑清洗去除油脂、水分與其他污染物。應(yīng)保持母材焊件、焊絲的干燥和清潔，清理干凈后不能用手或其它雜物接觸焊接部位，避免焊件二次污染，否則應(yīng)重新進(jìn)行清理。局部污染可局部重新清理，最好用白紙覆蓋在已清理過的坡口兩側(cè)。如銅母線清理后不能及時施焊，超過4小時后，應(yīng)重新按要求清理后再焊接。母線的組對嚴(yán)格按照DL/T 754-2013《母線焊接技術(shù)規(guī)程》和相關(guān)設(shè)計(jì)文件中的規(guī)定及要求進(jìn)行。

3.2 焊縫組對。銅母線焊接前組對應(yīng)嚴(yán)格按照DL/T 754-2013《母線焊接技術(shù)規(guī)程》和相關(guān)設(shè)計(jì)文件中的規(guī)定及要求進(jìn)行。為防止焊接變形，需要利用自制夾具將銅板和銅墊塊壓緊，保持緊密接觸，保證對口尺寸要求。

3.3 焊接前預(yù)熱措施。選擇電加熱方式對純銅進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在300-450℃。為提高預(yù)熱工作效率和改善焊工工作條件，可以自行設(shè)計(jì)制作專用的銅排預(yù)熱夾具，即：在自制的預(yù)熱夾具內(nèi)先裝上保溫棉，然后加裝與夾具盒匹配的加熱片，兩個盒子一組，一個焊接接頭需要兩組，接頭兩側(cè)各一組來給銅母線加熱，確保了整個焊接過程預(yù)熱溫度的穩(wěn)定，在保證預(yù)熱溫度準(zhǔn)確性的同時，可以大大提高勞動生產(chǎn)率。

3.4 焊接操作要領(lǐng)。現(xiàn)場裝配時，銅墊塊要超出母線導(dǎo)體兩端5-10mm，一端超出的墊塊長度可適當(dāng)長些。焊接時應(yīng)在墊板上引弧，待溫度達(dá)到工藝要求的溫度（300-450℃），電弧過渡到銅母線坡口內(nèi)后正常焊接。焊接過程中應(yīng)注意觀察母材熔池顏色及狀態(tài)，及時添加焊絲，均勻移動焊槍，防止過熱導(dǎo)致熔池下掛，形成缺陷。焊槍與焊件保持近似90°的夾角，便于令熱源集中及方便填加焊絲。焊絲與焊件間保持20-30°的夾角，操作時保持穩(wěn)定的電弧長度（一般3-5mm），焊槍左右擺動均勻，向前運(yùn)弧速度恒定。收弧時，應(yīng)適當(dāng)增加高頻衰減的時間，并適當(dāng)填充焊絲，使接頭處飽滿后，再進(jìn)行衰減收弧。焊接過程中要保持穩(wěn)定的層間溫度，且應(yīng)高于預(yù)熱溫度。每層施焊完畢，并進(jìn)行層間清理干凈后，應(yīng)繼續(xù)在焊縫及坡口邊緣均勻涂抹CJ301糊狀熔劑，達(dá)到增加熔池鐵水流動性、有效清除各種氧化物、提高焊接質(zhì)量目的。焊接完成后，接頭自然冷卻至常溫前，應(yīng)避免震動或受力，然后拆除保溫裝置和固定夾具。焊后可對焊接接頭進(jìn)行輕輕錘擊，以改善焊縫性能，消除殘余應(yīng)力，防止變形。

4 焊接質(zhì)量檢查

焊接接頭數(shù)量總數(shù)為1341只，所有焊縫經(jīng)外觀檢查、驗(yàn)收評定、報(bào)驗(yàn)合格后，進(jìn)行滲透和射線無損檢驗(yàn)。滲透檢驗(yàn)達(dá)到JB/T 4730.5的Ⅱ級，檢驗(yàn)比例100%，合格率100%；射線檢驗(yàn)達(dá)到JB/T 4730.2 的Ⅲ級（也可參照L/T 754-2013《母線焊接技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行），檢驗(yàn)比例符合設(shè)計(jì)要求，無損探傷合格率99.2%；焊接結(jié)束后，按規(guī)程GBJ149-1990的要求，采用雙臂電橋法進(jìn)行電阻率測試，測定的最大電阻率為0.014Ωmm2/m， 測定結(jié)果完全符合要求。

5 結(jié)束語

通過對結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)、純銅的焊接性分析及工藝試驗(yàn)，確定了合理的焊接方法、焊接順序、焊接工藝、焊接參數(shù)，制作了專用對口夾具、預(yù)熱夾具，提高了焊接質(zhì)量，降低了機(jī)組非正常停機(jī)的概率，確保了機(jī)組長期的安全穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了減少能源浪費(fèi)、降低經(jīng)濟(jì)損失的目的。同時，銅母線焊口一次探傷合格率的提升，不僅減少了返修焊口的數(shù)量，提高了施工人員、機(jī)械的勞動效率，節(jié)約了工程項(xiàng)目的施工成本，還加快了工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度，對于今后純銅焊接施工提供了有力的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

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[4]GB/T 9460-2008.銅及銅合金焊絲[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008，6.

作者簡介：劉樹生（1970，1-），男，本科學(xué)歷，助理工程師，焊接高級技師，現(xiàn)在山東電建一公司工作。