蒸汽發生器監造中的焊接質量控制

趙素朝　張強　宋煒

【摘 要】蒸汽發生器是核電站一、二回路的樞紐，是一回路壓力邊界的關鍵設備之一，承擔保持第二道安全屏障的完整性，其設備結構復雜，安全性極度重要。本文針對蒸汽發生器關鍵焊接工序，從設備監造的角度，對焊接質量控制要點進行了歸納總結，為后續蒸汽發生器設備監造提供參考。

【關鍵詞】蒸汽發生器；監造；質量控制；焊接

1 蒸汽發生器簡介

蒸汽發生器是核電廠一回路壓力邊界的關鍵設備之一，承擔保持第二道安全屏障的完整性，又是一、二回路熱量交換的轉換設備。蒸汽發生器的可靠性對核電站的安全、經濟運行起著舉足輕重的作用。

目前國內核電站蒸汽發生器多為立式、自然循環、U型管式結構。主要包括下封頭組件、傳熱管束組件、二次側殼體、二次側下部內件和上部內件等部件。各部件間的連接多為焊接結構，焊接質量決定著蒸汽發生器的整體質量。因此在蒸汽發生器監造過程中，加強焊接過程中的質量控制尤為重要。

2 蒸汽發生器焊接質量控制

質量控制主要是從影響質量的五個因素即人員、設備、原材料、方法及環境五個方面進行控制，質量控制的方式主要是事前控制、事中控制、事后控制。

焊接前：對焊工資格進行檢查、對采用的焊接工藝評定的有效性進行檢查，檢查焊材規格、型號是否與工藝規程要求相一致，檢查焊接工藝文件，包括預熱規程、焊接工藝規程、焊后的去氫及中間熱處理規程是否為有效版本；焊縫表面清潔，無油污等雜質；焊機、變位器或滾輪架經調試合格。對于有焊接見證件要求的焊縫，還應檢查其見證件是否具備條件。

焊接中：開始焊接前要進行預熱，達到規定溫度后開始焊接，焊接過程中對各焊接參數進行檢查（查記錄或見證測量），包括預熱溫度、層間溫度、焊接速度、焊接電流、焊接電壓等。焊接中如有中斷，要及時進行消氫處理。對手工電弧焊，還檢查焊條的烘烤記錄及現場保溫情況。另外在焊接中還要注意對焊接件證件的質量控制。

焊接后：進行后熱和焊后熱處理過程的控制。

3 蒸汽發生器制造中幾個關鍵的焊接工序

3.1 管板堆焊

管板690鎳基合金帶極堆焊技術是整個蒸汽發生器制造中的關鍵技術之一，堆焊質量的優劣將直接影響蒸汽發生器管板一次側的耐腐蝕性及管子與管板間焊縫的綜合性能。管板堆焊采用帶極電渣堆焊及手工堆焊，堆焊面積大，堆焊中在相鄰兩道焊縫的搭接處易產生夾雜或未熔合等缺陷，在管板堆焊中，除了對焊工資格、焊材、焊接工藝文件及焊接過程參數檢查控制外，還要注意以下幾個方面的控制：

1）管板堆焊前對堆焊表面進行MT檢查，確保焊接表面無缺陷；

2）對管板表面進行清潔去除油漬等雜物；

3）重點控制帶級堆焊區焊接時的預熱溫度、層間溫度及焊接速度；

4）管板堆焊層缺陷多出現在兩道焊縫的搭接處，所以要求焊接人員檢查上一道焊縫的邊緣角度，如不合適要進行打磨并清理干凈；

5）加強缺陷返修的控制，特別要注意打磨后的清理。

3.2 主環焊縫焊接

蒸汽發生器主環焊縫包括：管板與下封頭、管板與筒體、上封頭與筒體及筒體間的焊縫。主環焊縫采取窄間隙埋弧自動焊，窄間隙焊常應用于低合金鋼厚壁容器，目前國內的窄間隙埋弧自動焊技術比較成熟，監造工作中主要從以下幾個方面進行監督控制。

1）焊接前應檢查坡口尺寸、錯變量符合圖紙要求；

2）檢查焊接坡口及附近50mm內無銹漬、油漬等，滲透檢查無裂紋等缺陷；

3）焊前預熱符合焊接規程要求，一般控制在≥150℃；

4）焊接過程中檢查各焊接參數應滿足焊接工藝文件要求，焊接過程中層間溫度一般控制在300℃以內。各焊接參數——焊接電流、焊接電壓、焊接速度等與焊接工藝規程一致；

5）內側焊縫進行清根時應徹底；

6）焊縫焊接完畢應立即進行消氫熱處理，控制進爐溫度、升/降溫速率、保溫溫度和時間、冷卻方式等與熱處理工藝一致。

3.3 接管安全端焊接

蒸汽發生器一回路水進出口接管的安全端焊接是蒸汽發生器制造中的關鍵焊接工序。接管安全端焊接接頭是先在接管管嘴上預堆焊鎳基合金，然后在堆焊面上加工出坡口，用鎳基合金焊材將不銹鋼安全端焊接在接管嘴上。焊接方法一般采用自動TIG焊。安全端焊接是異種鋼焊接，鎳基合金可焊性較差，對材料的純度要求高，如材料中存在微量的雜質元素，極易產生微裂紋。鎳基合金在高溫熔化狀下，極易被氧化而產生低熔點的氧化物雜質，并且粘度較大，與焊接坡口面的親合力較差，因此極易造成焊接的夾雜及未熔合缺陷。

根據安全端焊接這一特點，制造廠采用氣體保護的自動TIG焊接方法，在焊接過程中我們主要從以下幾個方面進行控制。

1）所使用焊絲的關鍵性能指標應考慮在標準或技術條件最低要求上增加一定的工藝裕度，如焊縫金屬塑韌性指標，雜質元素含量控制及其它元素總含量控制等，并嚴格控制焊絲表面清潔度。

2）檢查各焊接參數符合焊接規程的符合性，主要包括焊接電流、焊接電壓、送絲速度、脈沖頻率、層間溫度等，特別注意對層間溫度的控制。

3）安全端焊接受人的因素影響較大，所以焊接人員不但要有相應的資質，有較高的技術水平，還要有較強的責任心和質量意識。

4）鎢極對焊接質量也有一定的影響，監造人員在見證過程中應注意抽查電極的燒損情況。

5）注意檢查焊接環境，如焊接臺位的防風、防凍措施。

6）注意焊接過程中的清潔度檢查控制，如每一焊道表面的硬質氧化層應打磨干凈，并用丙酮清理干凈。

7）安全段焊接是先焊外部焊縫，內側清根。監造中注意清根檢查控制，要保證坡口尺寸和光潔度。

總的來說，安全端焊接難度高，可調范圍窄，缺陷產生的因素是綜合性的，在蒸汽發生器安全端焊接中都出現過缺陷。所以要充分分析影響焊接質量的各個因素，加以控制。

3.4 管子管板焊接

蒸汽發生器管子管板焊接采用不加焊絲的全位置自動氣體保護焊，焊接中直接熔化管子與管板堆焊層進行焊接。焊縫考核要求主要有：外觀成形，焊縫尺寸（焊接區管子內徑），最小泄漏通徑，焊接接頭金相和晶間腐蝕試驗。

管子管板焊接中除了焊工資質、焊接工藝文件的審查外，還要做好以下幾個方面的控制：

1）焊縫區域清潔度控制；

2）蒸汽發生器管子管板焊接前在試件上進行試焊，目視及尺寸檢查合格后才允許焊接產品；

3）按規程要求焊接見證件，并進行尺寸及目視檢查；

4）焊接參數控制，主要包括：起弧位置、焊接脈沖頻率、脈沖電流及寬度、電極位置（鎢極距管板表面距離）、機頭旋轉方式；焊后氣保護時間，保護氣體純度及氣體流量；

5）焊縫目視檢查：焊縫外觀應一致、均勻，且沒有氣孔、裂紋、凹槽、未融合、夾雜過焊等缺陷；

6）焊縫尺寸檢查：測量管子焊口內徑符合圖紙要求；

7）管子管板焊縫焊的外觀成形與顏色與鎢極有很大的關系，所以在接過程中要及時檢查鎢極并更換。

4 結束語

目前，核電蒸汽發生器制造基本實現國產化，但國內制造廠的質保力量普遍較弱。本文通過歸納總結的方法，對蒸汽發生器制造中的幾個關鍵焊接工序的控制要點進行了介紹。在蒸汽發生器的監造中，監造人員要合理運用監造手段，加強對設備制造中的質量控制，確保蒸汽發生器制造質量。

【參考文獻】

[1]張學榮.核電站蒸汽發生器質量監督[J].電力設備，2007，8（2）：55-57.

[2]唐偉寶.秦山二期600MW蒸汽發生器制造[J].南寧：2004年中國核能論壇，2004：156-169.

[3]鄒小平.秦山核電二期600MW蒸汽發生器關鍵焊接技術[J].鍋爐技術，2006，37（4）：5.

[責任編輯：湯靜]