蒸汽發(fā)生器監(jiān)造中的焊接質(zhì)量控制

趙素朝　張強　宋煒

【摘 要】蒸汽發(fā)生器是核電站一、二回路的樞紐，是一回路壓力邊界的關(guān)鍵設(shè)備之一，承擔(dān)保持第二道安全屏障的完整性，其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全性極度重要。本文針對蒸汽發(fā)生器關(guān)鍵焊接工序，從設(shè)備監(jiān)造的角度，對焊接質(zhì)量控制要點進(jìn)行了歸納總結(jié)，為后續(xù)蒸汽發(fā)生器設(shè)備監(jiān)造提供參考。

【關(guān)鍵詞】蒸汽發(fā)生器；監(jiān)造；質(zhì)量控制；焊接

1 蒸汽發(fā)生器簡介

蒸汽發(fā)生器是核電廠一回路壓力邊界的關(guān)鍵設(shè)備之一，承擔(dān)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(zhuǎn)換設(shè)備。蒸汽發(fā)生器的可靠性對核電站的安全、經(jīng)濟運行起著舉足輕重的作用。

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

2 蒸汽發(fā)生器焊接質(zhì)量控制

質(zhì)量控制主要是從影響質(zhì)量的五個因素即人員、設(shè)備、原材料、方法及環(huán)境五個方面進(jìn)行控制，質(zhì)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(jìn)行檢查、對采用的焊接工藝評定的有效性進(jìn)行檢查，檢查焊材規(guī)格、型號是否與工藝規(guī)程要求相一致，檢查焊接工藝文件，包括預(yù)熱規(guī)程、焊接工藝規(guī)程、焊后的去氫及中間熱處理規(guī)程是否為有效版本；焊縫表面清潔，無油污等雜質(zhì)；焊機、變位器或滾輪架經(jīng)調(diào)試合格。對于有焊接見證件要求的焊縫，還應(yīng)檢查其見證件是否具備條件。

焊接中：開始焊接前要進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到規(guī)定溫度后開始焊接，焊接過程中對各焊接參數(shù)進(jìn)行檢查（查記錄或見證測量），包括預(yù)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(jìn)行消氫處理。對手工電弧焊，還檢查焊條的烘烤記錄及現(xiàn)場保溫情況。另外在焊接中還要注意對焊接件證件的質(zhì)量控制。

焊接后：進(jìn)行后熱和焊后熱處理過程的控制。

3 蒸汽發(fā)生器制造中幾個關(guān)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(shù)是整個蒸汽發(fā)生器制造中的關(guān)鍵技術(shù)之一，堆焊質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響蒸汽發(fā)生器管板一次側(cè)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(chǎn)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(shù)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(jìn)行MT檢查，確保焊接表面無缺陷；

2）對管板表面進(jìn)行清潔去除油漬等雜物；

3）重點控制帶級堆焊區(qū)焊接時的預(yù)熱溫度、層間溫度及焊接速度；

4）管板堆焊層缺陷多出現(xiàn)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(jìn)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(huán)焊縫焊接

蒸汽發(fā)生器主環(huán)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(huán)焊縫采取窄間隙埋弧自動焊，窄間隙焊常應(yīng)用于低合金鋼厚壁容器，目前國內(nèi)的窄間隙埋弧自動焊技術(shù)比較成熟，監(jiān)造工作中主要從以下幾個方面進(jìn)行監(jiān)督控制。

1）焊接前應(yīng)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(nèi)無銹漬、油漬等，滲透檢查無裂紋等缺陷；

3）焊前預(yù)熱符合焊接規(guī)程要求，一般控制在≥150℃；

4）焊接過程中檢查各焊接參數(shù)應(yīng)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(nèi)。各焊接參數(shù)——焊接電流、焊接電壓、焊接速度等與焊接工藝規(guī)程一致；

5）內(nèi)側(cè)焊縫進(jìn)行清根時應(yīng)徹底；

6）焊縫焊接完畢應(yīng)立即進(jìn)行消氫熱處理，控制進(jìn)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(fā)生器一回路水進(jìn)出口接管的安全端焊接是蒸汽發(fā)生器制造中的關(guān)鍵焊接工序。接管安全端焊接接頭是先在接管管嘴上預(yù)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(zhì)元素，極易產(chǎn)生微裂紋。鎳基合金在高溫熔化狀下，極易被氧化而產(chǎn)生低熔點的氧化物雜質(zhì)，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(jù)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(jìn)行控制。

1）所使用焊絲的關(guān)鍵性能指標(biāo)應(yīng)考慮在標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)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(biāo)，雜質(zhì)元素含量控制及其它元素總含量控制等，并嚴(yán)格控制焊絲表面清潔度。

2）檢查各焊接參數(shù)符合焊接規(guī)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(yīng)的資質(zhì)，有較高的技術(shù)水平，還要有較強的責(zé)任心和質(zhì)量意識。

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

5）注意檢查焊接環(huán)境，如焊接臺位的防風(fēng)、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(zhì)氧化層應(yīng)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(nèi)側(cè)清根。監(jiān)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(diào)范圍窄，缺陷產(chǎn)生的因素是綜合性的，在蒸汽發(fā)生器安全端焊接中都出現(xiàn)過缺陷。所以要充分分析影響焊接質(zhì)量的各個因素，加以控制。

3.4 管子管板焊接

蒸汽發(fā)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(jìn)行焊接。焊縫考核要求主要有：外觀成形，焊縫尺寸（焊接區(qū)管子內(nèi)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(zhì)、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(qū)域清潔度控制；

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

3）按規(guī)程要求焊接見證件，并進(jìn)行尺寸及目視檢查；

4）焊接參數(shù)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(zhuǎn)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(yīng)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(nèi)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(guān)系，所以在接過程中要及時檢查鎢極并更換。

4 結(jié)束語

目前，核電蒸汽發(fā)生器制造基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，但國內(nèi)制造廠的質(zhì)保力量普遍較弱。本文通過歸納總結(jié)的方法，對蒸汽發(fā)生器制造中的幾個關(guān)鍵焊接工序的控制要點進(jìn)行了介紹。在蒸汽發(fā)生器的監(jiān)造中，監(jiān)造人員要合理運用監(jiān)造手段，加強對設(shè)備制造中的質(zhì)量控制，確保蒸汽發(fā)生器制造質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：湯靜]