核電站核島主管道窄間隙自動焊質量控制探析

摘 要：在核電站建設質量控制的各個項目中，核電站核島主管道的焊接是最為關鍵的一環，文章將以某4x1000MW核電站的核島主管道的焊接工藝來進行實例分析，其中將詳細介紹窄間隙自動焊接技術，并提出使用此項焊接技術時如何進行質量控制。使用該項焊接工藝的產品質量檢驗表明主管道采用窄間隙自動焊接技術是可行的，內在的質量以及所生產的產品外觀也都是滿足相應的設計要求。

關鍵詞：核島主管道；窄間隙自動焊；質量控制

引言

近些年來，為了有效縮短核電站建設中核島主管道建設的時間周期，降低相應的建造成本，采用惰性氣體來保護窄間隙自動焊的焊接工藝逐漸被廣泛使用。核電站的主回路管道又被稱為反應堆和冷卻劑的系統管道，在核反應堆運營的過程中將與反應堆壓力容器、蒸氣發生器以及主泵一同作用形成一條回路的壓力邊界。文章以國內某核電站在一期工程建設中擬建的四臺1000MW核電機組為例，系統介紹核電站核島主管道窄間隙自動焊的質量控制。

1 窄間隙自動焊焊接技術分析

1.1 窄間隙自動焊焊接技術的焊接方法

在核電站建設過程中，主管道的建設和焊接是最為重要的，對于焊接技術的要求也是最高的。在過去傳統的主管道焊接技術中，主要是采用焊條電弧焊接，而這種焊接工藝對于焊工的焊接技術有著非常高的要求，其管道的焊接質量會直接受到焊工技術水平的影響，甚至說同一個焊工在不同時期由于情緒不穩定或是身體狀況有所不同都會對焊接質量產生直接影響。并且該項焊接工作的工作強度過大，又不能由工作團隊合作完成，所以常常會導致焊工的焊接效率低緩，造成建造工期延長以及建造成本增加的局面。而近些年來逐漸被應用的窄間隙自動焊接技術可以不間斷的進行操作，大大提高了管道焊接的工作效率，目前比較常用的有窄間隙熔化極氣體保護焊（N-GMAW）、窄間隙埋弧焊（N-SAW）以及窄間隙鎢極氬弧焊（N-TIG）等[1]。在焊接的過程中，窄間隙自動焊焊接技術所使用的熔敷金屬的填充量也較傳統的焊接技術有所減少，降低了在焊接過程中花費于填充材料上的各項建造成本。另外，采用窄間隙自動焊的焊接接頭質量較過去有很大提高，其焊接過程中都是根據自動焊設備的標準焊接參數來進行的，其焊縫間的晶體組織排布均勻，且顆粒小，整個的焊接熱輸入也較為穩定合理。整個的焊接過程相對簡單，對于操作工人的技術要求有所降低，且整個的焊接工作都會進行視頻監控，使得焊接操作過程具有可視性及追溯性。

1.2 窄間隙自動焊焊接技術的填充材料

在主管道窄間隙自動焊焊接技術中，常見的焊接填充材料主要是不銹鋼實心焊絲。嚴格來說，運用在主管道窄間隙自動焊焊接技術中的焊絲在采購過程中都必須按照相關的采購技術規格書的規定來進行，并且還應該嚴格按照上游文件中的驗收標準來進行核驗。在對焊接材料進行儲存的過程中需要注意必須將其單獨放置，切勿與其他的焊接材料混合，對于儲存的環境也有所要求，其溫度需要控制在二十攝氏度以上，相對濕度應小于百分之五十五。其中ER316L主要是應用在支撐焊道和打底焊道直接的焊接，而ER316LSi主要是應用在蓋面焊道和填充焊道之間的焊接[2]。

1.3 窄間隙自動焊焊接技術的焊接設備

目前在核電站的建設過程中較為常用的窄間隙自動焊設備是自動焊機，而在我國嶺澳二期核電站建成之前受到焊接技術以及核島現場條件等諸多因素的影響，我國的自動焊技術僅僅局限于在設備制造廠中被運用，而在核電站的安裝現場則一直采用的是手工焊接技術。隨著焊接技術的不斷發展，自動焊技術才逐漸運用于核電機組。

2 主管道焊接中的常見問題及質量控制

目前在我國的陽江核電站以寧德核電站的建設過程中，窄間隙自動焊焊接技術已經在主回路管道中得到了充分的利用，雖然和過去傳統的焊接技術相比，不論是在焊接工藝還是產品質量上都有很大進步，但是在實際的焊接操作過程中，還是會出現諸多問題，比如燒穿、側壁熔合不良以及頻繁粘黏等現象，進而對主管道的建成質量造成了諸多的潛在風險。每個冷卻劑的回路都是由冷段、熱段以及過渡段三部分組成[3]。冷段連接的是主冷卻劑泵冷卻劑出口和反應堆壓力容器冷卻劑入口；熱段連接的是蒸氣發生器冷卻劑入口和反應堆壓力容器冷卻劑出口；而過渡段連接的則是主冷卻劑泵冷卻劑入口和蒸汽發生器冷卻劑出口。文章將以此核電站2號機組熱段U2焊口為例。

該主管道連接的是核電站壓力容器、主冷卻劑泵和蒸汽發生器，是核一級管道，也是一回路反應堆中冷卻系統的重要組成部分，控制著壓力邊界。主管道在運行的過程中將長期承受高溫高壓，最高溫可達380℃，壓力臨界值可達18MPa，所以說主管道的焊接質量直接影響到核電站是否能夠安全正常的運行，文章就主管道窄間隙自動焊過程中可能出現的問題提出以下質量控制措施。

2.1 燒穿

在焊接的過程中，如果焊接工一旦用力稍稍過猛，電弧就可能將坡口的鈍邊直接擊穿，或者將已經焊好的焊縫擊穿，高溫下融化的焊口金屬將會從坡口的背面流出，對主管道的金屬材料造成損傷，形成孔洞的現象。而造成這些問題的原因有很多，如在焊接過程中所使用的自動焊機機頭出現卡澀現象、主管道之間的焊接縫隙過大或錯邊量過大以及焊接過程中焊機的電流增大都可能造成管道燒穿的現象。所以在對主管道焊接的過程中，焊工需格外注意，盡量做到管道間零空隙、零錯邊，進而避免在焊接過程中出現燒穿問題的發生。另外，在對管道的底部進行焊接的過程中，應該要盡量從間隙最小的部位開始起狐，并且起狐部位盡量避開間隙處，等到焊接送絲完成之后，再逐步向焊縫的中心部位靠近。

2.2 側壁熔合不良

在主管道的焊接過程中，2GT位置160°-250°的焊縫根部下側以及3GT位置160°-250°的焊縫根部兩側都非常容易出現側壁熔合不良的現象，而造成這些問題的主要原因是焊機的電弧張開角度不足或是熱輸入量不足。而影響自動焊機的電弧張開角度的因素有很多，焊機使用的鎢極類型、電流的大小以及選擇的鎢極的錐度等等。所以在主管道焊接之前，相關的工作人員應該做足相關的準備工作，尤其要注意鎢極的種類選擇，保證鎢極尖沒有開叉的現象，然后根據實際的焊接情況來選擇是使用直鎢極還是彎鎢極。由于主管道的焊接技術所使用的參數都是通過相關機構驗證的，所以在焊接過程中一旦熱輸入量不足就會出現側壁熔合不良的現象，相關工作人員可以通過降低焊機的運行速度或是減小一定的電流基值來調解，也可以在一定的可調解范圍內適當增加峰值電流來緩解側壁熔合不良的現象。

2.3 粘黏

在管道焊接的過程中，鎢極在接觸到溶池之后可能造成短路現象，進而導致焊接工作沒有辦法順利進行下去，造成該現象可能是由于鎢極出現偏轉、冷卻水循環的不順暢或是層間溫度過高等引起。所以，工作人員應該要根據實際焊接情況來調整鎢極的縱向偏轉角度并定期更換冷卻水，在保證熔合良好的基礎上，盡量降低弧壓和基值電流，以此減少熱輸入量。

3 結束語

文章提出的核電站核島主管道窄間隙自動焊過程中可能出現的問題和解決方法，希望能給同類工程提供些許參考。

參考文獻

[1]湯順意.1000MW核反應堆主回路管道焊接質量控制[J].焊接技術，2013（5）：74-75.

[2]王健，馮英超.核電站主管道窄間隙自動焊常見問題及其調整方法[J].金屬加工（熱加工），2013（8）：113-114.

[3]夏超，馮浩.AP1000核電廠波動管窄間隙自動焊關鍵工藝[J].焊接技術，2016（2）：41-43.

作者簡介：周楊（1990-），男，江西省撫州市人，工作單位：中國能源建設集團廣東火電工程有限公司，職務：焊接工程師，研究方向：電力建設。