核級Ti—35鈦合金制壓力容器角接接頭質量控制概述

魏侃+石養鑫+張成+樊戰平

【摘 要】論文主要闡述了核級Ti-35合金制壓力容器角接接頭質量控制方法，從設計到制造工藝進行了簡單的介紹。

【Abstract】This paper mainly introduces the quality control method of the angle om joint of nuclear grade Ti-35 alloy pressure vessel， and makes a brief introduction of the technology from design to manufacturing.

【關鍵詞】Ti-35合金；角接接頭；質量控制；壓力容器

【Keywords】 Ti-35 alloy； angle joint； quality control； pressure vessel

【中圖分類號】TG407 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0120-02

1 壓力容器角接接頭質量較難控制和質量差的原因分析

①角接接頭一般都位于容器結構不連續的特殊部位，如設備人孔接管與封頭的連接處，接管與殼程筒體的連接處，夾套與設備筒體的封板連接處的角接接頭，使用過程中其應力集中較大，受力情況較復雜，不僅受拉伸應力，而且還要受到較大的彎曲和剪切應力，而角接接頭承受彎曲，剪切應力的能力較弱，加上角接接頭的幾何形狀有急劇的變化，力線的傳遞比對接焊縫復雜，在焊縫根部和焊趾處存在較高的應力集中。應力集中較大，焊縫強度較差，給壓力容器的角接接頭帶來先天不足。

②角接接頭由于結構原因，無法進行常規的射線檢測和超聲波檢測，焊接接頭內部缺陷較難檢測，使其焊縫內部質量不易保證，從而減弱了焊縫使用性能。

③角接接頭受力復雜，角接接頭的強度可靠性在設計和制造中都是很難控制的，容易在設計和制造環節忽略對其的質量和強度要求。

④角接接頭一般只進行表面檢測如目視檢測﹑滲透檢測和磁粉檢測，制造過程中對角接接頭質量放松，沒有像對接焊縫那樣進行嚴格的質量控制。

⑤壓力容器中的角接接頭實際上是一種組合焊縫，是由對接焊縫和角接接頭二部分組成。其焊接要求與對接焊縫有很大區別，相關焊接規范未對角接接頭焊接提出具體的焊接工藝評定要求，造成角接接頭的焊接質量難以保證。

⑥角接接頭與對接焊縫的不同之處在于，由于其結構原因，清根過程很難控制，打底焊接以及定位焊均會保留在整個焊縫中，采用雙面焊接，焊接接頭質量效果較差。

⑦角接接頭質量與坡口形式有較大的關系，在機械加工過程中，開孔形式為異形尺寸，無法精確達到規定的形狀尺寸和間隙要求，造成在焊件裝配過程中產生誤差，焊接操作人員施焊困難，焊接接頭質量會造成影響。

2 如何提高Ti35鈦合金制壓力容器角接接頭質量

作為應用于核級的壓力容器，其焊接接頭的質量顯得更為重要。因此要特別強化其角接接頭（圖1）焊接質量控制。[1]

2.1 加強角接接頭的質量控制意識

由于角接接頭的受力情況和質量控制與比對接焊縫差異很大，在制造過程中應受到更高的重視，角接接頭一般不進行內部無損檢測，沒有具體的質量考核指標，在焊接質量控制中，只突出對接焊縫的質量，缺少系統規范的角接接頭的制造、焊接工藝，甚至發生無證人員進行焊接接頭的操作。因此要保證角接接頭的質量，必須加強質量意識教育，將角接接頭質量與對接焊縫等同要求，使相關人員均重視角接接頭的質量，提高角接接頭的質量控制意識。

2.2 完善角接接頭的焊接工藝評定

針對新材料的特殊性，根據角接接頭的特點，要嚴格按照標準規范完成角接接頭的焊接工藝評定，特別針對要求焊透的角接接頭的焊接工藝評定，確定可靠的焊接工藝參數。

2.3 做好焊前準備，焊縫坡口質量作為重點

焊縫坡口宜采用機械加工，坡口質量包括坡口角度、尺寸、裝配間隙等一定要符合圖紙要求，若為非圓形開孔，設計標準開孔樣板，并將其修磨，符合工藝要求。

2.4 加強打底焊的質量控制

角接接頭采用雙面焊時，由于打底焊及定位焊一般不能清除，都保留在焊縫中，要特別注意定位焊和打底焊的質量。當必須采用單面焊焊接時，一定要按照圖紙和焊接工藝的要求方法進行焊接，有墊板的必須加墊板，要用氬弧焊打底的必須按規定方法焊接。單面焊的打底焊質量不易控制，應要求有焊接經驗的固定人員擔任打底焊工作，提高角接接頭的根部質量。

2.5 焊接過程質量控制

在角接接頭的施焊過程中，對其每層的焊接質量都要進行檢驗檢測。焊接人員應嚴格按照焊接工藝規范進行焊接。由于結構原因，采用單面焊的結構（圖2），打底完成后，應進行間接目視檢測，即采用工業視頻內窺鏡對其進行目視檢測，主要觀察焊縫是否焊透，焊縫表面是否存在表面缺陷，如有，應及時進行返修，由焊接技術人員出具相應返修方案，操作人員應嚴格按照相關方案進行返修。對于Ti35鈦合金角接接頭成型過程，應對每層焊縫進行目視檢測和滲透檢測，以確保焊接質量。焊縫成型后，經外觀檢測合格后，如能進行射線檢測的結構，應進行射線檢測。

2.6 焊接接頭的圓滑過渡

角接接頭的外觀幾何尺寸在實際工況中易產生應力集中，焊接時必須與母材圓滑過渡，焊縫表面平滑，焊喉及焊腳尺寸必須達到圖紙及標準要求。

2.7 焊接操作方法的有效選擇

角接接頭焊接過程中，無法一直處于平焊或者橫焊的位置。為保證其焊接質量，應采用焊接工裝，采用焊接質量較好的平位或者易操作的焊接位置，由于轉動困難等其它原因，不能采用平焊時，要制定相應的焊接工藝，并由持證焊接操作人員進行焊接，完成焊接工作。

2.8 注重焊接接頭的質量檢驗檢測

對于Ti-35鈦合金制壓力容器的角接接頭質量控制，在檢驗過程中加強檢驗焊接工藝的執行率。焊接檢驗員及相關責任工程師應定期進行監督檢驗，對焊接過程的關鍵因素進行嚴格控制，如焊接裝配質量、打底焊、焊接工藝的執行和焊縫表面質量的檢查，達不到規定要求，嚴禁施焊。依據產品結構和焊接接頭的使用工況，設置必要的停止點，必須經焊接檢驗員及相關責任工程師監督檢驗合格后才能允許轉入下一道制造工序。

2.9 可靠性檢測方法

對于關鍵設備的角接接頭，應設計相應的檢測工裝進行

①耐壓試驗

②氣密性試驗

③氦檢漏試驗

通過以上三種可靠性檢測方法，完全可以確保角接接頭的焊接質量。

3 結論

①角接接頭是目前壓力容器質量比較薄弱的環節之一，也是核級容器制造過程中的薄弱環節，在整個設計、制造、檢驗等各個環節中應進行合理有效的控制，確保壓力容器及核級壓力容器的質量。

②推薦采用合理的質量控制方法，在檢驗環節，通過一系列的組合可靠性檢測方法，完成對設備角接接頭的質量檢測，提高角接接頭的焊縫質量。

【參考文獻】

【1】吳金平，楊英麗，等. 后處理設備用Ti-35合金材料研究[D].西安：西北有色金屬研究院，2006.