奧氏體不銹鋼壓力容器焊接變形控制

王麗思 徐井偉 劉英學(xué)

中圖分類號：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識：A 文章編號：1674-1145（2019）11-191-01

摘 要 文中通過對奧氏體不銹鋼容器典型焊縫進(jìn)行分析，提出奧氏體不銹鋼容器對接焊縫變形的形式、影響焊接變形的關(guān)鍵因素和控制焊接變形的幾點(diǎn)措施。根據(jù)分析結(jié)果提出現(xiàn)場不銹鋼容器焊接管理的控制要點(diǎn)，為工程質(zhì)量把關(guān)。

關(guān)鍵詞 奧氏體不銹鋼 壓力容器 焊接變形 控制

壓力容器作為一種焊接結(jié)構(gòu)，運(yùn)行條件苛刻，制造工藝較為復(fù)雜。核電廠的部分低壓容器（如核島含硼水儲存容器、冷卻劑儲存容器）由奧氏體不銹鋼經(jīng)過焊接加工而成，而焊接的主要技術(shù)問題是焊接變形，如何控制焊接變形或出現(xiàn)焊接變形怎樣矯正是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。因此，要對焊接變形問題加以重視，并對易出現(xiàn)變形問題的制造環(huán)節(jié)進(jìn)行防范與控制，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量與安全。

一、焊接變形分析

（一）結(jié)構(gòu)分析

核島含硼水儲存容器為奧氏體不銹鋼容器，其主要作用是在反應(yīng)堆更換燃料時，將容器內(nèi)的含硼水提供給換料水池，換料結(jié)束后，再將換料水池內(nèi)的含硼水儲存在含硼水儲存容器內(nèi)；失水事故時，為堆芯提供含硼水。含硼水儲存容器主要由下底板、下封頭、筒體、上封頭、附件焊接而成，而筒體作為主要部分，由2塊奧氏體不銹鋼鋼板卷制后對接焊成環(huán)板，整個筒體由4段環(huán)板通過焊接而成一個高5615±8mm、直徑6450±10mm的環(huán)狀腔體。

（二）焊接變形機(jī)理

焊接時，由于電弧的熱作用，電弧附近的金屬溫度顯著提高，而離電弧較遠(yuǎn)的金屬溫度較低，這樣使焊接件出現(xiàn)不均勻的熱膨脹，從而出現(xiàn)焊接變形。焊接變形分為縱向收縮變形、橫向收縮變形、彎曲變形、角變形、波浪變形等。

1.橫向收縮變形分析

對接接頭橫向收縮比較復(fù)雜，如果兩平板對接中間留有間隙，焊接時，坡口邊緣可以無拘束的移動，熱源掃過之后的坡口橫向閉合。在沒有坡口間隙（或存在定位焊或坡口楔塊使間隙活動的可能性很小）時，板材受熱后的膨脹將造成橫向擠壓使厚度增厚，冷卻后向外側(cè)膨脹的部分可以恢復(fù)，而厚度方向上的變形不可恢復(fù)，最終仍將產(chǎn)生橫向變形，但變形量比帶間隙情況小。

2.角變形分析

對接接頭角變形的根本原因是橫向收縮在板厚度上的分布不均勻所造成的。焊縫正面的橫向收縮量大，背面的收縮量小，這樣就會造成構(gòu)件平面的偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生角變形。對接接頭的角變形β隨坡口角度增大而增大。多層焊比單層焊的β大。層數(shù)、道數(shù)越多，β越大。焊接X型坡口，先焊的那一面的角變形β一般大于后焊面的角變形β。

二、焊接變形控制措施

（一）焊接變形防控措施

基于奧氏體不銹鋼容器筒體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及焊接變形機(jī)理的分析，結(jié)合容器制作經(jīng)驗(yàn)，對于容器筒體縱向焊縫和環(huán)向焊縫的焊接，可采取以下方法對其進(jìn)行焊接變形控制。

1.預(yù)變形法或反變形法

結(jié)合橫向收縮量公式及施工經(jīng)驗(yàn)，預(yù)先估計好焊接變形量為2.88mm，變形方向?yàn)闄M向收縮變形。所以，組對時對壓力容器筒節(jié)施加一個大小相等方向相反的變形與焊接變形相抵消，使構(gòu)件焊后保持設(shè)計要求。

2.選擇適當(dāng)?shù)氖┖复涡蚝头较?/p>

先焊筒體的縱向短焊縫，后焊環(huán)向長焊縫。兩縱向焊縫間的距離至少應(yīng)為100mm；對于選用的X型坡口，先焊內(nèi)側(cè)，后焊外側(cè)，使焊縫向內(nèi)側(cè)角變形；環(huán)向焊縫由2名焊工采用對稱焊，避免長焊縫局部受熱變形過大。

3.剛性固定

該方法是經(jīng)常采用的一種方法。這種方法是在沒有反變形的情況下，通過將構(gòu)件加以固定來限制焊接變形。這種方法可以防止角變形和波浪變形。

（二）焊接變形矯正措施

不銹鋼筒體壁板焊接后若產(chǎn)生的殘余變形超過允許的限度，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┯枰猿C正。筒體壁板環(huán)縫與縱縫處產(chǎn)生局部變形，可采用多點(diǎn)支壓或錘擊的機(jī)械矯正法，對變形構(gòu)件局部施加外力，使其產(chǎn)生反方向塑性變形以抵消原有的殘余變形。

三、焊接管理

現(xiàn)場焊接管理大致分為焊前、焊接過程中與焊后三個階段。

（一）焊前管理

監(jiān)管施工單位應(yīng)分析施工圖紙焊口信息規(guī)劃工藝評定，監(jiān)管施工單位應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)制作工藝評定，應(yīng)能夠滿足產(chǎn)品焊縫成型好、無缺陷及變形小的要求，理化試驗(yàn)機(jī)械性能應(yīng)滿足要求；監(jiān)管施工單位應(yīng)編制施工技術(shù)文件，對組對后的不銹鋼容器筒體直徑和高度進(jìn)行檢查確；監(jiān)管施工單位合理選用焊材，不銹鋼容器筒體焊接材料應(yīng)選用不銹鋼焊條，焊條應(yīng)經(jīng)入場驗(yàn)收合格，使用前焊條的烘干溫度和烘干時間應(yīng)滿足要求。

（二）焊接過程中管理

監(jiān)管焊工對工藝卡的執(zhí)行情況，如：焊接過程中檢查焊工使用的焊接參數(shù)是否超出工藝卡規(guī)定的要求，是否采用了對稱焊接方法；監(jiān)管焊接過程中是否有使用焊接防變形工裝。

（三）焊后管理

焊接工作完成后，監(jiān)管施工單位對筒體進(jìn)行直徑、垂直度及局部變形檢查，對出現(xiàn)的不符合進(jìn)行矯正；焊后對焊縫進(jìn)行外觀檢驗(yàn)、縫液體滲透檢驗(yàn)和射線探傷檢驗(yàn)。

四、結(jié)語

本文通過對奧氏體不銹鋼容器筒體對接焊縫焊接變形的種類及產(chǎn)生的因素分析，結(jié)合焊接變形常用控制方法，提出了筒體制作過程中應(yīng)采取的控制措施和日常監(jiān)督管理的控制要點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)；

[1]王元良.焊接及焊接結(jié)構(gòu)[M].北京：中國鐵道出版社，1986.

[2]方洪淵.焊接結(jié)構(gòu)學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.4.

[3]中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊（第2卷）：材料的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[4]姬晶.奧氏體不銹鋼焊接性分析[J].煤礦機(jī)械，2008，29（7）：85-86.