核電設備制造過程中的高效焊接技術應用探討

崔漢南

中國原子能科學研究院 北京 102413

現如今,我國面臨著越來越嚴重的環境污染形勢,霧霾天氣特別嚴重。火力發電在我國能源結構中占據很大的地位,這是一種最為主要的發電形式,但是在眾多發電形式中這是污染最為嚴重的一個,鑒于此我國需要對太陽能、風能、核電等各種清潔能源進行大力的發展。核電作為一種重要的清潔能源,當前備受關注,我國建立的核電站不在少數,但是核電比較特殊,一旦核電站出現事故那就是無法估量的,為此必須高度重視核電站的建設質量。焊接現已經被廣泛的應用到核電站當中,焊接質量與核電站質量密切相關,因此必須強化控制焊接質量[1]。

1 核電設備制造原理

基于核電站工作原理,為了加熱液體通常可以借助原子分裂來絲線,以此產生熱能來實現這一目的,然后再借助加熱水的方式來產生高溫、高壓蒸汽,以此可以高速的旋轉渦輪并引動發電機旋轉,以此能夠產生巨大的電能。

2 核電金屬焊接接頭應用現狀

當前,隨著核能運用效果的不斷提升與優點的逐漸凸顯,促使我國能源部門必須強化開發、利用核電資源。現如今,在實際作業過程中一些部門與技術人員在構建核島—回路主設備時通常會用到各種金屬焊接接頭。實際上,在核電工程與制造中通過應用這一接頭,可以充分滿足不同工作條件下對于材質所提出的各種要求,而且能夠更好的節約貴重金屬,最大限度的降低工程建設成本,從而才能充分發揮各種材料本身所具有的性能優勢[2]。

3 核電設備制造中的焊接技術

3.1 發展歷史

當前,隨著金屬的廣泛應用,促使焊接技術應運而生。在加工金屬的過程中各種各樣的加工工藝大量涌現出來,其中就有焊接技術。作為一種古老的方法,從過去一直沿用到現在,現如今這項技術在古人的基礎上實現了技術上更新、創新,由此為高效焊接技術的誕生創造了一個良好條件,具體主要適用于那些對于焊接技術要求比較高的生產制造當中。

3.2 焊接問題

焊接在一定程度上是焊縫附近高溫區因為受到周圍金屬制約所產生的一種壓縮塑形變形,其通常具有不均勻性,在焊接冷卻以后周圍冷態金屬也會嚴重制約到這部分壓縮的塑形金屬,使其無法實現自由的收縮,從而極易造成不同程度的拉應力、變形情況。而對于變形所造成的危害,主要包括以下幾點:諸如焊接以后的尺寸不合格、降低實際承載能力和影響美觀程度[3]。

3.3 焊接問題的出現與處理方法

在實際焊接過程中出現變形問題的可能性比較大,通常在處理時多采用勤磨鎢針、提高焊接速度、降低焊接電流、盡可能進行短弧焊接等,總之前面所做的一切工作都是為了降低溶池溫度,而為了最大限度的避免出現變形問題,就必須對與溶池溫度有關的核心知識進行熟練地掌握與應用。

針對焊接工藝而言,在焊接精度方面提出了很高的要求,若焊接不實則極易造成接觸不良的情況,相應的極易造成短路、不平整。而為了有效避免焊接變形,通常情況下多會采用兩種方法:第一,防止變形,即采取一些相應的工裝控制,使其不會出現變形的可能;第二種,預變形,即在焊前裝配的過程中向反方向做一些恰當的調整,確保焊接完成以后剛好與設計好的裝配尺寸相符[4]。

另外,在實際焊接過程中經常會發現一些比較明亮的焊縫,或者是一些焊縫比較暗。通常情況,如果金屬表面存在一定光澤度、表面相對比較平整,則就會看起來比較亮,反之就會比較暗,究其原因就在于光線反射有關,若存在很大的差別,則暗的焊縫極有可能就是雜質。值得一提的是,有水焊接是工藝中絕對禁止的。焊接時如果發現焊縫上面存在一些類似于烤藍一樣的顏色,則說明摻入了雜質,并發生了氧化,并非只可能是底漆,若真的是底漆,則需要對底漆說明書進行查看,究其原因就在于焊接過程中火花飛濺熔化的金屬無法在熔池內得到徹底冷卻有關,原因眾多,不外乎力的作用。

4 高效焊接技術在核電設備制造中的應用要點

4.1 激光切割機

為高效的切割設備就可以采用激光切割的方式,相比較于傳統火焰切割,不管是在切割效率還是切割質量上都是實現了質的飛躍。激光切割后通常無需對產品展開后續的處理,在傳統切割過程中可以最大限度的避免造成人力、物力與財力的浪費,且能夠促進產品生產切割效率的提高,充分保證切割質量,從而能夠穩步提高企業的經濟、社會效益。當前,激光切割手法在工程機械制造領域中獲得廣泛應用,諸如平板下料、三維成形件下料等[5]。

隨著時代的不斷發展與進步,科技的日益完善,促使激光切割技術也逐漸得到升級、改進,以此有助于激光切割技術應用范圍的不斷擴大,其已經被廣泛的應用到國內外工程機械制造產業中,本身所具有的發展前景十分良好。

4.2 等離子切割機

這是一種鑒于中厚板切割的高效方式,通常在結束切割以后還需對半成品進行孔、坡口加工。在等離子切割方式中精細等離子小孔切割技術是一項重要技術,在一定程度上是對于平板切割功能的延伸,利用高速度、高精度龍門數控機床與精細等離子切割電源,在自動控制氣體流量時可以借助高性能多軸數控系統,這對于割面錐度的減少和取得良好的圓孔切割效果十分有幫助。同時,等離子切割同樣適用于切割工程機械中5-25mm的中厚板,確保小圓孔切割的徑厚比可以達到1:1,在一定范圍內可以取代鉆孔,致力于產品加工處理工序的減少,并能夠促進復合切割工序的實現。另外,利用等離子切割方式在某種條件下可以取代激光切割技術,從而能夠最大限度的降低激光切割機的采購成本[6]。

4.3 數字化智能焊接電源的應用、發展

在進行核電焊接時,焊接質量在一定程度上直接取決于焊接電源性能的好壞,為此有必要強化研究焊接電源。現如今,在工程機械制造產業中焊接電源正在擺脫傳統的模擬信號,發展方向漸趨數字化、智能化,在數字化技術的幫助下可以有效的控制焊接電源性能,保證能夠在實際應用過程中能夠將焊接電源的實際效果充分發揮出來,從而有助于焊接效率的提升,還能夠為焊接質量提供充足的保障。

與此同時,利用數字化智能焊接電源有助于遠程控制的真正實現,且能夠實時監控現場施工情況,減少焊接工人干預焊接參數,從而能夠確保焊接質量。

4.4 強化控制現場焊接質量

4.4.1 做好焊接之前的各項準備工作

焊前準備工作通常涉及多項工作內容,諸如加工與清理焊接坡口、烘干焊材、組對定位、準備好焊接設備等,這項工作準備的充足與否,將直接決定著焊接質量。同時,焊接質量在一定程度上深受坡口形狀的影響,為減小變形、保證焊接質量、減少對于焊材的使用與促進經濟效用的提升,就需要選擇正確的坡口形式[7]。

4.4.2 強化控制焊接過程

第1,為保證每條焊縫都能夠盡量實現自由的伸縮,就需要制定合理的焊接順序,這對于提高焊接質量非常有幫助。諸如:針對那些收縮量比較大的或者是工作受力比較大的,有必要先開展焊接工作。以密封環為例,為最大限度的避免焊縫變形,就有必要進行分段焊。

第2,合理的選擇焊接方法、參數。對于不同焊接方法而言,一般擁有不同的熱輸入,相應的所造成的焊接變形、適用范圍也會出現明顯差異,通常情況下在焊接中厚板時利用CO2氣體保護焊的方式,所取得的效果會明顯優于氣焊、焊條電弧焊。而對于那些比較薄的板,具體在焊接時可以采用鎢極脈沖氬弧焊與激光焊等方式。對于電子束焊的焊縫通常比較窄,變形小,多用于那些經過精加工的焊件中。

4.4.3 做好焊后處理工作

焊接過程中產生一定焊接應力是必然的,而熱處理是一種消除殘余應力的通用方法,即在熱處理爐內放置焊件并加熱到一定溫度,在一定時間內保溫,借助材料在高溫下屈服極限的降低,促使那些內應力比較高的地方能夠產生一定塑性流動,以此來逐漸減少彈性變形,通過增加塑性變形的方式來有效降低應力[8]。

結束語

在日本福島核事故以后,我國明確指出要嚴格按照全球最安全的準則來發展核電,新建機組必須與國際三代核電安全標準原則、管理要求相符。發展核電的一條重要生命線就在于保證核安全,而能夠得以安全、可靠的運行核電機組的一個重要基礎就在于核電設備質量,以此能夠為充分保證核安全。焊接在一定程度上能夠最大限度的避免或者降低事故發生率,以此可以更為安全、穩定、可靠的運行核電設備,致力于核電工業安全因素的不斷提升。