核電設備制造過程中的高效焊接技術(shù)應用探討

崔漢南

中國原子能科學研究院 北京 102413

現(xiàn)如今,我國面臨著越來越嚴重的環(huán)境污染形勢,霧霾天氣特別嚴重。火力發(fā)電在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)很大的地位,這是一種最為主要的發(fā)電形式,但是在眾多發(fā)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(fā)展。核電作為一種重要的清潔能源,當前備受關(guān)注,我國建立的核電站不在少數(shù),但是核電比較特殊,一旦核電站出現(xiàn)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(zhì)量。焊接現(xiàn)已經(jīng)被廣泛的應用到核電站當中,焊接質(zhì)量與核電站質(zhì)量密切相關(guān),因此必須強化控制焊接質(zhì)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?？梢越柚臃至褋斫z線,以此產(chǎn)生熱能來實現(xiàn)這一目的,然后再借助加熱水的方式來產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽,以此可以高速的旋轉(zhuǎn)渦輪并引動發(fā)電機旋轉(zhuǎn),以此能夠產(chǎn)生巨大的電能。

2 核電金屬焊接接頭應用現(xiàn)狀

當前,隨著核能運用效果的不斷提升與優(yōu)點的逐漸凸顯,促使我國能源部門必須強化開發(fā)、利用核電資源。現(xiàn)如今,在實際作業(yè)過程中一些部門與技術(shù)人員在構(gòu)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(zhì)所提出的各種要求,而且能夠更好的節(jié)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(fā)揮各種材料本身所具有的性能優(yōu)勢[2]。

3 核電設備制造中的焊接技術(shù)

3.1 發(fā)展歷史

當前,隨著金屬的廣泛應用,促使焊接技術(shù)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(xiàn)出來,其中就有焊接技術(shù)。作為一種古老的方法,從過去一直沿用到現(xiàn)在,現(xiàn)如今這項技術(shù)在古人的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了技術(shù)上更新、創(chuàng)新,由此為高效焊接技術(shù)的誕生創(chuàng)造了一個良好條件,具體主要適用于那些對于焊接技術(shù)要求比較高的生產(chǎn)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(qū)因為受到周圍金屬制約所產(chǎn)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(tài)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(xiàn)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(xiàn)與處理方法

在實際焊接過程中出現(xiàn)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(xiàn)變形問題,就必須對與溶池溫度有關(guān)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(xiàn)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?shù)恼{(diào)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(jīng)常會發(fā)現(xiàn)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(guān),若存在很大的差別,則暗的焊縫極有可能就是雜質(zhì)。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(fā)現(xiàn)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(zhì),并發(fā)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(nèi)得到徹底冷卻有關(guān),原因眾多,不外乎力的作用。

4 高效焊接技術(shù)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(tǒng)火焰切割,不管是在切割效率還是切割質(zhì)量上都是實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。激光切割后通常無需對產(chǎn)品展開后續(xù)的處理,在傳統(tǒng)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(chǎn)品生產(chǎn)切割效率的提高,充分保證切割質(zhì)量,從而能夠穩(wěn)步提高企業(yè)的經(jīng)濟、社會效益。當前,激光切割手法在工程機械制造領(lǐng)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(fā)展與進步,科技的日益完善,促使激光切割技術(shù)也逐漸得到升級、改進,以此有助于激光切割技術(shù)應用范圍的不斷擴大,其已經(jīng)被廣泛的應用到國內(nèi)外工程機械制造產(chǎn)業(yè)中,本身所具有的發(fā)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(jié)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(shù)是一項重要技術(shù),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(shù)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(shù)控系統(tǒng),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(nèi)可以取代鉆孔,致力于產(chǎn)品加工處理工序的減少,并能夠促進復合切割工序的實現(xiàn)。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(shù),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(shù)字化智能焊接電源的應用、發(fā)展

在進行核電焊接時,焊接質(zhì)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(xiàn)如今,在工程機械制造產(chǎn)業(yè)中焊接電源正在擺脫傳統(tǒng)的模擬信號,發(fā)展方向漸趨數(shù)字化、智能化,在數(shù)字化技術(shù)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?qū)⒑附与娫吹膶嶋H效果充分發(fā)揮出來,從而有助于焊接效率的提升,還能夠為焊接質(zhì)量提供充足的保障。

與此同時,利用數(shù)字化智能焊接電源有助于遠程控制的真正實現(xiàn),且能夠?qū)崟r監(jiān)控現(xiàn)場施工情況,減少焊接工人干預焊接參數(shù),從而能夠確保焊接質(zhì)量。

4.4 強化控制現(xiàn)場焊接質(zhì)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(nèi)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(zhì)量。同時,焊接質(zhì)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(zhì)量、減少對于焊材的使用與促進經(jīng)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(xiàn)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(zhì)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(huán)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(shù)。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(xiàn)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(yōu)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(jīng)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(chǎn)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(nèi)放置焊件并加熱到一定溫度,在一定時間內(nèi)保溫,借助材料在高溫下屈服極限的降低,促使那些內(nèi)應力比較高的地方能夠產(chǎn)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(jié)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(fā)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(fā)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(chǔ)就在于核電設備質(zhì)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(fā)生率,以此可以更為安全、穩(wěn)定、可靠的運行核電設備,致力于核電工業(yè)安全因素的不斷提升。