反应堆压力容器驱动管座和上封头密封焊接

反响堆压力容器驱动管座和上封头密封焊接彭乃康1反响堆压力容器RP〕是核反响堆的主要承压设备。百万千瓦级压水堆核电站CPR100〕RPV反响堆压力容器驱动管座和上封头密封焊接彭乃康1反响堆压力容器RP〕是核反响堆的主要承压设备。百万千瓦级压水堆核电站CPR100〕RPV设计有61个控制棒驱动机构CRD〕管座，4个热电偶管座均匀分布在上封头，通过密封焊接方式和上封头相连接。CRDM管座与上封头连接部位的材料为镍基合金，镍基合金在高温水中具有很低的腐蚀率和优良的抗应力腐蚀裂纹的性能，焊，密封焊缝用手工电弧焊和手工氩弧焊。另外，在J型坡口隔离层堆焊前，在J型坡口外圆边界用不锈钢焊条堆焊临时焊道。采用性能良好的焊接材料，合理的焊接工艺参数和辅助措施是保证焊接质量的前提。材料的性能参数1。上封头的材料为16MND5低合金钢锻件，CRDM管座和上封头连接部位材料为NC30Fe镍基合金锻件见表。不锈钢支撑焊道采用E308L,覫4m焊条；密封焊前三层采用ENiCrFe-7,覫3.2m焊条，隔离层及密封焊其余层采用ENiCrFe-7,覫4m焊条，密封焊盖面采用ERNiCrFe-7，覫0.9m焊丝见表。CRDM管座的焊接难点主要表达在3个方面：〕属于异种金属焊接接头；〕焊接材料为焊接性很差的镍基合金焊材，焊接时容易出现热裂纹、气孔、夹杂等缺陷]；〕由于管座和上封头焊接坡口形式为J型坡口，在焊接过程中，熔覆金属冷却时产生的收缩力在J型坡口上、下位置产生力矩，导致管座产生变形。施焊过程中，接头的坡口形式、焊接工艺方法和标准参数、焊接材料的选择、辅助措施的应用及焊工的操作水平都对焊接质量有影响。CRDM管座和上封头密封焊接主要包括两个部分，一局部是J型坡口镍基合金隔离层堆焊，另一局部是密封焊缝。J型坡口隔离层堆焊用手工电弧焊接工艺评定试验2根据产品接头的结构形式、材料类型、焊接工艺方法标准参数，按照RCC-M标准和技术条件要求进行焊接工艺评定试验。工艺评定试验分两部分，一是16MND5试板和镍基合金试板对接见1.中国第一重型机械集团大连加氢反响器制造公司助理工程师，辽宁大连11600047年第3总3〕CFHI摘要：介绍一种符合反响堆压力容器密封焊接技术条件要求的焊接工艺评定方法，分析实际产品焊接过程中的主要难点和采取的工艺措施，为以后同类产品焊接提供参考。关键词：反响堆压力容器；密封焊；工艺措施中图分类号：TL351.6；TG444文献标识码：B文章编号：1673-33552021〕03-0016-03SealingWeldingBetweenCRDMAdaptorandTopHeadofRPVPengNaikangAbstrac:TheartclepresentaweldngprocedurethatmeetsthetechncalspecfcatonofRPVsealngweldnganddscussesthemandffcultesencountereddurngactualweldngoperatonandtechnologcalmeasurestakenforthat,whchcanofferthereferenceforsmlarproductweldngnfuture.Keywords:reactorpressurevessel(PRV)；sealweldng；technologcalmeasures一重技术热加工表116MND5和NC30Fe锻件化学成分材料牌号CSiMnP16MND5(%)0.16~2.220.10~0.301.20~0.60≤0.008NC30Fe(%)0.01~0.04≤0.05≤0.05≤0.015材料牌号SNiCrCu16MND5(%)≤0.0050.50~0.80≤0.25≤0.08NC30Fe(%)≤0.010≥58.0028.00~31.00≤0.501—隔离层；2—对接焊缝。图1对接试板材料牌号AlCoMoV表3对接焊缝焊接标准16MND5(%)≤0.04≤0.030.43~0.57≤0.01 焊接位置焊接方式预热〕焊接电流〕层间温度〕NC30Fe(%)≤0.50≤0.10--极性后热材料牌号FeTi16MND5(%)--对接焊缝手工电弧焊NC30Fe(%)8.00~11.00 ≤0.05 不预热无90~160DC/P≤100表2镍基合金焊条和焊丝化学成分材料牌号CSiMnP16MND5(%)≤0.045≤0.065≤5.00≤0.020NC30Fe(%)≤0.040一重技术热加工表116MND5和NC30Fe锻件化学成分材料牌号CSiMnP16MND5(%)0.16~2.220.10~0.301.20~0.60≤0.008NC30Fe(%)0.01~0.04≤0.05≤0.05≤0.015材料牌号SNiCrCu16MND5(%)≤0.0050.50~0.80≤0.25≤0.08NC30Fe(%)≤0.010≥58.0028.00~31.00≤0.501—隔离层；2—对接焊缝。图1对接试板材料牌号AlCoMoV表3对接焊缝焊接标准16MND5(%)≤0.04≤0.030.43~0.57≤0.01 焊接位置焊接方式预热〕焊接电流〕层间温度〕NC30Fe(%)≤0.50≤0.10--极性后热材料牌号FeTi16MND5(%)--对接焊缝手工电弧焊NC30Fe(%)8.00~11.00 ≤0.05 不预热无90~160DC/P≤100表2镍基合金焊条和焊丝化学成分材料牌号CSiMnP16MND5(%)≤0.045≤0.065≤5.00≤0.020NC30Fe(%)≤0.040≤0.50≤1.00≤0.020材料牌号SNiCrNb+Ta余量16MND5(%)≤0.00828.00~31.501.20~2.20余量NC30Fe(%)≤0.00828.00~31.50≤0.10材料牌号CuAlCoMo16MND5(%)≤0.50≤0.50≤0.020≤0.50NC30Fe(%)≤0.10≤1.10≤0.06≤0.50材料牌号NFeTi图2边缘位置实测16MND5(%)8.00~12.00≤0.50NC30Fe(%)≤0.0308.00~12.00≤0.50图。隔离层采用ENiCrFe-7覫4mm焊条施焊。对接焊缝采用手工电弧焊ENiCrFe-7覫4mm镍基焊条和手工氩弧焊ERNiCrFe-7覫0.9mm镍基焊丝，用平焊位和横焊位分别施焊。隔离层焊后进行595℃~620℃×29hrs消应力热处理见表。二是模拟实际产品上封头CRDM管座中心位置和边缘位置焊接接头形式见图2、图。J型坡口隔离层堆焊前在不锈钢堆焊层上用不锈钢焊条E308L焊接临时支撑焊道，以防止镍基焊材向不锈钢308L上过渡合金成分，完成管座焊接后，打磨消除该临时焊道。然后，J型坡口密封焊前3层用ENiCrFe-7覫3.2mm焊条打底焊接，之后用ENiCrFe-7覫4mm焊条焊接至与不锈钢堆焊层平齐，焊接过程中每焊三层进行一次渗透探伤，最后用手工氩弧焊ERNiCrFe-7覫0.9mm焊丝进行角焊缝焊接，角焊图3中心位置缝的焊趾和焊脚位置应平滑过渡，满足技术条件要求见表。焊接完成后分别进行100%渗透探伤和超声波探伤。3 主要问题及措施3.1 焊接难点及工艺措施驱动管座与上封头密封焊接焊缝和隔离层组织48年第3总3〕CFHI对接 手工不预热80~160DC/SP 无 ≤100焊缝 TIG隔离层 150~19090~160DC/P250~400×4h≤225热加工CFHITECHNOLOGY表4模拟J型坡口焊缝焊接标准3.2 焊接变形及预防措施镍基合金微观组织为奥氏体，线膨胀系数大，所以焊接过程中变形量较大。如前言所述，由于J型坡口不对称，并且管座管壁较薄，焊接过程中管座容易产生弯曲变形和缩颈。控制焊接变形的措施如下：〕采用小热输入量进行焊接，尽量采热加工CFHITECHNOLOGY表4模拟J型坡口焊缝焊接标准3.2 焊接变形及预防措施镍基合金微观组织为奥氏体，线膨胀系数大，所以焊接过程中变形量较大。如前言所述，由于J型坡口不对称，并且管座管壁较薄，焊接过程中管座容易产生弯曲变形和缩颈。控制焊接变形的措施如下：〕采用小热输入量进行焊接，尽量采用表3中的工艺标准下限，以减小焊接应力；〕采用合理的焊接顺序，底部焊道对称焊接，多道焊从管座根部向外焊接，使焊道自由收缩，将剩余应力降低到最低限度；〕使用专用工装固定管座，对外侧管座预先施加一定量的反变形，焊接时采取对称焊接，每焊接两层或三层检测一次，根据检测结果调整工装松紧度；〕采用水冷装备，在减少焊接应力和变形的同时，减少焊接热裂纹。预热〕焊接电流〕层间温度〕焊接位置极性后热密封焊前3层不预热无80~120DC/P≤100密封焊其余层不预热无90~160C/P≤100角焊缝不预热80~140C/SP无≤100为单相奥氏体组织，在基体晶粒和晶界处分布少量碳化物颗粒富Cr碳化，隔离层组织为细长的柱状晶，方向垂直于熔合线，焊缝区为树枝状晶。因此焊接过程中容易出现如晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、热裂纹、焊缝脆化等缺陷。由于镍基合金固液相温差小，流动性偏低，导热性差，并且焊接过程中Ni元素能与P、S、Pb、Al或低熔点物质形成脆性相，所以镍基合金焊接过程中容易产生热裂纹和气孔。预防措施：〕焊前应将坡口及坡口周边油污、水分和其它杂质清理干净，尤其要去除外表氧化层，以免产生未熔合；〕采用较小的线能量焊接，层间温度小于100℃；在保证熔合良好的情况下尽量选用较小的焊接电流，较低的电弧电压和较快的焊接速度；〕焊缝外表均匀平整，无局部凹凸不平存在，以防止由于局部应力集中而产生裂纹。镍基合金焊缝成形以均匀凸起的自然成形为好]；〕采用短弧焊，小面积焊道窄焊，不摆动施焊，以减少气孔的产生；〕密封焊接时，为防止污染，每焊一道都要将渣壳及时去除出坡口，每道焊道的引弧和收弧位置都要用风铣清理干净，每3层做一次PT探伤，确保外表无缺陷后结语4通过采用以上措施，实际产品焊接时，CRDM管座的变形量均在技术要求范围之内。可以看出，采用以上介绍的工艺措施后，上封头和驱动管座密封接头的焊接质量可以满足技术条件要求，但是，采用防变形工装可能会使管座有微小变形，操作时应注意控制。参考文献[1]杨志鹏