不锈钢衬里水池焊接影响因素解析及工艺改进

【摘要】随着红沿河核电站1#、2#机组不锈钢衬里工程施工接近尾声，对不锈钢水池焊接过程中出现的焊接缺陷进行分析，找出关键的焊接影响因素，并据此对焊前组对、焊接环境、焊接操作等细节步骤进行改进。为后续各机组的施工提供一定的经验借鉴和参考。

【关键词】焊接影响因素；工艺改进

1、引言

红沿河核电站采用的是CPR1000堆型，属于国内自主改进过的

技术标准化、批量化、规模化建设的机组堆型。该堆型的不锈钢衬里工程属于核安全二级设备。主要包括反应堆厂房、燃料厂房和核辅助厂房的不锈钢水池和集水坑。核电站在运行期间，不锈钢水池将充满硼酸水或者是除盐水，用于运输或储存燃料，绝对不允许有泄漏。所以焊接技术是不锈钢衬里水池施工的关键技术。

焊接性影响因素

2.1焊接变形及控制

焊接变形是一个不可避免的焊接质量问题。焊接电流的大小、

焊接速度的选择等工艺参数都是影响焊接变形的因素。既然不可避免，那只能采取相应的控制措施达到减小甚至消除焊接变形。

通过以下两个具有代表性的例子，分析采取一定的防变形措施，对于焊接变形的控制效果。以及在施焊前，通过对焊接位置、焊接环境、焊接参数等焊接要素的了解，进行焊接风险分析，提前采取预防和纠正措施的重要性。

2.1.1、墙面预埋板的安装，是通过锚固板用膨胀螺栓固定到基础混凝土面上，在此固定过程中有一定的偏差。在与连接的支撑角钢等构件焊接时，如果不采取一些控制措施或者控制措施不得当，都可能加剧偏差的扩大。尤其是多构件预埋板安装时，每块分步构件之间的焊接变形都将使得最终的安装偏差超出规范要求。因此，我们采用了加装防变形工装板的方法，在每分步构件焊接时，用工装板进行位置限定，直到焊缝冷却，应力消除。同时结合楔铁加扳手进行反变形控制的方法对预埋板和支撑角钢的连接焊缝进行过程硬校正。

2.1.2、容器准备井覆面全部是搭接焊缝，焊缝背后没有支撑角钢，焊接容易造成变形。考虑焊缝搭接处覆面有折弯，因此在焊接前，在每块覆面板中间位置加了长度方向的顶撑进行刚性固定，由于准备井为四方型，两面墙距离短，顶撑都为对撑受力。同时，考虑到焊接变形比一岛有了明显的减小。考虑到焊接的整体性变化，改进焊接工艺，减小焊接受热集中对覆面的变形影响。

2.2焊缝缺陷产生原因

不锈钢衬里工程采用的材料为奥氏体不锈钢，具有良好的可焊性。但焊接材料或者焊接工艺不正确时，会产生焊接缺陷：晶间腐蚀、热裂纹、应力腐蚀开裂、焊接成形不良。

现场焊接施工产生的主要焊接缺陷主要为：未熔合、气孔、夹渣等。其产生的原因也比较复杂，现场的操作平台位置不良、施工环境不达标、焊工操作技能等都都可能造成上述焊接缺陷的产生。

2.2.1.产生气孔的原因比较复杂，氩气不纯、气体通路不畅、气体流量不当、空气湿度过大、坡口清理不干净、熔池保护不当，焊工操作不当等原因都可能产生气孔。底板焊接时，前期焊接速度较快，气体保护状态不佳是主要原因。

2.2.2. 对于夹渣，一般来讲，钨极氩弧焊很少出现这种缺陷，最直接的原因就是焊工在施焊过程中没有做好层间清理。进一步分析，这些渣质的来源，一个是组对前垫板没有清理干净；一个组对完的坡口焊接前及焊接过程中受到二次污染。底部覆面板焊接时，存在切割、打磨、焊接交叉作业的情况，空气中灰尘含量较大，落入焊缝后，造成缺陷的产生。

2.2.3. 未熔合的主要原因是覆面板在组对安装时，与垫板贴合不够紧密，在焊接时，对根部焊缝也未进行适当处理，导致缺陷的留存。

2.3焊缝缺陷的处理

针对这些常见的焊接缺陷，我们细化了焊口组对、焊接前后的操作步骤，并做好这些工作，来保证焊缝的清洁度。

合理组织施工，给焊工充分的焊接时间；严格控制覆面车间下料及加工过程；清洁并保持现场的环境卫生；紧密贴合覆面与垫板，做好焊前及焊接过程中的清理工作等措施是消除焊接缺陷的重要方法。

2.3.1.焊前先决条件的准备和检查。确认焊接环境的温度和湿度在技术规范要求的范围内，满足焊接要求。焊接坡口及周围50mm的影响区域用丙酮擦拭干净。

2.3.2焊材必须保证清洁干净。尤其是焊条，必须提前进行烘干并达到技术要求，才可使用。

2.3.3.焊接过程中，控制好层间温度，待其充分冷却后，方可进行下道焊接。需要注意的是，如果板材较厚，冷却时间过长，下道焊接前，需要用丙酮对焊缝及周边区域重新擦拭。

2.3.4.手工电弧焊时，由于电阻值高，当焊条烧到后半段时，容易发红，影响金属晶间组织。所以应加快熔敷速度，并不允许焊至端头。

3、非焊接性焊缝质量影响因素

这里分析的是非焊接性焊缝质量影响因素。并不是在焊接前后，由于人、机、料、法、环等原因产生的影响因素。而是一些“上上道”工序的加工和检查不合格给焊接带来的不良影响。

3.1.覆面板坡口车间加工：覆面板坡口加工质量的好坏，直接影响现场安装时的焊接质量。板边磨处圆角、板边切割后留有毛刺、热影响区或是拍片区域范围内有划痕等等都将对后续的焊接组对或者施焊带来不必要的麻烦。特别是拍片区域范围内的划痕等硬伤，甚至直接导致该段焊缝拍片不合格，而且还无法顺利返修。为了控制好该环节，技术人员对覆面下料、坡口加工制定了明确的技术要求和操作规范，并对专人进行理论和操作技能培训。整个加工过程中技术人员和质检人员全程跟踪，及时发现问题解决问题。

3.2.覆面板现场组对：覆面板现场组对贴合的严密度和清洁度直接影响焊缝的质量。焊接主要缺陷根部未熔合就是因为覆面板组时坡口与垫板没有紧密贴合和组对间隙过小。覆面板安装组对时必须保证坡口与垫板紧密贴合，且坡口间隙满足焊接接头坡口形式图的要求。每一坡口组对完后要马上做好保护工作，防止受到污染。对于覆面板坡口因局部变形而难以与垫板贴合的情况，组对采用千斤顶顶压。总之是采取一切办法保证焊缝贴合的严密。

4、工艺改进

4.1、墙角包边覆面车间预制对接焊坡口改进：按照设计图纸的要求，最初包边覆面坡口型式为V型，焊接时单面焊双面成型，这种方法焊接的焊缝RT检验一次合格率低，且焊缝出现超标缺陷需要返修时，因补焊对构件造成的局部变形难以矫正。为了克服以上不足，后将坡口改为带垫板I型，垫板一方面起到保护焊缝背面，降低焊接难度的作用，另一方面在一定程度上减少了焊接变形。经过对比采用两种不同坡口型式的产品焊接质量，后者明显要优于前者。

4.2、大部分的焊缝在采用了刚性固定法和合理的焊接顺序后，焊接变形都得到了有效地控制。但是墙角包边的焊缝由于设计的缺陷，拐角处没有龙骨固定，成为焊接变形较大、较难控制的区域。在后续的施工过程中，可以在焊前多加顶撑，延长冷却时间控制层间温度，采用合理的焊接顺序，尽量减小墙角包边的焊接变形。

5、结论

通过对焊接变形、焊接缺陷现象的解析，找出产生这些质量问题的直接原因，并针对这些原因进行分析，采取适当的防变形措施和避免焊接缺陷产生的处理措施。通过对非焊接性焊缝质量影响因素的解析，对可能影响焊缝质量的前后道工序进行严格要求和改进。并通过对这些原因分析和处理措施的归纳和总结，进行了主要施工影响工艺的改进，以使焊缝质量和覆面板的整体质量得到更大的提升。