反響堆壓力容器驅動管座和上封頭密封焊接彭乃康1反響堆壓力容器RP〕是核反響堆的主要承壓設備。百萬千瓦級壓水堆核電站CPR100〕RPV反響堆壓力容器驅動管座和上封頭密封焊接彭乃康1反響堆壓力容器RP〕是核反響堆的主要承壓設備。百萬千瓦級壓水堆核電站CPR100〕RPV設計有61個控制棒驅動機構CRD〕管座，4個熱電偶管座均勻分布在上封頭，通過密封焊接方式和上封頭相連接。CRDM管座與上封頭連接部位的材料為鎳基合金，鎳基合金在高溫水中具有很低的腐蝕率和優良的抗應力腐蝕裂紋的性能，焊，密封焊縫用手工電弧焊和手工氬弧焊。另外，在J型坡口隔離層堆焊前，在J型坡口外圓邊界用不銹鋼焊條堆焊臨時焊道。采用性能良好的焊接材料，合理的焊接工藝參數和輔助措施是保證焊接質量的前提。材料的性能參數1。上封頭的材料為16MND5低合金鋼鍛件，CRDM管座和上封頭連接部位材料為NC30Fe鎳基合金鍛件見表。不銹鋼支撐焊道采用E308L,覫4m焊條；密封焊前三層采用ENiCrFe-7,覫3.2m焊條，隔離層及密封焊其余層采用ENiCrFe-7,覫4m焊條，密封焊蓋面采用ERNiCrFe-7，覫0.9m焊絲見表。CRDM管座的焊接難點主要表達在3個方面：〕屬于異種金屬焊接接頭；〕焊接材料為焊接性很差的鎳基合金焊材，焊接時容易出現熱裂紋、氣孔、夾雜等缺陷]；〕由于管座和上封頭焊接坡口形式為J型坡口，在焊接過程中，熔覆金屬冷卻時產生的收縮力在J型坡口上、下位置產生力矩，導致管座產生變形。施焊過程中，接頭的坡口形式、焊接工藝方法和標準參數、焊接材料的選擇、輔助措施的應用及焊工的操作水平都對焊接質量有影響。CRDM管座和上封頭密封焊接主要包括兩個部分，一局部是J型坡口鎳基合金隔離層堆焊，另一局部是密封焊縫。J型坡口隔離層堆焊用手工電弧焊接工藝評定試驗2根據產品接頭的結構形式、材料類型、焊接工藝方法標準參數，按照RCC-M標準和技術條件要求進行焊接工藝評定試驗。工藝評定試驗分兩部分，一是16MND5試板和鎳基合金試板對接見1.中國第一重型機械集團大連加氫反響器制造公司助理工程師，遼寧大連11600047年第3總3〕CFHI摘要：介紹一種符合反響堆壓力容器密封焊接技術條件要求的焊接工藝評定方法，分析實際產品焊接過程中的主要難點和采取的工藝措施，為以后同類產品焊接提供參考。關鍵詞：反響堆壓力容器；密封焊；工藝措施中圖分類號：TL351.6；TG444文獻標識碼：B文章編號：1673-33552021〕03-0016-03SealingWeldingBetweenCRDMAdaptorandTopHeadofRPVPengNaikangAbstrac:TheartclepresentaweldngprocedurethatmeetsthetechncalspecfcatonofRPVsealngweldnganddscussesthemandffcultesencountereddurngactualweldngoperatonandtechnologcalmeasurestakenforthat,whchcanofferthereferenceforsmlarproductweldngnfuture.Keywords:reactorpressurevessel(PRV)；sealweldng；technologcalmeasures一重技術熱加工表116MND5和NC30Fe鍛件化學成分材料牌號CSiMnP16MND5(%)0.16~2.220.10~0.301.20~0.60≤0.008NC30Fe(%)0.01~0.04≤0.05≤0.05≤0.015材料牌號SNiCrCu16MND5(%)≤0.0050.50~0.80≤0.25≤0.08NC30Fe(%)≤0.010≥58.0028.00~31.00≤0.501—隔離層；2—對接焊縫。圖1對接試板材料牌號AlCoMoV表3對接焊縫焊接標準16MND5(%)≤0.04≤0.030.43~0.57≤0.01 焊接位置焊接方式預熱〕焊接電流〕層間溫度〕NC30Fe(%)≤0.50≤0.10--極性后熱材料牌號FeTi16MND5(%)--對接焊縫手工電弧焊NC30Fe(%)8.00~11.00 ≤0.05 不預熱無90~160DC/P≤100表2鎳基合金焊條和焊絲化學成分材料牌號CSiMnP16MND5(%)≤0.045≤0.065≤5.00≤0.020NC30Fe(%)≤0.040一重技術熱加工表116MND5和NC30Fe鍛件化學成分材料牌號CSiMnP16MND5(%)0.16~2.220.10~0.301.20~0.60≤0.008NC30Fe(%)0.01~0.04≤0.05≤0.05≤0.015材料牌號SNiCrCu16MND5(%)≤0.0050.50~0.80≤0.25≤0.08NC30Fe(%)≤0.010≥58.0028.00~31.00≤0.501—隔離層；2—對接焊縫。圖1對接試板材料牌號AlCoMoV表3對接焊縫焊接標準16MND5(%)≤0.04≤0.030.43~0.57≤0.01 焊接位置焊接方式預熱〕焊接電流〕層間溫度〕NC30Fe(%)≤0.50≤0.10--極性后熱材料牌號FeTi16MND5(%)--對接焊縫手工電弧焊NC30Fe(%)8.00~11.00 ≤0.05 不預熱無90~160DC/P≤100表2鎳基合金焊條和焊絲化學成分材料牌號CSiMnP16MND5(%)≤0.045≤0.065≤5.00≤0.020NC30Fe(%)≤0.040≤0.50≤1.00≤0.020材料牌號SNiCrNb+Ta余量16MND5(%)≤0.00828.00~31.501.20~2.20余量NC30Fe(%)≤0.00828.00~31.50≤0.10材料牌號CuAlCoMo16MND5(%)≤0.50≤0.50≤0.020≤0.50NC30Fe(%)≤0.10≤1.10≤0.06≤0.50材料牌號NFeTi圖2邊緣位置實測16MND5(%)8.00~12.00≤0.50NC30Fe(%)≤0.0308.00~12.00≤0.50圖。隔離層采用ENiCrFe-7覫4mm焊條施焊。對接焊縫采用手工電弧焊ENiCrFe-7覫4mm鎳基焊條和手工氬弧焊ERNiCrFe-7覫0.9mm鎳基焊絲，用平焊位和橫焊位分別施焊。隔離層焊后進行595℃~620℃×29hrs消應力熱處理見表。二是模擬實際產品上封頭CRDM管座中心位置和邊緣位置焊接接頭形式見圖2、圖。J型坡口隔離層堆焊前在不銹鋼堆焊層上用不銹鋼焊條E308L焊接臨時支撐焊道，以防止鎳基焊材向不銹鋼308L上過渡合金成分，完成管座焊接后，打磨消除該臨時焊道。然后，J型坡口密封焊前3層用ENiCrFe-7覫3.2mm焊條打底焊接，之后用ENiCrFe-7覫4mm焊條焊接至與不銹鋼堆焊層平齊，焊接過程中每焊三層進行一次滲透探傷，最后用手工氬弧焊ERNiCrFe-7覫0.9mm焊絲進行角焊縫焊接，角焊圖3中心位置縫的焊趾和焊腳位置應平滑過渡，滿足技術條件要求見表。焊接完成后分別進行100%滲透探傷和超聲波探傷。3 主要問題及措施3.1 焊接難點及工藝措施驅動管座與上封頭密封焊接焊縫和隔離層組織48年第3總3〕CFHI對接 手工不預熱80~160DC/SP 無 ≤100焊縫 TIG隔離層 150~19090~160DC/P250~400×4h≤225熱加工CFHITECHNOLOGY表4模擬J型坡口焊縫焊接標準3.2 焊接變形及預防措施鎳基合金微觀組織為奧氏體，線膨脹系數大，所以焊接過程中變形量較大。如前言所述，由于J型坡口不對稱，并且管座管壁較薄，焊接過程中管座容易產生彎曲變形和縮頸。控制焊接變形的措施如下：〕采用小熱輸入量進行焊接，盡量采熱加工CFHITECHNOLOGY表4模擬J型坡口焊縫焊接標準3.2 焊接變形及預防措施鎳基合金微觀組織為奧氏體，線膨脹系數大，所以焊接過程中變形量較大。如前言所述，由于J型坡口不對稱，并且管座管壁較薄，焊接過程中管座容易產生彎曲變形和縮頸。控制焊接變形的措施如下：〕采用小熱輸入量進行焊接，盡量采用表3中的工藝標準下限，以減小焊接應力；〕采用合理的焊接順序，底部焊道對稱焊接，多道焊從管座根部向外焊接，使焊道自由收縮，將剩余應力降低到最低限度；〕使用專用工裝固定管座，對外側管座預先施加一定量的反變形，焊接時采取對稱焊接，每焊接兩層或三層檢測一次，根據檢測結果調整工裝松緊度；〕采用水冷裝備，在減少焊接應力和變形的同時，減少焊接熱裂紋。預熱〕焊接電流〕層間溫度〕焊接位置極性后熱密封焊前3層不預熱無80~120DC/P≤100密封焊其余層不預熱無90~160C/P≤100角焊縫不預熱80~140C/SP無≤100為單相奧氏體組織，在基體晶粒和晶界處分布少量碳化物顆粒富Cr碳化，隔離層組織為細長的柱狀晶，方向垂直于熔合線，焊縫區為樹枝狀晶。因此焊接過程中容易出現如晶間腐蝕、應力腐蝕開裂、熱裂紋、焊縫脆化等缺陷。由于鎳基合金固液相溫差小，流動性偏低，導熱性差，并且焊接過程中Ni元素能與P、S、Pb、Al或低熔點物質形成脆性相，所以鎳基合金焊接過程中容易產生熱裂紋和氣孔。預防措施：〕焊前應將坡口及坡口周邊油污、水分和其它雜質清理干凈，尤其要去除外表氧化層，以免產生未熔合；〕采用較小的線能量焊接，層間溫度小于100℃；在保證熔合良好的情況下盡量選用較小的焊接電流，較低的電弧電壓和較快的焊接速度；〕焊縫外表均勻平整，無局部凹凸不平存在，以防止由于局部應力集中而產生裂紋。鎳基合金焊縫成形以均勻凸起的自然成形為好]；〕采用短弧焊，小面積焊道窄焊，不擺動施焊，以減少氣孔的產生；〕密封焊接時，為防止污染，每焊一道都要將渣殼及時去除出坡口，每道焊道的引弧和收弧位置都要用風銑清理干凈，每3層做一次PT探傷，確保外表無缺陷后結語4通過采用以上措施，實際產品焊接時，CRDM管座的變形量均在技術要求范圍之內。可以看出，采用以上介紹的工藝措施后，上封頭和驅動管座密封接頭的焊接質量可以滿足技術條件要求，但是，采用防變形工裝可能會使管座有微小變形，操作時應注意控制。參考文獻[1]楊志鵬