搜索
核电站设备制造工艺与监督核电焊接与质量控制概论EC-EQ/CTC-010A版1中广核工程有限公司工程培训中心CNPEC中广核工程技术及管理系列培训教材核电站设备制造工艺与监督——核电焊接与质量控制概论（本教材之产权属于中广核工程有限公司所有。未获我公司书面许可，任何人不得擅自复制、传递或泄露该教材）核电站设备制造工艺与监督核电焊接与质量控制概论EC-EQ/CTC-010A版2核电焊接与质量控制概论第一节概述一、焊接在核电建设中的作用与地位1．焊接技术贯穿于核电设备制造、安装与维修过程，是一项关键技术1.1核电重要设备制造离不开焊接工艺Δ核反应堆压力容器：焊接结构，厚壁≥200mm的低合金钢内壁堆焊不锈钢，顶盖与筒体密封面堆焊不锈钢。Δ核反应堆稳压器：由上、下封头和多节筒身焊接而成，内壁堆焊不锈钢。Δ蒸汽发生器：下、上筒体组成——焊接而成，内壁堆焊不锈钢，U型传热管为Inconel600、690。1.2核电设备安装焊接是重要的关键的施工工艺Δ主管道安装焊接——热管段、U形管段、冷管段、奥氏体不锈钢（Z2CND18-12），Ф698~784，δ60~93.5m。Δ波动管道焊接（与主管道相似）Δ控制棒驱动机构承压管（用特制的堆充环（Ω环）采用自动脉冲钨弧焊。Δ热电偶法兰（Ω环）焊接。Δ安全壳钢内衬焊接。Δ各种贯穿件和牛腿的焊接。1.3核电设备改造及维修工程的常用工艺方法Δ核电设备金属构件的失效（如腐蚀、磨损、裂纹、泄漏、断裂等）常采用焊接方法进行维修及进行改造工程。Δ核电设备金属材料的寿命评估与分析，焊接技术具有一定的重要作用，因为往往金属构件早期失效发生在焊接接头。1.4核电焊接应用了先进和广泛的焊接方法在核电焊接中应用了激光焊、等离子弧焊、SMAW、TIG、MAG、脉冲氩弧焊、电渣焊、SAW（埋弧焊）及带极堆焊等。同时核辐射及对人身的伤害，焊接自动化及智能化、焊接机器人、计算机在核电焊接中得到了长足发展。1.5核电设备金属材料及结构的特点核电站设备制造工艺与监督核电焊接与质量控制概论EC-EQ/CTC-010A版3Δ大量采用具有耐腐蚀、耐辐射的金属材料，如奥氏体不锈钢、Ni基合金（600、690等），还有碳钢、低合金钢等，其焊接工艺要求高。Δ结构尺寸大，如压力容器壁厚δ200mm，焊接难度增大，大量耐腐蚀、耐辐射覆层的堆焊使其成为异种钢焊接，而大面积堆焊对焊接工艺及设备提出了更高的要求。2．焊接技术的特殊性2.1焊接的定义两种或两种以上材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，来达到原子或分子之间的结合而形成永久性连接的工艺过程叫做焊接。Δ两种或两种以上材质、同质或异质、金属与非金属（理论上所有材料均可焊）。Δ加热、加压，加热与加压并用。Δ微观上建立了组织间的内在联系（原子或分子之间的结合）。Δ宏观上建立了永久性的接头（与铆接或螺栓连接等比较）。Δ焊接实质上都是使母材和焊缝金属形成共同的晶粒。Δ钎接虽能形成不可拆卸的接头，但一般仅钎料熔化而母材不熔化，故连接处不易形成共同的晶粒，只是在钎料与母材之间形成粘合。Δ焊接与钎焊在微观上是有原则区别的。2.2焊接所经历的过程及特点Δ对金属材料的熔焊而言，焊接均要经历：加热、熔化、冶金反应、结晶、固态相变至形成焊接接头。Δ焊接热过程：局部的受热和局部熔化→焊接温度场→焊接应力与应变→冶金反应→结晶、相变和变形等。Δ焊接化学冶金过程(1)在熔化金属、熔渣和气相之间进行一系列的化学冶金反应。(2)如金属的氧化还原、脱硫、脱磷、渗合金、除氢等。(3)冶金反应直接影响焊缝金属的成分、组织和性能。Δ焊接时金属的结晶和相变过程(1)熔池金属由液态转变为固态。(2)快速连续冷却局部拘束应力，在焊缝金属的结晶和相变时有可能产生偏析、夹杂、气孔、裂纹、脆化等缺陷。(3)控制和调整焊缝金属的结晶和相变过程是保证焊接质量的关键之一。核电站设备制造工艺与监督核电焊接与质量控制概论EC-EQ/CTC-010A版4(4)焊接热影响区[（HAZ（Heat-affectedzone））。(5)焊接热循环2.3熔化焊接特点（熔化焊与冶炼钢铁原理相同，但有很大区别）2.3.1热源为移动的2.3.2热源温度高而集中：气焊火焰3000K，电弧焊弧柱温度5000~8000K，TIG弧柱高达10000K以上2.3.3受热金属体积小2.3.4熔凝时间短促2.3.5具有高的温度梯度2.3.6化学反应不平衡2.3.7化学成分和金相组织的变化2.3.8基本金属的组织变化2.4焊接结构的特点2.4.1应力集中变化范围大2.4.2较大的焊接应力和变形2.4.3较大的性能不均匀性2.4.4焊接接头的整体性2.4.5焊接接头的不连续性3．核电焊接质量与核设施安全的关系3.1质量——一组固有的或赋予的、定性的或定量的特性满足明示的、通常隐含的或必须履行的要求或期望的程度。3.2核电站是真正实施质量第一、核设施安全第一的质量安全方针，一切工作围绕质量，而质量是保证安全的唯一措施。3.3核电焊接属特殊工艺过程，核电焊接是质量的关键3.3.1焊接质量对防止核电站泄漏造成核物质放射性污染具有特殊性3.3.2焊接质量对核电厂安全运行极具重要性Δ焊接工艺及焊接接头的特殊性Δ焊接接头质量和性能关系到关键设备在核安全状态下稳定运行的可靠性3.4焊接质量、控制与检验的关系3.4.1焊接质量问题（缺陷）是制造加工安全、运行出来的，而不是检验出来的核电站设备制造工艺与监督核电焊接与质量控制概论EC-EQ/CTC-010A版53.4.2焊接质量控制要执行预防为主，通过过程控制结果3.4.3焊接检验更大程度的是起到把关作用3.4.4焊接检验合格有时并不完全代表质量合格二、核电焊接中应用的焊接方法1．基本焊接方法及分类2．常用焊接方法英文缩写及代号（见下表）序号焊接方法名称数字代号英文缩写英文全称一焊条电弧焊（手工电弧焊）111SMAW（USA）ManualMetalarcWeldingshieldedMetalarcWelding二埋弧焊SAW丝极埋弧焊121SubmergedarcWeldingwithonewireelectrode带极埋弧焊122SAWSubmergedarcweldingwithmultiplewireelectrode三熔化极气体保护电弧焊13GMAG核电站设备制造工艺与监督核电焊接与质量控制概论EC-EQ/CTC-010A版6序号焊接方法名称数字代号英文缩写英文全称1．熔化极隋性气体保护焊（含熔化极氩环焊）131MIGMetalinertgaswelding2．熔化极非隋性气体保护焊（CO2）135MAGMetalactivegaswelding四钨极隋性气体保护焊141GTAGTIGTungsteninertgaswelding五等离子粉末堆焊（喷焊）152Powderplasmaarcwelding六等离子MIG焊151PlasmaMIGwelding七电阻焊Resistancewelding八氧乙炔焊311Oxy-acetylenewelding九电子束焊51Electronbeamwelding十激光焊52Lase(beam)welding十一电渣焊72ESWElectroslagwelding十二硬钎焊、软钎焊、钎接焊Brazing,Solderingandbrazewelding3．核电焊接应用举例3.1核电反应堆压力容器内表面带极埋弧堆堆不锈钢（SAW）3.2核岛主管道等厚壁奥氏体不锈钢管道TIG/SMAW焊接3.3核堆fwyc零件的激光焊3.4Ω环密封件的脉冲氩弧焊3.5压力容器筒体的电渣焊及埋弧焊3.6阀门的焊接等3.7铝母线套管焊接大型原子反应堆压力容器第二节核电焊接质量管理与保证核电站设备制造工艺与监督核电焊接与质量控制概论EC-EQ/CTC-010A版7一、核电焊接质量管理的模式1．核电焊接质量管理的模式是大纲加程序1.1大纲加程序的管理模式具有其先进性和实效性。1.2大纲是指我国现行的核设施标准HAF4000系列和相应国家的核设施标准，如法国的RCC，加拿大的CASN286，美国的ASME第一卷“核动级设备”第九类“焊接及钎焊评定”及其它相关标准和根据标准所编制的质量保证手册或大纲。1.3程序是指制造、施工生产过程中的标准、管理要求和技术质量要求，即达到质量要求的过程内容的总和。1.4大亚湾核电站建设中（BOP）焊接质量保证主要依据的控制程序1.4.1填充材料的产品（引用法国标准NFA81-309、NFA35-055）1.4.2焊接工艺评定程序（引用法国标准AQUAP1.82）1.4.3焊工资格考试程序（NFA88-110）1.4.4填充材料的保和和发放程序（承包商拟制、业主批准）1.4.5焊接施工及工艺程序（承包商拟制、业主批准）1.4.6焊接检验程序（NFA88-110）1.4.7焊接施工记录程序（承包商拟制、业主批准）二、焊接质量管理的内容1．设计管理1.1合同的质量保证要求1.2按规范或标准选择材料和结构2．工艺管理2.1焊接工艺评定（英文：Weldingprocedurequalification，缩写PWQ）2.2焊接工艺规程（英文：Weldingproceduresheet，缩写WPS）3．焊工管理3.1焊工技能评定（培训与考试）3.2焊工合格证的有效期及适项范围4．焊接材料管理从采购、验收、储存、烘熔、发放、记录全过程核电站设备制造工艺与监督核电焊接与质量控制概论EC-EQ/CTC-010A版85．生产管理6．检验管理6.1检验方法：6.1.1无损检验：VT、MP、PT、UT、RT6.1.2破坏性检验：力学性能、化学成分、金相分析、耐蚀性等。6.2人员资格评定：焊工及焊接操作工、检验人员、技术人员等。6.3检验工艺评定6.4检测报告6.5检测范围及频度三、焊接质量控制和检验1．焊接质量检查要点（见表1）表1焊接质量检查要点过程检查项目检查要点焊接前工艺评定1．焊接方法及焊接设备的适用性2．接头形式、坡口尺寸和形状是否适宜3．焊接工艺水平有无问题4．力学性能试验是否符合标准5．无损检验是否合要求焊工考核1．焊工资格2．焊工技术水平3．焊接试板质量(力学性能及无损检验)坡口及装配质量1．根部间隙是否在规定范围2．钝边是否符合规定3．坡口清理情况4．垫板情况5．装配质量(包括反变形情况)母材复验1．化学成分2．力学性能3．有关物理、化学性质4．有无缺欠(夹层、夹杂物，平整度)5．锈蚀情况核电站设备制造工艺与监督核电焊接与质量控制概论EC-EQ/CTC-010A版9过程检查项目检查要点焊接前焊接材料1．尺寸及外观2．化学成分及力学性能(是否会误用，与母材匹配情况)3．操作工艺性4．抗裂性5．烘干温度与时间是否合适6．保管条件是否合适预热问题1．是否需预热及预热温度的确定2．加热方法及预热温度测定方法是否适宜气候问题1．雨雪天气是否应中止焊接工作2．气温低于0℃是否中止焊接工作3．湿度超过90％时，是否中止焊接工作4．风速超过lOm／s，手弧焊及埋弧焊是否须中止工作；风速超过2m／s，气体保护焊是否应中止工作。焊接中焊接工艺条件及施焊情况1．焊接材料保管使用是否正常2．接头表面清理情况3．是否逐层除渣4．焊接材料是否无误5．气候条件6．预热及层间温度7．焊接参数(电流、电压、焊速)是否正常8．保护气体是否正常9．弧长或焊丝外伸长度是否正常10．焊接顺序是否遵循工艺规定11．各层焊道形状12．熔合或熔透情况13．弧坑处理是否适当14．焊接中断时如何处理15．有无缺欠，如何处理焊接后外观检查1．无表面缺欠2．焊缝成形情况，始末端处理情况3．尺寸无损检验1．有无缺欠，结果是否满意2．部分焊工的焊接质量，有无偶而低下的情况焊后处理1．后热制度及后热情况2．焊后热处理制度及执行情况3．焊接变形及其矫正工艺(冷矫，热矫)修补焊接1．焊接缺欠的种类及部位，是否已完全排除2．缺陷处的处理是否适宜3．预热是否适当4．焊补结果如何。核电站设备制造工艺与监督核电焊接与质量控制概论EC-EQ/CTC-010A版102