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核电工程焊接管理培训教材郑日水课程内容•1.焊接基础理论概述•2.核电常用焊接材料、金属材料•3.核电工程的焊接特点•4.核电站核岛一、二回路的焊接情况介绍•5.核电工程焊接管理•6.核电工程常用的无损检验方法和术语介绍•7.核行业NDT无损检测取证要求1.焊接基础理论概述1.1什么是焊接？焊接是通过加热、加压，或两者并用，使两个分离的物体产生原子（分子）间结合而连接成整体的过程。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。1.2什么是电弧焊？通过电来引弧并产生热量进行焊接的方法。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。它包括焊条电弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊。•绝大部分电弧焊是以电极与工件之间燃烧的电弧作为热源的。在形成接头时，可以采用也可以不采用填充金属。所用的电极是在焊接过程中熔化的焊丝时，叫做熔化极电弧焊，诸如焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、管状焊丝电弧焊等；所用的电极是在焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒时，叫做不熔化极电弧焊，诸如钨极氩弧焊，等离子弧焊等。•焊条电弧焊是手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。焊条芯作为电极和待焊试件之间产生电弧。焊条电弧焊装置组成•埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧焊装置示意图•钨极氩弧焊•在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件之间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的焊接方法称钨极惰性气体保护焊，英文简称TIG（手工氩弧焊图片.doc）TIG焊原理示意图•熔化极气体保护焊（熔化极气体保护焊机.JPG）熔化极气体保护焊是以可熔化的金属焊丝作电极，并由气体作保护的电弧焊。熔化极气体保护电弧焊示意图1.3焊接缺陷焊接过程中产生的不符合标准要求的缺陷，称为焊接缺陷。焊接中对焊接接头质量的评定，是以焊接接头存在缺陷的性质、尺寸、数量和对焊接接头使用安全危害程度等作为依据的。因此，焊接缺陷的存在，决定焊接接头质量的优劣。常见的焊接缺陷有：裂纹、咬边、焊瘤、内凹、未焊透、夹渣、气孔、过烧。(RT检验焊接缺陷实例.doc)2.核电常用焊接材料、金属材料2.1、金属材料1）秦山核电二期扩建机组安装常用的钢材碳钢：P280GH、TU42C、A106Gr.B、20#、16MnR、Q235B、Q235C、Q345C不锈钢：Z2CN18-10、Z2CND17-12、Z2CND18-12、304L、316L、00Cr19Ni10、00Cr17Ni12Mo22）钢材的焊接性能•碳钢的焊接工艺特点含碳量及其它合金元素低，且都是优质碳素钢，对有害元素的含量控制的严格，焊接性能比其它类型的钢好。•焊接具有以下特点：①可装配成各种不同接头，适应各种不同位置施焊，且焊接工艺和操作技术比较简单，容易掌握；②焊前一般不需预热。但对核岛安装工程焊接接头有一定的技术要求和质保要求，核电站设计要按40年运行，考虑到焊接接头承受各种应力（机械热应力，腐蚀应力）。③塑性好：焊缝产生裂纹和气孔的倾向小，可制造大型的构件及受压容器。核电站用它来预制支架、贮罐、管道等；④焊接电源：使用手工电弧焊时，需采用直流焊机，因为工程中使用的均为碱性焊条；使用氩弧焊时，对焊接电源没有特别要求，直流均可使用。⑤焊接熔池也可能受到空气中氧和氮的侵袭，使焊缝金属氧化或氮化。焊缝中有氧化亚铁存在，可能引起热裂纹。但核电工程选材问题上都特别重视选用优质碳素钢焊条，抗裂性能好的耐碱性焊条。在技术上，采取较可靠的焊接方法和工艺，从事建设的焊工都要严格的经培训取证才能上岗。⑥焊接方法：对于低碳钢，几乎可采用的焊接方法，都能满足性能的要求。在核岛安装工程中选用的焊接方法有：氩弧焊接、手工电弧焊、氩电联合焊、CO2气体保护焊。•不锈钢秦山核电二期扩建工程常用不锈钢牌号（RCCM1、2、3级设备、管道）材料，比较常用的如：Z2CN18-10、Z2CND17-12化学成分材料牌号化学成分（%）备注CSiMnPSCrNiMoCuZ2CN18-100.030.7520.040.0317-209-121.0法国RCCM-M3304近似TPASTM00Cr18Ni10GBZ2CND17-120.030.7520.040.0316-1910-142.25-2.75法国RCCM-M3304近似TPASTM00Cr17Ni14Mo2GB机械性能（核电还要求有特定的常温、低温冲击值）序号材料牌号室温机械性能范围最小值近似牌号拉伸强度RmMpa屈服强度ReMpa延伸率%1Z2CN18-1049017545GB00Cr18Ni102Z2CND17-1249017545GB00Cr17Ni14不锈钢焊接工艺特点在不锈钢的焊接中，绝大部分为奥氏体不锈钢的焊接。奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和良好的焊接性，如果焊材选用不当或者焊接工艺不正确也会产生下列问题：晶间腐蚀是18-8型奥氏体钢（如1Cr18Ni9）最危险的破坏形式之一。室温下碳元素在奥氏体中的溶解度最小，约0.02~0.03%，而一般不锈钢中含碳量均超过0.02~0.03，因此只能在淬火状态下使碳固溶在奥氏体中，从而保证钢材具有较高的化学稳定性。但是这种淬火状态的奥氏体钢当加热到450~850℃或在该温度下长期使用时，就会在腐蚀介质中产生晶间腐蚀。奥氏体钢产生晶间腐蚀一般认为是由于晶粒边界形成贫铬层造成的。其原因是在450~850℃温度下，碳在奥氏体中扩散速度大于铬在奥氏体中的扩散速度。当奥氏体中含碳量超过它在室温的溶解度（0.02~0.03%）后，碳就不断向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，析出碳化铬Cr23C6。但是铬的原子半径大，扩散速度较来不及向边界扩散，当晶界附近大量的铬和碳化合成碳化铬造成奥氏体边界贫铬，当晶介附近的金属含铬量低于12%时就失去抗腐蚀的能力。在晶间腐蚀介质的作用下即产生晶间腐蚀。奥氏体不锈钢在焊接不当时会在焊缝和热影响区造成晶间腐蚀因此在焊接工艺上应采取下列措施：①控制含碳量。碳是造成晶间腐蚀的主要元素，碳含量在0.08%以下时能够析出碳的数量较少，碳含量大于0.08%能高析出碳的数量增加，所以控制基本金属和焊材的含碳量在0.08以下。如0Cr18Ni9Ti、A107、A137另外，若奥氏体钢中的含碳量为0.02~0.03%时则全部碳溶解在奥氏体中，即使加热450~850℃也不会形成贫铬区，故不会产生晶间腐蚀。通常所说的超低碳不锈钢如00Cr18Ni10、TP304L等。②添加稳定剂在钢材核焊材中加Ti、Nb等于碳的亲和力比铬强的元素能够于碳结合成稳定的碳化物，从而避免在奥氏体晶界造成贫铬对抗晶间腐蚀能力起十分良好的作用，常用的不锈钢材和焊材都含有Ti和Nb。③进行固溶处理。将焊接接头进行固溶处理。方法是在焊后把接头加热到1050~1100℃此时碳又重新溶入奥氏体中然后迅速冷却，稳定奥氏体组织。④采用双相组织。在焊缝中加入铁素体形成元素，如铬、铝、硅、钼等以使焊缝造成奥氏体加铁素体的双相组织。⑤因为铬在铁素体中扩散速度比在奥氏体中快，碳化铬就在铁素体内部和附近析出减轻了奥氏体晶界的贫铬现象。一般控制焊缝金属中铁素体含量为5-15%，如铁素体过多也会使焊缝金属变脆。⑥减少焊接热输入。在焊接工艺方面，可采用小的焊接电流，大的焊接速度，短弧多道焊，先焊一层后，完全冷却后再焊下一层。也就是层间温度的控制。一般焊工在焊接不锈钢件使层间温度都控制在60℃以下（手能摸，再焊下一道）此外还必须注意焊接次序，尽量不使它受重复热循环作用，另外，应注意焊缝避免过热（例如：打磨焊缝过热发兰色）用大范围，焊条尾部发红（温度过高）。一些有用的保护成分过早挥发，合金元素的烧损，也容易形成焊接缺陷。2.2、焊接材料•秦山核电二期扩建工程常用焊材•焊材管理焊接材料管理是保证焊接质量的前提之一，错用焊接材料会造成潜伏的不合格焊缝而留下质量隐患，甚至导致核电站运行期间重大事故的发生。焊材的管理主要从两方面入手：1)外部保证：a)必须进行合格供应商的评价(焊接材料合格供应商清单.doc);b)从外部采购的焊材必须按标准或（设计）焊接采购技术规格书进行采购、验收试验，特别是核级焊材需要复验合格，按验收、试验程序达到合格后方可入库。2)内部控制：严格按程序要求存放、烘干、保温及发放。①焊材的验收②焊材的存放③烘干与保温（烘干设备.JPG）④焊接材料的发放、回收•焊接材料的使用焊条焊工在工作前应先把焊条保温筒连接在24-220V的电源上，将保温筒进行加热。当保温筒内温度升至规定的保温温度时，焊工带上保温筒去烘干室领取焊条，自烘干室领取焊条应一直保存在焊条保温筒内，焊条保温筒内的温度应控制在70-150℃。保温筒内装入焊条后，筒盖应处常闭状态，焊接时应逐根取出，取出焊条后应随即关闭筒盖。破坏的焊条和焊条头，应丢弃在焊工个人使用的废料桶中，定期处理掉。施焊区域保持没有无标识的焊条，没有焊条头。工作结束，未使用完焊条应随保温筒一并退回烘干室。焊丝做标记移植、放焊丝筒发放、使用。3.核电工程的焊接特点压水堆核电站系统一览表（含核蒸汽系统）常规岛的焊接工程主要涉及的系统有主蒸汽、主给水及启动给水、旁排、高加回路、循环水、凝结水、加热器疏水、排汽、辅助蒸汽、凝汽器抽真空、汽轮发电机组润滑油、凝结水精处理、二回路取样系统等，包括主蒸汽管道、导汽管、再热蒸汽管道（冷段、热段）、主给水管道、抽汽管道、油系统管道、不锈钢管道、热工仪表及排污取样管、水箱、循环水管道、油罐、除氧器、低压缸、凝汽器组合焊接、铝母线及有关重要受力构件的焊接等。焊缝数量达十万多个，大量合金钢管道的焊接，壁厚大，焊接过程需要采取预热、层间保温、后热、焊后热处理及防变形等，由于设计管道布置的空间位置有限，焊接空间狭窄，焊口焊接难度大。材质覆盖面广根据目前（AP1OOO）设计所提供的系统管子材质，参考以往同类容量机组，母材主要采用了进口材料如SA335P11、SA335P22、SA516Cr70、SA688TP304L、SA803TP493等，并且汽机房部分管道焊口采用不锈钢与异种钢对接。由于主蒸汽管道焊接难度大，设计材质为SA335P11，壁厚最大达65mm，焊接工艺复杂，具有很大的特殊性和焊接难度。山东核电设备制造厂目前在CV、CA20等模块采用的材料（AP1000常用材料表）其他核电均包括了不锈钢、碳钢、低合金钢等金属材料。（见2.1、金属材料部分）4.核电站核岛一、二回路的焊接情况介绍核电站的动力装置由反应堆、一回路系统和二回路系统等三个主要部分组成。核电站是一座利用原子核裂变反应释放的核能来发电的发电厂，它的核心是反应堆。反应堆工作时释放的核能，主要以热能的形式，由一回路系统的冷却剂带出，用以产生蒸汽。因此，整个一回路系统被称为核蒸汽系统。而由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统，与常规火电厂基本相仿，一般称之为“常规岛”。一个核岛和核辅助厂房的焊缝总量达120000道以上，属于核I、II、III级管道为主，仅仅少部分是核无级管道，涉及到大量的无损检验。目前，核岛管道系统的焊接采用的全手工氩-电联合焊或手工氩弧焊；一回路主管道的焊接(主管道手工焊接试验.JPG;主管道现场焊接.JPG)。未来一回路主管道的焊接采用新工艺—窄间隙焊（主管道金轨自动焊试焊-照片.ppt）。•核电厂运行时，主蒸汽推动汽轮发电机发电后，蒸汽转化成冷凝水，流到凝汽器内，这时凝汽器的水温很高约为200℃，需要冷却。循环冷却水系统（三回路系统），就是向汽轮发电机组的凝汽器和辅助冷却水系统提供必须的冷却水量。循环水冷却系统，其水源为海水。从取水口以每秒取水39.77立方米的水量，以每秒3米的流速流入输水隧道，经拦污栅及机械格栅除污机、鼓形旋转滤网，进入循环水泵（混凝土蜗壳泵）。将海水输送到汽轮发电机的凝汽器冷却，冷却后的海水通过排水管道流向大海。•这部分管道采用防海水腐蚀的特制材料：10CrMoAI,焊材牌号:海03一般管道直径在4米多的大管道，焊接量很大，管道质量要求很高，属于隐蔽工程，涉及大量的无损检验。5.核电工程焊接管理•管理方：需要编制管理程序，提交施