[发明专利]壳法兰窄间隙埋弧焊焊接工艺

说明书

技术领域：本发明涉及一种壳法兰窄间隙埋弧焊焊接工艺。

背景技术：二十世纪六七十年代，核能发电技术得到长足发展，在九十年代末核能界将核电发展分为四代：20世纪五六十年代建造的原型核电厂称为第一代核电（Gen Ⅰ）；从70年代开始建造的大型商业化核电厂一直运行到现在，属于第二代（GenⅡ）；第三代（GenⅢ）是90年代开发的、在安全和经济上有相当几个改进的核电厂设计，改进还在继续，入AP600/AP1000，形成Gen Ⅲ+，就是被称为改革型的那一类；第四代核能（GenⅣ）是针对长期规划提出的，有望2030年或更早推向市场的新一代核能系统，不但指核电厂本身也包括燃料循环。AP1000是由美国西屋公司在AP600的基础上总体开发设计，二回路百万千瓦级的压水堆核电厂，具有非能动安全特性，是第一个获得美国核管会最终批准的第三代+核电设计。

AP 1000技术的主泵即反应堆冷却剂泵作为一回路的主要部件，其总体结构及冷却方式都是全新的。如图2所示，壳法兰做为主泵的主要压力边界外壳，主要承担着支撑保护及防止冷却剂泄露的作用。

以往的屏蔽电机外壳均采用手工电弧焊或熔化极气体保护焊，焊接劳动强度大、效率低并且质量不易保证，返修率很高。埋弧焊作为一种高效、优质的焊接方法，在工业生产中已得到了广泛焊接工艺。尤其对于大厚壁筒体结构的对接坡口，通过采用埋弧焊方法均可获得美观、高质量的焊缝。而窄间隙埋弧焊由于坡口角度较窄（一般为1.5°～4°），在同样的热输入条件下，其热影响区极为窄小，因此可得到冲击韧性更高的焊接接头。但同样是由于坡口狭窄，对焊道如何布置，如何调配电流、电压和焊接速度等参数以及避免出现侧壁未熔合缺陷，已成为窄间隙埋弧焊接过程中的难点和挑战。

AP1000主泵的设计规范书承诺的使用寿命为60年，而壳法兰作为防泄露保护外壳，无论母材还是焊缝在漫长的服役期间均将承受高压。因此对于其焊接接头的检验要求是相当严格的，一旦经射线探伤发现较深区域的缺欠，将有可能造成整个部件的报废。因此迫切需要在壳法兰的窄间隙埋弧焊接过程中，采用一整套准确、稳定和合理的工艺体系方法进行指导和控制质量。

发明内容：

本发明的目的是建立一个高效、稳定及运用灵活的壳法兰窄间隙埋弧焊焊接工艺，能够实现大厚壁筒型壳法兰的窄间隙埋弧焊接。本发明的技术方案为：

一种壳法兰窄间隙埋弧焊焊接工艺：1）建立窄间隙埋弧工作站，采用质量稳定可靠的埋弧焊电源、行走机构以及配套设施是保证焊接稳定的前提，保证壳法兰在防窜动滚轮架上的平衡量为±0.20mm；

采用具有缓降外特性的埋弧焊电源，以取得更加快捷的电流调节（△I）和自身调节灵敏度，以保证送丝的稳定性；

2）设计合理的坡口角度及型式，将壁厚140mm的壳法兰设计成通过止口定位，单侧坡口角度4°的筒型合缝坡口；

3）进行焊接工艺评定，选择合理的匹配性焊接材料，并对焊接接头进行拉伸、弯曲和冲击等机械力学性能试验，验证焊缝的可靠性和可适用性，通过焊丝和焊剂的匹配性试验，选择合理的埋弧焊组合焊材，对于壳法兰的碳钢段，由于母材采用美国机械工程师学会标准的材料（ASME SA516Gr.70），因此选择美国焊接协会的焊材（Φ2.4mm的EH11K焊丝）和美国林肯公司生产的（Lincoln 880M）焊剂；而对于不锈钢段的焊缝，选择按照美国焊接协会标准生产的不锈钢焊丝（Φ1.6mm的ER309焊丝）和专门用于不锈钢焊接苏德克公司的焊剂（Soudakay IND24）；

4）寻求匹配的电流、电压以及焊接速度参数，由于热输入在此案例中为重要变素，因此按照以下公式：

热输入=电流（I）×电压（U）×60/焊接速度

在焊接工艺评定允许的热输入范围内寻求能够电弧燃烧稳定，焊道成型良好的参数匹配；

具体的焊接参数为碳钢部分：电流380～400A  电压33～34V

焊接速度420mm/min

不锈钢部分：电流280～300A  电压32～33V

焊接速度350mm/min

5）对窄间隙坡口的焊道布置、压道量以及焊丝距离侧壁的距离均应严格要求，如焊道布置或压道量不合理，容易产生裂纹、气孔等缺陷；而如焊丝距离侧壁的尺寸控制不当，则易产生未熔合的缺陷；

因此对于窄间隙坡口埋弧焊，第一层应在接头的中间焊接一道熔敷金属，以后每层两道，焊丝与坡口壁间距保持3.2-4.0mm，在接头的顶部，根据距离情况可每层熔敷两道以上；

6）对起弧电流、焊丝伸出长度、环形焊缝搭接、焊剂堆高等技术环节细化，