单层均质电渣堆焊在VVER型核电机组稳压器上的应用.pdf
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1、收稿日期:作者简介:吴庆(),男,江苏潥阳人,正高级工程师,学士学位,研究方向:材料、焊接、热处理(:)。单层均质电渣堆焊在 型核电机组稳压器上的应用吴庆(江苏核电有限公司,江苏连云港 )摘要:传统的核电机组主设备内表面防腐蚀堆焊采用双层埋弧自动焊工艺,焊材用量大,耗时高,堆焊层缺陷较多,单层均质电渣堆焊工艺的技术及经济指标更为优异,但因焊材质量问题一直未能得到实际应用。通过实验选用了 焊带与 焊剂的焊材组合,采用电渣堆焊工艺熔敷单层均质防腐蚀层,其熔敷金属在综合机械性能、抗晶间腐蚀能力、稳定的抗热裂纹形成能力、避免再热裂纹等方面满足标准要求,并具有非金属夹杂含量低,焊接缺陷少等特点。经论证可
2、以用于 型核电机组稳压器内表面防腐蚀层的堆焊,并总结了实际堆焊时应注意的问题与改进措施。关键词:稳压器;单层均质防腐蚀层;电渣堆焊;外部磁场;熔敷金属中图分类号:文献标志码:文章编号:()(,):,:;:()型机组稳压器属于压水堆核电机组一回 路 主 设 备,内 径 为 ,容 积 为 ,设 计 压 力 为 ,设 计 温 度 为 ,由牌号 低合金钢制成。为了避免一回路冷却剂的腐蚀,需在其内表面堆焊奥氏体防腐蚀层。传统的内表面堆焊采用双层埋弧堆焊工艺,过渡层材料为 ,盖面层为 ,总厚度。该堆焊熔敷金属中母材稀释率达 ,堆焊层数多导致微缺陷多,焊接残余应力增加,组织不均匀性较大,产生热裂纹和晶间腐蚀
3、的倾向增 大,且 母 材 热 影 响 区 有 形 成 再 热 裂 纹 的风险。单层均质防腐蚀层采用电渣堆焊工艺,堆焊一遍成型,厚度为。电渣堆焊利用电阻热熔化焊剂形成渣池,电流通过导电的渣池产生热量,温度大约 ,焊带在渣池中熔化,因此母材熔深仅为,熔敷金属中母材稀释率为,。与双层埋弧焊相比,单层均质电渣堆焊可以减少材料用量和工时,具有很高的经济性,二者的技术和经济指标对比见表。表两种堆焊工艺的技术和经济指标 技术和经济指标双层埋弧堆焊单层电渣堆焊生产效率()焊剂消耗()焊渣相对质量 焊道宽度 焊道高度 母材稀释率 热量输入()世 纪 年 代 俄 罗 斯 研 发 了 焊带和 熔炼焊剂的单层均质电渣
4、堆焊材料,但因其质量不稳定,熔敷金属中碳含量不能始终满足 的要求,无法保证稳定的抗晶间腐蚀性能,因此单层均质电渣堆焊未能在主设备上真正使用。为使该工艺能实际 应 用 到 型 核 电 机 组 主 设 备 上,从 年起,俄罗斯中央材料院和伊佐尔厂开展了多种焊材组合的试验,最终选用 公司的 ()焊 带 和 焊剂完成了单层均质防腐层电渣堆焊工艺的研究和开发。经论证其具有优良的堆焊质量,可以用于 型核电机组稳压器内部防腐蚀层堆焊上。单层均质电渣堆焊焊接工艺选择 焊材选择根据多 种 牌 号 焊 材 组 合 的 试 验 结 果,焊带和 焊剂焊接得到的熔敷金属化学成分与 焊带匹配 焊剂的熔敷金属成分类似,并且
5、熔敷金属中的铁素体含量为,两者焊材熔敷金属的化学成分见表。电渣堆焊要求熔渣池具有导电性,提高焊剂中氟化物含量可以增加渣池的电导率,氟化物含量超过 为熔渣熔化,焊剂中 比例为。表单层均质防腐层熔敷金属化学成分 堆焊焊材组合标准元素含量 施加外部磁场 保证焊道成型电渣堆焊的电流从焊带平行地流向熔池尾部,所产生的力使熔渣和熔融金属从熔池的边缘向中心移动,造成焊道边缘处熔融金属不足而产生咬边。通过施加外部磁场,产生等于或略大于焊接流体力的反向洛伦兹力,来保证将熔融金属均布到焊道边缘部位,消除沿其边缘和搭接处的凹陷和咬边,获得表面成型良好的焊道。外部磁场的电流越大,熔融金属向边缘的流动性越大,但母材稀释
6、率也随之增加,因此外部磁场仅需弱到不产生咬边即可,并且外加磁场的电流与焊带宽度成正比,小于 宽的焊带无需外加磁场。洛伦兹力与外部磁场的关系见表,的电流通过线圈产生 的力,该力可以完全满足熔渣和熔融金属的流动力,不会产生咬边,堆焊表面质量如图所示。表电磁线圈电流与洛伦兹力之间的关系 通过电磁线圈的电流 磁场(实测)洛伦兹力(计算值)()图熔敷金属表面质量 确定焊接工艺参数电渣堆焊焊接工艺参数与焊道高度、母材稀释率以及铁素体含量之间关系密切。焊道高度随着电流、电压的增大而增加,与焊接速度成反比;母材稀释率随着电压的增加而减少,与焊接速度成正比;铁素体含量与电流和电压成正比,与焊接速度呈线性下降关系
7、。经试验,不同截面尺寸 焊 带 的 电 渣 堆 焊 最 佳 焊 接 工 艺 参 数 见表。表不同截面尺寸焊带最佳焊接工艺参数 截面尺寸电流电压堆焊速度()伸出长度焊剂堆高 堆焊质量验证为了验证 焊带和 焊剂的熔敷金属是否能够满足 型核电机组稳压器内表面防腐蚀层的质量要求,在试板上进行了连续单层焊道的熔敷,取样并对试样进行 的 回火热处理,进行了相关验证实验。金相组织熔敷金属的微观组织:熔合区是 宽的低碳马氏体组织过渡层如图()所示,热处理 后 该 过 渡 层 增 加 到 如 图()所示,表明热处理后增加不大。初始状态熔敷金属是带有铁素体相的奥氏体组织,铁素体以 分 散 沉 淀 和 网 状 碎
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