[发明专利]高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别是一种高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法。

背景技术

高温气冷核反应堆具有热效率高（40%至41%），燃耗深（最大高达20MWd/t铀），转换比高（0.7至0.8）等优点。由于氦气化学稳定性好，传热性能好，而且诱生放射性小，停堆后能将余热安全带出，安全性能好。高温气冷堆是国际核能界公认的一种具有良好安全特性的堆型。它集安全性、经济性于一身，势必将是未来核能安全利用的必然选择。

作为高温堆金属堆内构件中的重要部件，200MW高温气冷核反应堆的金属堆内构件中堆芯壳环段焊接是一个重要的加工环节。类似设备及技术，如加氢反应器等化学容器的焊接，其材料为耐热钢12Cr2Mo1R，但这类化工容器对焊接精度等要求远没有200MW高温气冷堆金属堆内构件中堆芯壳高。

现有加氢反应器等化工容器的焊接方法等多为焊条电弧焊或埋弧焊。焊条电弧焊需焊工手工操作，熔敷效率低下、污染大、层间打磨量大、易出现未熔合、焊接质量易受焊工人为因素影响；埋弧焊熔敷效率虽高，但受焊剂填加限制，通常用于平焊位置，对于堆芯壳这类薄壁易变形精度要求又高的筒体结构（高约20米，直径约5.4米，壁厚40mm），一旦将堆芯壳置于水平位置（即平焊位置），必然会因自重产生过大变形，而焊接之后焊接变形将更加严重。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，获得无气孔、裂纹、夹杂等焊接缺陷的良好焊接接头。

本发明采取的技术方案是：

一种高温气冷核反应堆堆芯壳环段自动焊接方法，所述堆芯壳为薄壁筒形件，其特征是，包括如下步骤：

（1）将所述堆芯壳的环段加工坡口，所述坡口位于所述环段接口的两侧，呈双U形；

（2）将待焊环段坡口的钝边对齐安装，并在坡口两侧焊装马脚；

（3）在坡口处手工点焊；

（4）对待焊接环缝进行预热；

（5）在坡口内加入光焊丝，在外坡口用自动热丝钨极惰性气体保护焊的方法进行外部焊接；

（6）去除坡口内马脚，在内坡口用自动热丝钨极惰性气体保护焊的方法进行内部焊接；

（7）对前几道焊缝通过射线检查；

（8）先对内坡口进行焊接至填满，再对外坡口进行焊接至填满；

（9）清理焊道；

（10）对焊缝进行焊后热处理。

进一步，所述第（1）步中加工的双U形坡口的U形口夹角为40°±4°。

进一步，所述第（2）步中钝边对齐安装公差在0.5mm以内，焊装马脚前进行局部预热。

进一步，在所述第（4）之前还包括在筒体内壁4等分的待焊接环缝位置通过点焊方式安装测量块的步骤，安装测量块前对安装位置进行预热。

进一步，所述第（4）中，预热位置为待焊接环缝两侧邻近至少200mm以内部位，预热温度≥205℃。

进一步，：所述第（5）中，焊接3至4道后，每道焊前根据所述测量块测得焊接变形数据，将变形量最大的位置作为下次焊接的起弧点。

进一步，焊接的道间温度不超过350℃。

进一步，在焊接期间以及焊接中断时，进行后热处理，所述后热处理为350℃保温30分钟以上。

进一步，所述第（10）中的焊后热处理温度690℃±15℃，时间为1.5至2小时。

进一步，所述第（5）、（6）步的焊接过程中，加入的光焊丝为ER90S-B3光焊丝，惰性保护气体为30%氩气和70%氦气，保护气体的流量为30±3L/mm，焊接热输入量≤3.276KJ/mm。

本发明的有益效果是：

（1）将GTAW焊接大幅度的提高焊接熔敷效率的同时，保证了焊接工艺稳定性、提高了焊缝质量，避免了气孔、裂纹、夹钨等缺陷，满足了无损检验及相应理化性能要求；

（2）实现堆芯壳竖直状态施焊，避免自重引发的焊接变形（横焊位置）；

（3）通过合理的焊接顺序及焊道布置等，实现焊接变形控制，周向上周向收缩不均匀度≤0.5mm；

（4）通过控制保护气流量、电特性参数、送丝速度与电流及热丝电流的关系，及合理的接头设计，该发明可以实现高送丝速度、大熔敷量焊接，并且电弧稳定无明显磁偏吹，焊缝质量高，无气孔、裂纹、夹钨等缺陷，能满足ASME规范和高温堆金属堆内构件焊缝射线检验的设计要求；

（5）焊接后的力学性能及冲击性能并可达到设计要求。

附图说明