[发明专利]锆4合金薄壁导向管部件脉冲氩弧焊焊接工艺

说明书

                     技术领域

本发明涉及一种核电站反应堆控制棒导向管的焊接工艺，具体是一种锆4合金薄壁导向管部件脉冲氩弧焊焊接工艺。

                     背景技术

锆4合金薄壁导向管是大型核电站燃料组件的支承部件，是反应堆控制棒起控制作用的导向部件。为了能与不锈钢制作的上、下管座联接，锆4合金薄壁导向管的两端需焊上带内螺纹的锆4合金薄壁套管和带外螺纹的端塞，构成锆4合金薄壁导向管部件。由于它是作为大型核电元件的支承部件，所以对其焊缝的表面质量和内在质量均有很高的要求。表面质量要求导向管部件全长直线度要满足0.25mm/300mm，焊接后端塞和套管与导向管的同轴度分别小于0.35和0.25mm的跳动，表面不允许有碰痕、凹坑，表面划伤深度小于0.025mm，焊缝表面平整、光滑，端塞焊缝用φ12.28mm过规可自由通过，焊缝及热影响区不允许有针孔、裂纹或咬边等缺陷。焊缝内在质量要求端塞焊缝100％进行x光检验合格，套管焊缝拉伸试验中能经受拉伸力大于5600N，金相检测时，两端焊缝熔深不小于壁厚的90％，不允许有≥0.25mm的气孔存在和影响熔深的气胀，两端焊缝在360℃、18.7MPa的水中腐蚀72小时，所形成的氧化膜为均匀光亮的黑色，不允许出现棕色或灰白色的产物。但是，由于锆4合金导向管部件管壁很薄，壁厚仅为0.35mm～0.45mm，且两端管径不一致，端塞一侧直径为φ12.05mm，套管一侧直径为φ14.92mm，焊缝的形成和熔深难于达到设计要求。而且锆4合金化学活性很强，在400℃加热时开始吸收空气中的氧、氮和氢等气体，从而引起锆的脆化和耐高温、高压水腐蚀性能的降低。尤其是在焊接过程中，其熔点为1800℃，熔融锆的吸气性更强，焊缝中含氧量增至0.5％时即生成脆性化合物，使焊件接头的塑性降低而强度增高，并使其抗高温，高压水腐蚀性能更大大降低。因此锆4合金薄壁导向管部件的焊接还要解决好焊区的保护，避免焊缝氧化。国内过去一直采用真空电子束焊焊接锆合金薄壁管，但由于本发明所涉及的锆4合金薄壁导向管部件，其直径较大，两端直径不一致，壁更薄，致使现有的真空电子束焊无法满足要求。目前法国则采用氦弧焊焊接锆4合金薄壁导向管部件，但是我国氦气价格昂贵，其价格是高纯氩气的8～10倍。因此，用氦弧焊焊接成本高，不适合我国情。

                    发明内容

本发明的目的是提供一种焊缝质量高，焊接成本低的锆4合金薄壁导向管部件脉冲氩弧焊焊接工艺。

本发明是这样实现的：一种锆4合金薄壁导向管部件脉冲氩弧焊焊接工艺，它包括如下步骤：

(1)清洁锆4合金薄壁导向管、端塞和套管；

(2)将清洁好的锆4合金薄壁导向管、端塞和套管在压塞机上分别进行上、下端焊缝装配；

(3)将装配好的锆4合金薄壁导向管部件焊缝置于通有常流氩的焊接小室内；

(4)在焊接小室内，由焊枪喷咀喷出的焊接氩保护焊区对锆4合金薄壁导向管部件进行脉冲氩弧焊；

其中，在步骤(1)中，导向管管口用绸布蘸丙酮擦洗，端塞和套管采用超声波清洗；在步骤(2)中，控制压塞力为2300～2350N，使焊缝接头间隙≤0.1mm；在步骤(3)中，由焊接小室底部小孔通入焊接小室内的常流氩流量为5～7L/min，氩气纯度为的99.95％～99.99％，通氩气到焊枪喷咀喷出焊接氩时为止；在步骤(4)中，采用的焊枪喷咀内咀直径为9mm，外咀直径为18mm，由焊枪喷咀喷出的焊接氩流量为23～26L/min，氩气纯度为99.95％～99.99％，焊接氩通入时间在起弧前3秒至熄弧后20秒，选用钨电极直径φ＝2.0mm，其锥度为30°±1°，极间距为0.4～0.8mm，钨电极位置偏端塞或套管0.05mm，使用的焊接电压为8～9V，焊接电流频率为24～28Hz，对导向管与端塞焊接峰值电流为55～60A，基值电流为20～22A，对导向管与套管焊接峰值电流为45～50A，基值电流为17～19A，脉冲占空比均为1∶1，焊接时间t₂＝7～9秒，焊接衰减时间t₃＝3秒，在焊接时间t₂内，满值焊接时间t₁＝3～4秒，缓慢衰减焊接时间t₂-t₁＝4～5秒，衰减电流为ΔI＝3～5A，焊接速度为6.5mm/s。