华龙一号堆内构件锁紧焊焊接质量的控制

刘超

摘  要：通过对华龙一号堆内构件锁紧焊焊接的特点和难点进行分析，并结合华龙一号堆内构件奥氏体不锈钢和镍基合金两种母材的锁紧焊焊接特性，通过选用专用的堆内构件锁紧焊焊接填充材料、制作专用的堆内构件锁紧焊焊接工艺评定，在现场实际产品焊接时对现场施焊环境的控制，焊缝焊前精准定位和焊后采用自制专用工具进行检查，达到控制华龙一号堆内构件锁紧焊焊接质量目的。

关键词：堆内构件;锁紧焊;质量控制

引言：

华龙一号堆内构件锁紧焊作为核岛重要的一项施工活动，焊缝级别为RCCM1级。由于堆内构件锁紧焊焊缝结构的特殊性，锁紧焊焊缝最终完成后只能进行目视检查，不能进行液体渗透检查和射线探伤检查，所以对于堆内构件锁紧焊的焊接质量要求非常高，对焊缝外形尺寸也有非常严格的要求。本课题针对华龙一号堆内构件锁紧焊从焊材选择、工艺评定制作、现场实际产品焊接等各方面进行严格控制，从而达到华龙一号堆内构件锁紧焊焊接质量控制的目的。

1.华龙一号堆内构件锁紧焊特点、难点

华龙一号堆内构件锁紧焊包括奥氏体不锈钢的焊接和镍基合金的焊接两种。

在焊接支承键键槽定位销和螺栓锁紧杆时操作空间十分狭小，对于焊工的操作技能提出更高的要求。

堆内构件锁紧焊中普遍的焊接母材尺寸厚度差异较大，而焊脚尺寸较小（如流量分配组件螺母厚度为3mm，流量分配组件厚度为100mm，焊喉高度为1.5mm），在堆内构件的锁紧焊的焊接需要使用较小焊接线能量来避免裂纹的产生。而小的焊接线能量很有可能导致母材较厚的那一侧出现焊缝未熔合的现象。

2.堆内构件锁紧焊母材的焊接性

华龙一号堆内构件涉及到的焊接母材为奥氏体不锈钢（Z2CN19.10+N2、Z3CN18.10+N2、Z2CND18.12+N2）和镍基合金（NC30Fe）。

奥氏体不锈钢具有低的热导率、高电阻率、高线膨胀系数，焊接时易产生拉应力。另外奥氏体焊缝产生方向性很强的柱状晶，促使有害杂质的偏析，易形成晶间液态薄膜。故对焊接热裂纹敏感性高，易产生弧坑裂纹、液化裂纹。在敏化温度区（450℃-850℃）长时间停留会在晶界析出碳化铬（Cr23C6）造成贫铬区，降低耐腐蚀性。

镍基合金NC30Fe焊接中主要的问题为高温裂纹敏感性高，易产生气孔，熔合不良。

3.堆内构件锁紧焊焊接质量的控制

华龙一号堆内构件锁紧焊从焊材选用、工艺评定的制作、现场锁紧焊焊接三个方面进行控制，从而达到控制堆内构件锁紧焊焊接质量的目的。

3.1 焊接材料

华龙一号堆内构件锁紧焊选用的焊接填充材料有两种，分别为伊萨厂家生产的OK TigrodN 308L和SMC国际超合金集团焊接产品公司生产的INCONEL Filler Metal 52，焊丝直径均为1.6mm，长度1000mm。

OK TigrodN 308L焊丝的P元素INCONEL Filler Metal 52焊丝的S元素的含量华龙一号堆内构件控制的更加严格，从焊接填充材料的选择和验收上有利于避免焊接裂纹的产生。

3.2 焊接工艺评定的制作

堆内构件焊接工艺评定的母材采用与现场实际母材牌号一致的试件进行焊接，焊接位置模拟现场的焊接位置，试件所开的坡口与现场实际产品一致。

由于堆内构件的锁紧焊的焊接需要使用较小焊接线能量来避免裂纹的产生，小的焊接线能量很有可能导致焊缝出现未熔合的现象。由于堆内构件锁紧焊焊缝为RCCM1级焊缝，而且焊接完成后的焊缝仅能进行外观目视检查，所以堆内构件锁紧焊工艺评定按照RCCM-2007版S3200章的要求在试件焊接时确认最高和最低两种焊接线能量，在做金相试验时应包括高线能量区焊缝和低线能量区焊缝。现场产品焊接线能量应在工艺评定制作时所使用的最高和最低焊接线能量的范围内。

3.3 堆内构件锁紧焊缝的实施

3.3.1 施工前准备

由于空气中的水份、待焊试件上的水渍、油污等可能导致H、O等有害的元素进入到焊缝中可能引起裂纹和气孔等缺陷。焊接前对待焊坡口表面及附近大于15mm范围内用清洗剂进行清洁并使用热风枪进行干燥。。

焊接前焊工应用清洗剂对焊丝表面进行清洁，去除焊丝表面的水渍、油污、氧化物等可能引起焊接缺陷的杂质，在焊丝清洁后用干净的白布再次擦拭干净并将焊丝干燥。

3.3.2 现场产品的焊接

对于堆内构件锁紧焊中的流量喷嘴、流量分配组件螺母的分段焊焊接前使用焊缝定位工具，对需要焊接的焊缝数量、焊接位置、焊缝长度做出标记，焊工在焊接过程中可以作为参照。

由于两种焊接的母材都有很高的热裂纹敏感性在产品的焊接过程中采用短弧、低线能量、窄焊道，且要控制较低的层间温度，进行火口处理（填满弧坑）、焊接下一道焊缝之前要将上一道焊缝清理干净。

在进行螺栓锁紧杆的焊接时，应在锁紧杆之外的母材上起弧，在进行螺栓为水平位置的锁紧杆焊接时，焊接方向为从下至上，可以有效的减少因熔池下坠而导致母材无法正常熔化的风险，避免焊缝中出现未熔合等缺陷。

3.3.3 焊缝的检查

对于锁紧杆焊缝，焊缝焊接完成后的外观验收要满足设计文件要求，焊缝表面应饱满，不应有引起应力集中的外观缺陷。在螺栓锁紧杆焊接、径向支承键定位销挡板和径向支承键键槽定位销的焊缝要求不能高出母材表面，在检查华龙一号以上部件焊缝不能高出母材表面时，用75mm的刀口尺，沿着母材表面进行检查，可以更加准确的判断焊缝是否高出了母材的表面。

对于流量喷嘴、流量分配组件螺母和起吊旋入件鎖紧块的锁紧焊焊缝焊角高度的检查制作一个专用焊缝检验尺，焊缝检验尺的各个角落标记出对应的焊喉尺寸。这样不仅比平时使用的焊检尺更加方便，而且能检查整个焊缝的每个位置。

4.结论

通过对华龙一号堆内构件锁紧焊的焊接特点和难点分析，结合堆内构件锁紧焊焊接母材的焊接性，在华龙一号堆内构件锁紧焊的焊接工作，在焊接填充材料选用以往有核电供货经验的生产厂家，并用更加严格的标准控制用于现场焊接填充材料的有害元素的含量。在工艺制做方面完全模拟现场的焊接母材种类、焊接位置、坡口形式等。从以上三个方面进行严格的控制以达到提高华龙一号堆内构件锁紧焊焊接质量。

参考文献

[1]刘会杰. 焊接冶金与焊接性. 机械工业出版社，2007.3

[2]徐初雄. 焊接工艺500问.机械工业出版社，1997.2

[3]王芝玲. 焊接金属学。北京理工大学出版社，2014.08