核电管道焊接.doc

核电站主给水TU-48C钢焊接工艺试验浙江火电建设公司 李刚 摘要 民用核承压设备常规岛系统主给水管道常用材料之一法国牌号TU-48C钢，试验规格为27332mm，焊接质量要求高，过程控制极其严格同时在标准的执行中采用了国标和RCC-M的双重标准，则按两标准较严的执行，特对其焊接性及焊接工艺试验、研究过程作如下分析。关键词核电 TU-48C钢 焊接性 研究正文民用核承压设备常规岛系统主给水管道常用材料之一法国牌号TU-48C钢，该钢种属低合金高强钢，Cu.Sn等元素得到了严格控制。表一：TU48C钢化学成分；表二：TU48C钢机械性能。一、材料性能TU48C钢属I-2级,其化学成分如下表1：CMnPSSiCuSn0.220.65-1.250.0350.0350.1-0.350.250.030.240.6-1.30.040.040.09-0.40.250.03TU48C钢机械性能如下表2抗拉强度b(MPA)屈服强度0.2(MPA)5%室温高温470-570275186(300)b(5-2)10500二、TU48C钢工艺试验目的1 工艺评定主要目的是为验证能否获得力学性能符合要求的焊接接头，优质、高效地完成工程焊接任务，掌握合理的技术规范，制定出切实可行的焊接作业指导书。2 为核电系统主给水管道焊接提供有力的技术工艺保证。三、TU48C钢的焊接性分析：1） 用碳当量间接评估其焊接性：碳当量=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15（%） =0.19+1.14/6+0.16/15(%) =0.39%0.4%故TU48C钢焊接性良好.但因该管道壁厚度较大,焊接要求高,为防止出现冷、热裂纹,焊前需进行预热,采用低氢型焊条，焊后需进行热处理消除焊接应力,提高焊缝的形状系数等工艺措施。四、先决条件准备1） 评定人员：评定人员包括焊接技术人员、焊接质量检查人员、焊接检验人员、焊工及热处理人员等；2） TU48C焊接材料：工艺评定用钢材、焊材均应有出厂合格证，并符合相应标准，且与实际生产相类同。建议施焊前对TU48C钢材与焊材进行材料复验，确认其化学成分及相关力学性能参数是否符合工艺要求。3） 机具设备：工艺评定用焊接设备应处于相对稳定的正常工作状态，仪表、气体、流量计等应计量合格，热处理设备应完好，自动记录亦处于正常工作状态。五、试验和评定执行标准1）评定采用焊接工艺评定规程DL/T868-2004标准2）力学性能试验等采用法国RCC-M-2000标准。3）无损探伤采用JB4730压力容器无损检测六、试验主要参数1)管径：27332mm2)试验厚度：=32mm3)试验位置：2G4)焊接方法:GTAW+SMAW5)试验气体:Ar纯度大于99.99%6)自动化程度：手工7)适用的焊件母材厚度范围为24-48mm。8)适用的焊件母材管径范围为136.5mm。七、试验前准备7.1管子准备（接头）: 管子坡口加工(见坡口加工图)（坡口加工图）(注：为进行热处理包扎，管子长度最好大于370mm) 1） 加工坡口的形状和尺寸应按能保证焊接质量，填充金属量少，便于操作，减少焊接应力、变形及适应探伤等原则选用，综合考虑加工因素，对规格为27332mm，选择双V形坡口，加工长度要考虑热处理工艺要求，长度确定为400mm。2） 焊件下料和坡口加工采用机械方法加工，坡口加工后母材处无裂纹、重皮、坡口损伤及毛刺等缺陷（必要时经PT试验检验合格）。加工尺寸符合图样要求。3） 对口前在坡口及内外侧大于20mm范围内用机械方法除油锈，直至裸露金属光泽。4） 对口时管口的端面应与管子中心线垂直，其偏斜度不得超过1.5mm。5） 试件对口要求内壁齐平，如有错口，错口不得超过1mm。6） 坡口的间隙按规程规定，保持4-5mm之间，钝边留1.0-2.0mm,对口用骑马铁点焊固定。7.2焊材准备:1)焊条:焊接TU48C钢采用J507Ni(E5015-G)焊条,规格为2.5mm、3.2mm、4.0mm,焊前焊条经350烘培1h,使用时,把烘干的焊条放入100-150的专用保温筒内,并通电保温，随用随取。2)焊丝: 焊丝采用TIG-J50,2.5mm,焊丝使用前必须除去锈蚀及油污等脏物,做到清洁.7.3环境准备:焊接场所应采取防风、防寒、防雨、雪等措施。7.4氩气流量不能过大或过小,以防出现气孔等缺陷,一般控制在8-10L/min.7.5预热及热处理工艺应按工艺要求准备就绪.(详见热处理曲线图)7.6经考试合格的焊工在正式施焊前应根据实际情况和相应焊接位置进行模拟焊接,熟练后方允许正式施焊.7.7.设备工具:1) ZX7型逆变焊机二台2) 喷嘴：直径8-10mm3) 钨极：Wce-20,钨棒直径2.5mm4) 角向磨光机、钢丝刷等清理工具5) 热处理设备一套（远红外自动加热仪）。八、焊接工艺8.1 GTAW工艺1) 采用TIG-J50焊丝,规格为2.5mm,焊前除去焊丝的油污等脏物.2) 焊前预热至100-150;3) GTAW打底的焊层厚度不小于3mm,一般为3-4mm;4) 充氩保护,Ar流量为8-10L/min;5) GTAW焊接电流为100-130A;电压为10-13v;焊接速度为25-40mm/min;电源采用直流正接.8.2 SMAW焊前工艺1) 采用E5015-G焊条,规格为2.5、3.2、4.0mm,放入100-150的保温筒内,并通电保温，随用随取。2) GTAW氩弧焊打底结束后,应立即进行SMAW焊接;SMAW焊道的单层厚度不大于所用焊条直径加2mm；3) 单焊道摆动宽度不大于所用焊条直径的5倍;4) 采用多层多道焊,施焊时应特别注意接头和收弧的质量,收弧时应将熔池填满,多层多道焊的接头应错开;5) 控制层间温度,应不低于100（预热温度的下限）,且不大于350;6) 多层多道焊应逐层进行检查,经自检合格后,方可焊接次层,直至完成.7) SMAW焊接参数如下表：电源采用直流反接。焊条直径（mm）焊接电流（A）焊接电压（V）焊接速度(mm/min)2.575-9522-2630-603.2100-13023-29130-1704.0130-17023-30140-2007） 焊接线能量（IU/V(J/mm）),范围如下:（2.5mm）:1.65-4.94KJ/mm;（3.2mm）:0.8-1.74KJ/mm;（4.0mm）:0.9-2.18KJ/mm;九、钢印移植：焊口焊完后应进行清理，经自检合格后在焊缝附近打上焊工本人的代号钢印。十、焊后热处理1） 远红外自动加热仪:DWK-1802） 消氢热处理温度:300-3503） 热处理方法:高温回火4） 热处理温度：600-650,恒温1.5h.5） 升降温速度:按25025/壁厚/h科计算,且不大于300/h,计算得升降温速度195/h.600-650 温度6） 热处理曲线如图:195/h时间h 热处理曲线图7） 热处理的加热宽度，从焊缝中心算起，每侧不小于96mm；热处理的保温宽度，从焊缝中心，每侧不小于160mm。十一、检验和试验1） 外观检验：外观检验标准符合火力发电厂焊接技术规程（DL/869标准），表面无裂纹、夹渣、气孔、弧坑，咬边深度0.5mm,根部焊透,焊缝边缘与母材应圆滑过渡.2） 射线探伤:试件经外观检验合格后,必须经射线检验合格,射线检验标准根据JB4730至少A.B级要求。如不合格，可按上述工艺要求返修。3） 机械性能试验：3.1拉伸试验：取两个拉伸试样，按RCC-M规定进行取样和试样检验，要求b 470MPa。3.2 侧弯试验：取四个试样，试样尺寸:L1532mm,按RCC-M规定进行取样和试样检验，要求弯曲角度为90,试验拉伸面上不得有大于1.5mm的横向裂纹或缺陷,或长度大于3mm的纵向裂纹或缺陷.3.3冲击试验:取6个试样(焊缝及热影响区各3个),试样长度为551010mm(v型缺口),冲击试验按RCC-M规定进行取样和试样检验,要求冲击功平均值81J,且只允许一个试样冲击功较低,但不应低于规定平均值的70%3.4断口试验：以3个试样，试样尺寸为L3032mm,用不大于10倍的放大镜检查焊缝断口,合格标准为无裂纹、未焊透及未熔合；并且单个气孔厚度方向尺寸4mm;宽度方向及长度方向尺寸均6mm,单个夹渣厚度方向、宽度及长度方向尺寸均4mm;密集气孔及夹渣要求每100mm2面积内有直径0.8mm的气孔及夹渣不超过5个,或总面积3mm2.相邻缺陷间距离如超过最大缺陷长度的5倍时,则按单个论。3.5金相试验:按RCC-M规定进行取样,取样长度为501532mm,其合格标准为焊缝及熔合区宏观无裂纹、未熔合、未焊透及疏松；微观400无裂纹、过烧组织。3.6硬度试验:在焊缝及母材上各取3点,取其平均值,合格标准为:母材HB156,焊缝HB250。小结TU48C钢，按以上工艺评定焊接性试验方案对相应规格、位置进行规范的焊接及检验，各项力学性