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深圳纽科利核电工程有限公司SHENZHENNUCLEARENGINEERINGCO.，LTD.,核岛不锈钢管道TIG/SMAW焊接2006年12月,核岛不锈钢管道TIG/SMAW焊接,深圳纽科利核电工程有限公司技术部,目录,核电基本知识焊接安全技术焊接接头图形符号和文字符号焊接应力与变形核电站常用焊接材料不锈钢的焊接焊接实操经验反馈参考文件,一.核电基本知识,1.利用核能发电核能是由原子核反应使原子核改变而产生能量。也就是用一个外来的热中子轰击铀-235进行裂变，裂变能量是巨大的，例如1Kg铀-235全部裂变产生的能量约相当于2700吨标准煤所释放的能量，在当今国际石油、煤炭能源日趋紧张的社会，和平利用核能发电，是我国近几十年电力发展主要目标。,2.压水堆核电厂大亚湾、岭澳核电站，采用的是压水反应堆将核裂变转换为热能发电的，压水堆是以高压欠热水作为慢化剂和冷却剂，一回路高压高温水通过蒸发器生成蒸气送到汽轮发电机发电。,一.核电基本知识,一.核电基础知识,3.核电厂辐射防护3.1核电厂的辐射来源和对人体的伤害在压水堆核电厂中，辐射的来源主要是来自堆芯裂变过程中产生高能中子和射线，其次是一回路系统中的腐蚀产物或其他杂质的活化感生放射性。放射物通过人体时与人体器官组织的细胞发生作用，损伤细胞，使细胞减少，诱发病变，甚至功能丧失。,一.核电基础知识,3.2核电工作人员的辐射防护为了核电厂运行和维修人员的安全，有效地控制辐射的危害，使其尽可能减少的最小程度。一般采用屏蔽、缩短照射时间和增大与辐射源的距离三种方法，在给定的条件下，减少人员所接受的照射剂量。,有关核电厂辐射防护的知识将在辐射防护课中学习,一.核电基础知识,切尔诺贝利核电站事故1986年4月26日凌晨1时24分，切尔诺贝利核电站第四号核反应堆进行的半烘烤试验不幸发生逆火，引发爆炸，核反应堆很快熔毁。成为世界上最严重的核事故。据官方公布的数字，爆炸事件发生后，有31名紧急支援人员死亡，多人受到严重的放射性辐射。事故后，疏散了10多万人，出动了300多架次飞机，空投5000多吨物质覆盖反应堆。事故后19天，前苏联最高领导才宣布最严重的情况已经过去。,一.核电基础知识,压水堆与切尔诺贝利核电站设计比较,二.焊接安全,焊接的工作场所可能是高空、密闭容器、管道或狭小的有限空间，在高温和弥漫的烟雾中工作，接触易燃易爆气体、压力容器、电机电器等。由于操作中产生的电弧热与明火可能导致火灾、触电、爆炸、烫伤及高空坠落等事故。为了确保人身安全和设备财产的安全，在核电厂建造和检修中应对焊接安全充分的重视，严格遵守核电站安全和消防的管理规定。,二.焊接安全,2.1气体保护焊、焊条电弧焊的安全技术2.1.1焊接设备和一次电源1）.焊机一次电源应使用专用接头，电缆应绝缘可靠。2）.焊机外壳有可靠的接地。3）.焊接电缆及焊枪、焊把绝缘可靠。4）.焊机运行良好。5).气瓶运输防撞击，现场使用要固定，作业区要通风，防止中毒与窒息。,二.焊接安全,2.1.2焊工安全技术1）.阴雨天严禁露天操作，潮湿地面工作是应加绝缘板，容器内或狭小空间作业注意身体与工件的绝缘及通风良好。2）.高空作业系安全带，设安全网。3）.焊接操作时，焊工劳动防护用品应穿戴整齐。4）.面罩应完好、不漏光、护目镜深浅合适。5）.作业区应隔离，保持良好的通风，原则上在以施焊中心为半径5米的工作现场不得有易燃、易爆物，15米内应有灭火器材，设立安全和防火监护人。6）.减少高温作业下连续工作时间，需要连续施焊时，采取多名焊工轮流操作，减低焊工劳动强度。加强通风、提供保健饮品等措施。,三.焊缝与接头型式,3.1焊缝型式焊缝根据它在焊接时所处的空间位置可分为平焊、立焊、横焊、仰焊缝等，如图所示,三.焊缝与接头型式,3.2接头型式对接接头：焊接边缘相对而接合的接头称为对接。搭接接头：焊件部分搭接，沿着边缘进行焊接，或在上面的焊件上开孔，采用塞焊把两个焊件连接在一起，成为搭接接头。,三.焊缝与接头型式,T型接头：焊接成T型结合的接头成为T型接头。角接接头：焊件的端部组成直角或某一角度的连接接头。,三.焊缝与接头型式,3.3焊缝代号焊缝代号是工程语言的一种，使用符号在焊接结构设计的图样中标注出焊缝型式，焊缝和破口的尺寸及其他焊接要求。中国的焊缝代号是由GB324-1988统一规定的。基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，下面表格介绍一些常见的焊缝基本符号,三.焊缝与接头型式,三.焊缝与接头型式,三.焊缝与接头型式,辅助符号辅助符号表示对焊缝有辅助要求的符号。提出对焊缝表面形状和焊缝如何布置等要求，均可以用辅助符号表示，见下表。如不需要确切地说明焊缝的表面形状时，可以不用辅助符号。,三.焊缝与接头型式,辅助符号的应用示例,焊缝补充符号及焊缝尺寸符号,四.焊接应力与变形,4.1焊接应力与变形的产生焊接是罕见的不均匀加热和冷却在焊接过程中，由于不均匀的局部加热和冷却会形成较大的温度应力，称为热应力，它是由于构件受热不均匀而存在着温度差，各处膨胀变形和收缩变形不一致互相约束而产生的内应力。温度应力达到金属材料的屈服点，材料将发生局部塑性变形，当物体温度恢复到原始的温度后，金属构件仍有新产生的应力存在，成为残余应力。,四.焊接应力与变形,熔敷金属的收缩在焊接的过程中，由于接头形式的不同，使得焊接熔池内熔化金属的散热条件有所差别，这样使得熔化金属凝固时产生的收缩量亦不相同。熔化金属凝固、冷却快慢不一引起收缩变形的差别也导致料焊接应力和变形的产生。,焊接试板,四.焊接应力与变形,焊接的刚性在焊接加热过程中，构件上的温度分布不均匀，在加热时要膨胀，冷却时要收缩，所以各处的膨胀和收缩变形差别也较大，这种变形受到了各处材料的相互制约便形成了焊接应力和变形。,四.焊接应力与变形,4.2焊接变形的种类焊接变形的种类可风味七大类：1）纵向收缩变形：构件焊后在焊缝方向发生收缩。见下图2）横向收缩变形：构件焊后在垂直焊缝方向发生收缩。见下图,纵向和横向收缩变形示意图,四.焊接应力与变形,3）弯曲变形：构件焊后发生弯曲，如下图所示。弯曲壳由焊缝的纵向收缩（见a图）和横向收缩引起（见b图）。,四.焊接应力与变形,4）角变形：焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移，常见的角变形见下图。,四.焊接应力与变形,5）波浪变形：焊后构件呈波浪形，如下图所示。这种变形在薄板焊接时最容易发生。,四.焊接应力与变形,6）错边变形：在焊接构成中，两焊件的热膨胀不一致，可能引起长度方向上的错边（见图a),后度方向上的错边（见图b)所示。,四.焊接应力与变形,7）扭曲变形：焊后在构件上出现的扭曲，如下图所示,四.焊接应力与变形,4.3防止变形的措施反变形法：它是按照事先估计好的焊接变形的大小和方向，在装配时施加一个相反的变形，使其与焊接产生的变形相抵消。,四.焊接应力与变形,利用装配和焊接顺序控制变形装配焊接时，把构件适当地分成几个部件，分别装配焊接，然后再拼焊成整体，使不对称的焊缝或收缩量较大的焊缝能比较自由的收缩而不影响整体结构。按照这个原则生产复杂的大型焊接结构既有利于控制焊接变形，又能扩大作业面，提高生产效率。1）合理装配,四.焊接应力与变形,2）合理的焊接顺序在焊接1m以上的长焊缝时，可采用逐步退焊法、分中逐步退焊法、跳焊法、交替焊法。见下图示意,四.焊接应力与变形,工字梁翼板和复板焊接，见下图。,四.焊接应力与变形,3）刚性固定的焊接方法主要适用于薄板的焊接，采用定位焊、工具夹、临时支撑（如安装“马”、压铁，来控制波浪变形。,四.焊接应力与变形,4.4焊接变形的矫正方法焊接变形矫正的实质是设法制造一个新的变形去抵消已经产生的变形。a）机械矫正法：就是采用机械冷加工的方法来进行的。可采用在滚床等设备上对焊后板材校正，在液压机等设备上进行工字梁的弯曲变形的矫直。,四.焊接应力与变形,b）火焰矫正法：实质是利用不均匀加热引起的变形去矫正焊接结构已经产生的变形。其原理是将被矫正部位局部加热，使加热区产生塑性变形，冷却后产生应力，来矫正原来的焊接变形。见下图示意,四.焊接应力与变形,4.5焊接角变形的经验数据,1）低碳钢板对接接头角变形经验数据表,四.焊接应力与变形,续：低碳钢板对接接头角变形经验数据表,四.焊接应力与变形,续：低碳钢板对接接头角变形经验数据表,四.焊接应力与变形,2）碳钢T型接头的角变形经验数据表,五.核电站常用焊接材料,5.1焊接材料大亚湾、岭澳核电站焊接施工中常见的不锈钢材料：,五.核电站常用焊接材料,大亚湾、岭澳核电站焊接施工中常见的不锈钢焊接填充材料。,焊接材料,五.核电站常用焊接材料,5.2焊接材料保管、烘干、适用焊丝、焊条保管在原包装中贮存；清楚的供应商的标记；按产品牌号分开（不锈钢、碳钢、铜等）；为焊条烘干和存放所提供的固定烘干箱满足持久地运行；在工作班开始时发放当天内所需用的焊接填充材料；烘干室特殊要求：-环境温度20-相对湿度60%,五.核电站常用焊接材料,焊工使用的焊丝、焊条容器要求（N-TD10008）1）棒状焊丝容器筒子（金属、塑料或硬纸制品），一端无盖。2）药皮焊条容器这种小型，金属结构的保温筒是保温的，轻型的并备有提手和快速关闭的筒盖。筒的能量能使装满的填充材料加热到150（最高）。3）.特殊要求操作温度初始设定值为70到150；为了使其处于良好使用状态，任何失效必须报告并立即更换；在发放时，保温筒外侧一个标签（或者任何其他同等效的方式）指明其容装特性，即：焊工姓名与代号、焊丝或焊条的牌号；直径；批号4）位置工作时，保温筒必须放置在靠近焊工的地方工作结束时，保温筒应切断电源安全放置或送回烘干室。,五.核电站常用焊接材料,焊条烘干、保温参数（N-TD1008）,六.不锈钢的焊接,6.1奥氏体不锈钢的焊接工艺特点由于奥氏体不锈钢的物理性能特点，以及对耐腐蚀性抗裂性等的具体要求，故该钢焊接特点如下：（1）焊接变形大:由于奥氏体不锈钢导热系数小，线膨胀系数大，在自由状态焊接时，易产生较大的变形，因此，在焊接施工时应采取适当的控制工件变形措施。（2）对焊接材料要求严:选择焊接材料时，应考虑焊缝成份的要求，以保证耐晶间腐蚀和抗热裂纹性能。,六.不锈钢的焊接,（3）焊条尾部发红:不锈钢焊条的焊芯电阻比碳钢焊条大45倍，容易过热、发红，药皮中的有效成分烧损或药皮脱落，使焊缝保护不佳而产生缺陷，同时也得不到合适的化学成分。（4）宜短弧、直线焊接:尽可能保持短弧是不锈钢焊接的诀窍。如果电弧过长，保护不足，一是焊芯和药皮的合金元素氧化烧损大，二是空气中的氮容易侵入焊缝金属中，由于合金元素（特别是铬Cr）的减少和氮的混入，将使焊缝金属中的铁素体减少可能产生热裂纹。过大的横向摆动也会造成保护不足和产生热裂纹。,六.不锈钢的焊接,（5）保持稳定的焊接工艺产参数，严格按照焊接工艺数据单规定的参数进行焊接。（6）加快焊接接头的冷却速度，避免铬的碳化物相沉淀，严格控制层间温度175。（7）为了保证焊件的耐腐蚀性能，应严格遵守有关焊接不锈钢的工艺守则。1）禁止在工件坡口外引弧。2）所使用的砂轮片为专用不锈钢磨片，工具专用，禁止碳钢和不锈钢混合使用。3）钢材再贮存及运输时，应与碳钢分开，避免碰撞或划伤和被铁锈等杂质污染。,六.不锈钢的焊接,4）焊前，必须将钢材坡口表面的油脂清洗干净，以免加热时产生渗碳现象。5）焊缝表面应呈光亮状，残渣、焊缝的颜色等皆应去除。去除的方法是砂轮打磨、酸洗、刷洗或抛光。表面粗糙度愈小，其耐腐蚀性愈高。6）面向腐蚀介质的焊缝或焊道尽可能安排在最后施焊。,六.不锈钢的焊接,6.2不锈钢焊接背面保护（N-TD1006）背面保护的目的是防止焊缝根部背面氧化（产生密集气孔或菜花形氧化缺陷）适用的范围：一个部件为不锈钢材料或两个部件都为不锈钢材料所组成的焊接接头；当采用TIG（气体保护钨极电弧焊）方法进行熔透焊接时,只要熔敷金属的厚度不大于4mm;当部件厚度小于5mm,在其一侧进行焊接时。,六.不锈钢的焊接,制作氩气室1）泡沫堵头：在装配两个待焊接部件之前,在焊接接头的制备过程中，应在管道内装设堵头形成小室。,六.不锈钢的焊接,焊缝背部充氩流程图,99.99%Ar,六.不锈钢的焊接,水溶纸做氩气室封堵头用水溶粘贴纸做成,并装设在焊件中,在用高压水喷射时可被冲掉。,六.不锈钢的焊接,6.3焊接要求管道与支架焊接焊件温度不得低于+5。气体保护焊，工作区域避免对流风影响电弧稳定。气瓶应放置稳定，并进行固定，避免气瓶到下。焊接时必须按焊接工艺数据单中规定的焊接参数有效范围进行焊接。地线夹的夹持一定要与夹持部位保持良好的接触，避免夹持部位起弧；不锈钢焊接时地线夹必须使用不锈钢过渡板；地线夹夹持部位靠近焊接部位。,六.不锈钢的焊接,禁止在坡口外引弧。焊口背部要有氩气保护，应按N-TD1006程序的规定，使用氩气室。严禁在气系统的管道焊接时使用水溶纸作为氩气室进行背面保护。不锈钢焊接时，背部一定要有氩气保护直到熔敷金属厚度大于4mm。焊缝打磨应按N-TD1007程序执行，不得混淆使用碳钢和不锈钢材料工具（钢印、锉刀、钢丝刷、砂轮片、抛光砂轮等）。焊工检查层间温度，层间温度应符合焊接工艺数据单中的规定。焊接后，焊工都应对焊缝进行清洁，用砂轮打磨或用不锈钢丝刷清理焊缝表面。焊后，焊道表面应均匀，不得有增厚超高，焊道与表面连接应平缓过渡。按照程序N-TD1043进行焊缝检查。,六.不锈钢的焊接,管道阀门焊接1）焊前，应清楚阀门是否必须在开或关闭状态下焊接。2）要保证焊接电流不通过阀门。为此，必须保证地线夹和焊口在阀门的同一侧，且绝不许将地线夹置于阀门上。3）对于有特殊焊接要求的阀门，应严格按照相关要求进行；有温度控制要求，要严格遵守。,六.不锈钢的焊接,不锈钢管道TIG焊焊缝根部氧化缺陷产生的原因、预防及处理措施,六.不锈钢的焊接,不锈钢晶间腐蚀产生的原因引起奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀的原因，主要是沿着晶界析出富铬的碳化物（Cr23C6）形成了晶粒边界附近的区域贫铬现象。当该区域的含铬量降低到钝化所需极限量（含Cr12.5%）以下时，在一定介质中，就会加速该区域的腐蚀，既晶间腐蚀，18-8型奥氏体不锈钢出现贫铬现象，主要是在450850温度区间加热后，过饱和固溶的碳就会向晶界扩散，在晶界附近和铬结合成碳化物。由于铬的原子半径较大，扩散速度较小，来不及向晶间扩散，使晶界附近大量的铬和碳化物合成碳化铬，因此，在奥氏体晶界附近形成贫铬区。温度低于450时不易析出碳化铬，高于850时，铬扩散速度加快，均不至形成晶界贫铬，不至于造成晶间腐蚀。,六.不锈钢的焊接,防止产生晶间腐蚀的措施碳是造成晶间腐蚀的主要元素，应尽量降低奥氏体不锈钢中和焊接材料中碳含量，减少析出碳的数量，避免贫铬区的出现。如果选用超低碳奥氏体不锈钢（含碳量低于0.03%）和焊接材料，即使在450850的高温下加热，碳也能全部溶解在奥氏体中，不会形成贫铬区，因此也不会产生晶间腐蚀。所以，核电站一般采用的奥氏体不锈钢材料和焊接材料的含碳量0.035%，焊后的焊缝具有良好抵抗晶间腐蚀性能。,六.不锈钢的焊接,6.4焊缝打磨焊缝打磨前的先决条件打磨前,检查在打磨后是否能保持要求的厚度。检查磨料(砂轮,柔性片砂轮和盘)是否符合砂轮机的速度和钢的牌号。焊缝的外形打磨，而不会留下任何沟纹痕迹或咬边。打磨后必须保证要求的最小厚度。,六.不锈钢的焊接,焊缝打磨后的检查不允许有尖锐的边缘、沟槽和咬边.必须保证最小厚度，必要时要测量焊缝厚度。采用6.3微米表面粗糙度对照试样法国17级或ISO9，LCACEANo,打磨前图1,磨平的焊缝图3,经打磨的焊缝图2,焊缝打磨到射线允许的程度图4,焊缝打磨示图,六.不锈钢的焊接,焊缝打磨注意事项1）注意磨片与工件接触的角度应小于60，2）焊缝打磨应平缓过渡。,砂轮,图1（错误）,图2（正确）,打磨前,打磨后,七.焊接实操,TIG不锈钢薄壁管道焊接TIG+SMAW不锈钢厚壁管道焊接不锈钢管道插套焊接不锈钢阀门密封焊,七.焊接实操,TIG不锈钢薄壁管道组对示意图,TIG+SMAW不锈钢厚壁管道组对示意图,七.焊接实操,7.1不锈钢管道TIG与TIG+SMAW焊接焊前准备1）工机具：氩弧焊机、氩弧焊枪一套、氩气流量计、焊缝检验尺、测温计、角向磨光机、克丝钳、砂布、不锈钢钢丝刷、丙酮清洗剂、不锈钢砂轮片、制作氩气室的胶绵或水溶纸、密封焊口胶带、焊把钳一套、焊条保温桶。2）焊接试管进行清理加工毛刺、油、污物、坡口边缘的氧化膜、检查坡口角度。3）按焊接工艺数据单的要求领用焊接填充焊材、氩气。焊前认真阅读焊接工艺数据单明白数据单中的各项要求。,七.焊接实操,点固焊缝1）根据施工现场的施工条件来定点固前、后是否放置氩气室，培训、考核可以在点固后放置氩气室。2）点固焊缝按焊接工艺数据单规定执行，不锈钢管对接焊点固焊的位置只能在按时钟的3，12，9时区间的位置上（在立焊区、平焊区），6时的位置（仰焊区）不允许进行点固焊。3）按焊接工艺数据单的规定执行，焊前进行焊缝背面充氩气保护，氩气室进气方式为低进、高出，充氩气的流量由小逐渐增加到焊接所需要的流量值。（氩气的比重比空气重有利于空气排除）,七.焊接实操,送丝方式焊接时，送丝（点丝法）有两种方式：一种是坡口两侧送丝法；一种是焊缝中间送丝法。焊接时，送丝在焊缝中的位置有三种情况：在仰焊部位时，焊丝送在焊缝的根部；在立焊部位时，焊丝送在距焊缝根部1mm左右；在平焊部位时，焊丝送在距焊缝根部1.5mm左右。按这三种情况进行焊接，这样焊出的焊缝根部不会出现凹陷。,七.焊接实操,TIG焊打底焊道的焊接起弧在超过6点钟1015mm位置上，焊缝间隙2mm的情况：引燃电弧开始进行加热当坡口根部有轻微熔化时，立即将焊丝送入一侧坡口的根部，焊丝随电弧移向焊缝坡口的另一侧使得坡口两侧的铁水连接在一起，形成一个完整的熔池，如同在焊缝的起弧焊接位置搭建一个“桥”，当这个“桥”连接好后，就可以进行正常的焊接了。如果焊缝间隙2mm的情况：引燃电弧进行加热，当坡口根部有轻微熔化时，立即将焊丝送入焊缝根部中间，搭建一个“桥”，当这个“桥”连接好后，就可以进行正常的焊接。,七.焊接实操,中间接头在原弧坑，退后510mm处引燃电弧进行加热，不加丝缓慢左右摇摆移动，当电弧移动至弧坑时，当得到新的熔孔形成后，这时将焊丝送入，熔滴进入熔池后电弧在原地左右摇摆2下，待熔滴和熔池完全熔合又形成新的熔孔后，就可以继续向前施焊，这样的接头过度良好。,七.焊接实操,最终接头打底焊道结束时，.最终接头可以采用两种方法：一种是将要连接的接头修成缓坡形，较容易掌握；另外一种是不修磨接头直接熔接。操作要点是：当电弧移至距连接的接头处1mm左右时，适当减慢焊接速度，使得电弧对将要连接的接头充分加热至熔化状态，这时，将焊丝向熔池送入23滴，电弧在原地左右摇摆2下，再加丝23滴电弧摇摆移动，直到焊接电流衰减熄弧，焊缝打底工作完成。注：焊口打底焊道在封口前，适当降低焊缝背面保护气体的流量。,七.焊接实操,TIG焊与SMAW焊填充层的焊接对打底焊道，在焊缝坡口两侧产生的沟槽、不平整处和表面缺陷，进行修磨处理，避免再填充焊时，产生层间未熔合。TIG填充焊，焊道尽可能焊的平整，焊缝两侧平缓过度，为手工电弧填充层的焊接打好基础。SMAW填充焊，焊道尽可能焊的平整，焊缝两侧平缓过度，每一道焊接时，将前一道的熔渣、及表面缺陷清除掉，砂轮修磨的应平缓过度。严禁修磨出尖锐的凹槽，再焊接时容易产生夹渣等缺陷。,七.焊接实操,封面焊接仔细清理填充焊道，将影响封面焊接可见缺陷彻底清除，必要时可以进行补焊封面焊接时，注意观察焊缝两侧是否填满，并控制焊缝的加强高。焊工按照程序N-TD1030进行自检。,七.焊接实操,在焊条电弧焊焊接中克服封面咬边的措施坡口制备（1）存在的问题：在对接焊缝中，无论是V形坡口、U形坡口、X形坡口，还是常用坡口形式，在坡口端部都存在尖锐边，焊条摆动到该位置时尖锐边会很快熔化，而熔化的焊条金属不会很快填满母材缺损处，如果不注意焊条在此处的停留时间，势必产生咬边。如果在焊缝两侧停留时间过长，容易造成焊缝过高，焊缝波纹粗大，影响外观质量。（2）克服措施：可以在坡口端部用磨光机修磨出深度为1mm左右，角度为45的“缓冲”边，这样可以减缓坡口端部熔化速度，避免产生咬边，同时也可以缩短焊条在两侧的停留时间，解决焊缝波纹粗大的问题。,七.焊接实操,（1）存在的问题：焊条摆动时，会因为坡口边缘母材金属较为尖锐容易产生咬边；如果停留在坡口外侧母材金属上，容易造成焊缝过高，焊缝波纹粗大，影响外观质量。（2）克服措施：可以让焊条摆动时在坡口边缘短暂停留，然后摆动到另一侧坡口边缘也做短暂停留，再继续前行摆动，在摆动到另一侧前段焊缝边缘上端时，焊条向下摆动至前段焊缝边缘做短暂停留，这时焊条金属始终保持熔化状态