AP1000钢制安全壳埋弧横焊工艺应用研究肖志威朱称生蒋胜勇摘要：针对AP1000核电钢制安全壳结构特点以及焊接工艺应用情况，分析采用埋弧横焊工艺的可行性和必要性，通过对埋弧横焊工艺的焊接设备、焊材、坡口选择、工艺参数、工艺评定、常见缺陷等方面进行总结和分析，为AP1000核电钢制安全壳采用埋弧横焊工艺提供技术参考。关键词：钢制安全壳;埋弧横焊;工艺试验DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2019.02.0060前言某AP1000核电项目钢制安全壳（CV）整体外形尺寸：φ39.624m×65.7m，总重3600多吨。由底封头、筒体（共11层）、顶封头组成，主体材料为SA738Gr.B调制钢板，底封头与顶封头壁厚为41.3mm、筒体第1层壁厚为47.6mm、筒体第2-11层壁厚均为44.5mm。目前，国内钢制安全壳筒体现场安装纵缝主要采用自动气保焊工艺，其它焊缝主要采用半自动气保焊。为了提高焊接质量和效率，对埋弧横焊工艺在钢制安全壳筒体现场安装中采用埋弧横焊工艺进行了应用研究。1钢制安全壳筒体现场安装环缝采用埋弧横焊工艺的可行性和必要性分析1.1可行性分析——埋弧横焊本质为埋弧焊工艺，是ASME标准及AP1000技术规格书允许使用的焊接工艺;——埋弧焊工艺在核安全设备制造和安装活动中有成熟的应用;——埋弧横焊工艺目前已广泛应用于大型储罐中，工艺成熟;——鋼制安全壳直径大、板厚、焊缝长，适合采用埋弧横工艺;——钢制安全壳母材SA738Gr.B配套埋弧焊焊材已研发成功。1.2必要性分析——埋弧横焊焊接参数稳定，焊接熔深大，射线检验合格率高，焊缝外观成型均匀美观;——相对自动气保焊工艺而言，采用埋弧横焊焊接的环焊缝质量稳定可靠;——埋弧横焊为机械化焊接，对焊工技能要求较低，降低了对高技能焊接人才的依赖;——埋弧横焊接操作工相比手工焊工培训周期大为缩短，节省大量焊工培训费用;——埋弧横焊的应用能有效提高焊接效率，从而提高经济效益。2焊接设备采用的埋弧横焊设备型号为YS-AGW-Ⅰ，主要包括焊接机头、焊接电源、控制器、操作箱、焊接行走机架、焊剂自动循环回收系统。焊接电源为DC-600可控硅直流多特性电源，负载率为100%，输出电流50-850A，输入电压13-46V（空载电源：69V以上），稳定性好;焊接电流、电压采用数字化显示，便于焊接参数控制;配备焊丝自动矫直装置，可进行焊枪及角度调节;具有焊缝配套激光光斑指示调节器，对焊枪在坡口中的位置可起到参考作用;焊接设备操作简单，易于操作;配套全封闭式防雨供电分配柜及焊接电源储藏箱，具有自动保护功能，适用现场防雨、防盗及长途运输的需求。3焊接材料筒体母材材质为SA738Gr.B，埋弧横焊焊丝焊剂选用上海大西洋公司产品CHW-S62HR2/CHF102HR2，焊丝型号为EG，焊丝焊剂型号F9A（P）6-EG-F3，化学成分和力学性能满足表1和表2，该产品为《压水堆重大共性技术及关键设备、材料研究》子课题研究成果，在核电国产化材料研发中取得重大突破。4焊接工艺4.1坡口选定针对埋弧横焊在钢制安全壳的应用，设计了多组不同形式的坡口进行焊接试验，在依次优先遵循焊接质量稳定可靠，焊接变形小，脱渣容易，填充金属量少原则进行筛选，最终确定选择X型坡口，钝边和组对间隙均不宜过大，以0～2mm为宜，如图1所示。4.2焊接工艺参数焊接电流、电压、焊接速度、焊丝角度是影响埋弧焊质量的主要变素，φ2.4mm埋弧焊丝的经验焊接参数为：电流300～450A、电压23～32V、焊接速度42～65cm/min。通过正交实验，确定了最优化的关键焊接工艺参数，如表3所示，焊道分布如图1所示。4.3焊接工艺评定对按最优化工艺参数焊接的试件进行理化检验，其结果均满足设计要求，具体如下：4.4打底焊工艺当坡口加工和组对质量较好时，可以采用埋弧焊直接打底;当出现组对间隙偏大、钝边不一致的情况;此时如果直接用埋弧横焊打底焊，往往会导致焊缝根部烧穿。针对现场组对间隙偏大的情况，可采用半自动气保焊或者手工焊进行打底焊，或者在背面采用坡口内陶瓷衬垫进行焊接。5常见缺陷成因分析及措施研究发现，埋弧横焊常见的焊接缺陷有焊缝成型不良、气孔、夹渣和烧穿等，对这些缺陷产生的原因进行分析，并提出相应的改进措施，以尽量避免类似缺陷问题的发生。5.1焊缝表面成形不良5....