核電廠檢修局部干法自動水下焊接技術(shù)研究.pdf

1、核電是未來世界電力發(fā)展的趨勢，也是低碳經(jīng)濟發(fā)展的需要。為了減少核輻射的影響，核電站內(nèi)部設備的檢查和維修往往要在水中進行。目前的核電站內(nèi)部水下維修以手工焊為主，考慮到操作人員的健康、修復質(zhì)量和修復效率等因素，核電水下環(huán)境焊接作業(yè)的發(fā)展趨勢是遠程控制自動化。局部干法水下焊接綜合了干法水下焊接的高焊縫質(zhì)量和濕法水下焊接技術(shù)簡便易行的優(yōu)點，是核電站水下焊接修復的首選方式，但目前尚未解決持續(xù)有效排水密封、局部干式焊接環(huán)境營造和焊接操作自動化問題，

2、導致焊接過程欠穩(wěn)定，接頭質(zhì)量不能完全滿足核電相關(guān)標準要求，且罕見針對核電結(jié)構(gòu)材料進行水下焊接工藝和焊縫性能研究的報導。
　　 本研究首先對核電結(jié)構(gòu)材料的焊接性進行研究，通過核電用不銹鋼材料的陸上焊接試驗，掌握了不同焊接方式、焊接保護氣體、送絲速度及電源設置弧長等參數(shù)對焊接過程和焊縫成型的影響，為隨后的水下焊接試驗提供基礎數(shù)據(jù)。
　　 其次，建立了基于微型排水罩的局部干法自動水下焊接試驗系統(tǒng)，主要由水下焊接試驗艙、試驗環(huán)境

3、系統(tǒng)、焊接監(jiān)視系統(tǒng)、自動焊接平臺、電控系統(tǒng)和焊接電源等部分組成。各部分之間協(xié)調(diào)動作，能夠模擬15m水深的焊接試驗環(huán)境，并可以對焊接區(qū)域進行全過程的實時遠程視頻監(jiān)控。在自動水下焊接試驗系統(tǒng)當中集成了焊接質(zhì)量分析系統(tǒng)，對焊接工藝參數(shù)及過程穩(wěn)定性進行監(jiān)控，以預測焊接質(zhì)量。
　　 排水裝置的有效排水密封是局部干法自動水下焊接順利進行的前提條件，本研究通過理論計算及數(shù)值分析，獲得了排水裝置內(nèi)部穩(wěn)定的氣體流動狀態(tài)。采用組合材料密封墊設計，可

4、以大大降低焊接電弧及熔池對密封部位的損傷，延長有效排水時間。
　　 在上述基礎之上，進行了321不銹鋼和304不銹鋼材料的遠程控制自動水下焊接試驗，掌握了影響排水裝置密封效果的因素及影響規(guī)律，確立了送絲速度、保護氣體、運動參數(shù)、坡口形式和水深環(huán)境等對水下焊接質(zhì)量的影響規(guī)律：隨著送絲速度的提高，焊接過程的穩(wěn)定性提高；保護氣體中添加活性氣體可以改善焊縫成型和優(yōu)化熔滴過渡狀態(tài)。獲得了321不銹鋼坡口對接焊和304不銹鋼平板堆焊、坡口堆

5、焊和坡口對接焊的水下焊接工藝參數(shù)；對不同結(jié)構(gòu)下密封墊的持續(xù)密封性能進行了試驗研究，通過使用組合材料密封墊獲得了良好密封性能。
　　 最后進行了水下焊接焊縫的綜合測試，結(jié)果表明：本研究獲得的水下焊接工藝參數(shù)可以得到良好的水下焊接質(zhì)量，而局部干法水下焊接過程的不連續(xù)是水下焊接缺陷產(chǎn)生的主要原因；與母材性能相比，焊縫的強度滿足要求，韌性有所降低、硬度稍有增加，5m和15m水深的不同對焊縫力學性能沒有明顯影響。對坡口堆焊的焊縫化學成分分

6、析表明，不銹鋼水下焊接焊縫的耐腐蝕性能優(yōu)于母材。根據(jù)理論分析和試驗驗證，由于水下環(huán)境對焊縫的強制冷卻作用，焊縫在高溫區(qū)停留的時間較短，奧氏體不銹鋼水下焊接時不會產(chǎn)生晶間腐蝕，因此可以采用提高焊接效率的焊接工藝參數(shù)，這對于核輻射環(huán)境下的遠程控制水下焊接而言非常重要。焊縫截面的宏觀檢測表明水下焊接焊縫與母材能夠良好熔合，無可見缺陷。焊縫的微觀金相組織分析表明，水下環(huán)境的焊縫在鐵素體-奧氏體相變時擴散受到限制，鐵素體的分布形態(tài)與干式環(huán)境不同。