核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)向筒組件是壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件中一個(gè)極為重要的部件，其制造精度要求高，對(duì)焊接變形的控制要求嚴(yán)苛。在1000MW壓水堆中導(dǎo)向筒數(shù)量通常為69套，每套導(dǎo)向筒中包含有1套半殼體焊接件(或稱“半方管組件”)，每個(gè)機(jī)組中包含69套半殼體焊接件。1400MW的壓水堆型中數(shù)量更多，為89套。
[0003]現(xiàn)有的焊接方法是通過真空電子束焊接，由于其材料為奧氏體不銹鋼，在真空條件下的電子束焊接，可以實(shí)現(xiàn)高焊速、低線能量、無污染的焊接。焊接變形小，焊縫成形良好。
[0004]然而，現(xiàn)有的真空電子束焊接方法，需要在裝配工位完成裝配后，移入真空室，該過程需更換工裝，再進(jìn)行抽真空操作，真空度達(dá)到極高要求之后方能施焊，焊后，需進(jìn)行充氣操作，恢復(fù)常壓后方能取出焊件進(jìn)行后續(xù)檢驗(yàn)和加工。增加了工裝更換、真空室裝配、抽真空、充氣等操作，這幾步操作需要的時(shí)間是焊接時(shí)間的數(shù)倍甚至十?dāng)?shù)倍，對(duì)于數(shù)量巨大的半殼體組件的焊接來說，效率低下。并且真空電子束焊接必須增加X射線防護(hù)，有安全隱串
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，實(shí)現(xiàn)在非真空環(huán)境下的激光焊接，焊接過程操作簡單，成形優(yōu)良、理化性能良好，變形可控。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征是，包括如下步驟:
(1)對(duì)半殼體焊接件的對(duì)接面進(jìn)行機(jī)加工，對(duì)接面加工精度達(dá)到目視檢驗(yàn)無缺陷，液體滲透檢驗(yàn)無缺陷；
(2)通過夾具將半殼體焊接件鈍邊定位后夾緊，對(duì)接面間隙<0.02mm ;
(3)在焊縫長度方向上定位焊接件；
(4)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下對(duì)半殼體焊接件的對(duì)接縫進(jìn)行激光焊接；
(5)焊接完成后在400°C±15°C的溫度下進(jìn)行保溫處理2小時(shí)以上。
[0007]進(jìn)一步，所述第(2)中的裝配公差控制在0.02mm以內(nèi)。
[0008]進(jìn)一步，所述第(3)步的中定位為激光焊接定位，定位焊接在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行。
[0009]進(jìn)一步，所述第(3 )步的中定位通過夾緊裝置完成的，所述夾緊裝置在焊縫全長度方向上施加均勻預(yù)緊力實(shí)現(xiàn)定位。
[0010]進(jìn)一步，所述第(4)步還包括將所述半殼體焊接件進(jìn)行預(yù)熱的步驟，預(yù)熱溫度彡 15。。。
[0011]進(jìn)一步，所述第(4)步中的激光焊接位置為平焊或橫焊，焊接道間溫度< 175°C，焊接激光功率為6kw±0.5kw，離焦量為-2 mm至+10 mm，焊接速度為70mm/s±30mm/s，焊接激光以連續(xù)波和多模激光束方式發(fā)射。
[0012]進(jìn)一步，所述焊接激光射束軸線與焊縫夾角為90° ±2°。
[0013]進(jìn)一步，所述氮?dú)庖詺饬餍问竭M(jìn)行焊接保護(hù)，氮?dú)鉂舛榷?9.99%，氮?dú)饬髁繛?0 + 10L/mino
[0014]進(jìn)一步，在焊接過程中設(shè)置吹除氣，所述吹除氣與焊縫夾角為50° ±2°，距離焊縫 5±2mm0
[0015]進(jìn)一步，所述半殼體焊接件的材質(zhì)為304奧氏體不銹鋼或ASME標(biāo)準(zhǔn)的P8同類不銹鋼，所述半殼體焊接件的對(duì)接部為L型。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
(1)焊接過程簡單，焊接速度快；
(2)焊接成形優(yōu)良、理化性能良好，變形可控；
(3)工作環(huán)境安全。
【附圖說明】
[0017]附圖1是L型對(duì)接的殼體焊接件的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；
附圖2是平口對(duì)接的半殼體焊接件的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；
附圖3是本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明。
[0019]激光焊是一種高能束焊接方法，相較于傳統(tǒng)焊條電弧焊(SMAW)、非熔化極氣體保護(hù)焊(GTAW)等焊接方法，熱源能量密度大、焊接速度高、熱輸入低、焊縫深寬比大，焊縫組織均勻致密、接頭性能優(yōu)良、且易于控制焊接變形量及焊接變形均勻度。導(dǎo)向筒是壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件中的重要部件，安裝在上部堆內(nèi)構(gòu)件上，對(duì)控制棒起導(dǎo)向作用，制造精度要求高，且材料為核級(jí)304型奧氏體不銹鋼，非常適于發(fā)揮激光焊的優(yōu)勢(shì)。
[0020]參見附圖1，半殼體的對(duì)接面都設(shè)置在L型對(duì)接部，兩個(gè)對(duì)接部接合時(shí)，形成三條焊縫。
[0021]參見附圖2，半殼體的對(duì)接面為平面，兩個(gè)對(duì)接部接合時(shí)，形成一條焊縫。
[0022]本發(fā)明的焊接工藝方法可用于CAP1400、AP1000、華龍一號(hào)、M310等型號(hào)機(jī)組的導(dǎo)向筒半殼體的焊接制造，全部或部分代替半殼體真空電子束焊接工藝。激光焊不需要真空電子束的抽真空抽放氣過程，且無X射線放射風(fēng)險(xiǎn)，具備天然優(yōu)勢(shì)，焊接效率可達(dá)真空電子束焊接的2?4倍，甚至以上；另，相對(duì)于真空電子束焊，激光焊接工藝允許在完成裝配后直接進(jìn)行焊接，無需更換焊接工裝，減少了焊前操作步驟和時(shí)間，起到提高導(dǎo)向筒制造效率，縮短制造周期的作用。
[0023]參見附圖3，本發(fā)明的焊接方法如下: (1)對(duì)半殼體焊接件的對(duì)接面進(jìn)行機(jī)加工，對(duì)接面加工精度達(dá)到目視檢驗(yàn)無缺陷，液體滲透檢驗(yàn)無缺陷，半殼體焊件不開坡口，直接將對(duì)接面實(shí)現(xiàn)對(duì)接焊。
[0024](2)通過夾具將半殼體焊接件鈍邊定位后夾緊，對(duì)接面間隙< 0.02mm，裝配公差控制在0.02mm以內(nèi)。
[0025](3)在焊縫長度方向上定位焊接定位至少三處位置，定位焊接也為激光焊接，定位焊接可在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行。也可使用專門的可在焊縫全長度方向上施加足夠均勻預(yù)緊力的夾緊裝置實(shí)現(xiàn)定位。
[0026](4)將所述半殼體焊接件進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度彡15°C，如果環(huán)境溫度達(dá)到15°C，也可以不進(jìn)行預(yù)熱。
[0027](5)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下對(duì)半殼體焊接件的對(duì)接縫進(jìn)行激光焊接。激光焊接位置為平焊或橫焊，焊接道間溫度彡175°C，焊接激光功率為lkw±0.5kw，離焦量為-1至+10 mm/KW，焊接速度為80±30mm/s，焊接激光以連續(xù)波和多模激光束方式發(fā)射。所述焊接激光射束軸線與焊縫夾角為90° ±2°。
[0028]所述氮?dú)庖詺饬餍问竭M(jìn)行焊接保護(hù)，氮?dú)鉂舛榷?9.99%，氮?dú)饬髁繛?0±10L/min。在焊接過程中還可設(shè)置吹除氣，所述吹除氣與焊縫夾角為50° ±2°，距離焊縫5±2mm0
[0029](6)焊接完成后在400°C ±15°C的溫度下進(jìn)行保溫處理2小時(shí)以上。
[0030]利用本發(fā)明的焊接方法進(jìn)行實(shí)測，焊接接頭的熔深達(dá)到4 mm以上，抗拉性能在室溫時(shí)多515MPa，在350°C時(shí)多395MPa，焊接接頭彎曲后，拉伸面上，焊縫和熱影響區(qū)不存在有超過3mm任何方向的開裂缺陷，不存在晶間腐蝕傾向(彎曲中心位于母材-焊縫的熔合線)，在金相5X倍影像下檢查，無裂紋、未焊透、未熔合、夾渣、氣孔等。在金相200X倍影像下檢查，不存在損害試件性能的沉淀物。焊接后的間隙尺寸和孔徑符合設(shè)計(jì)公差要求。
[0031 ] 以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)對(duì)半殼體焊接件的對(duì)接面進(jìn)行機(jī)加工，對(duì)接面加工精度達(dá)到目視檢驗(yàn)無缺陷，液體滲透檢驗(yàn)無缺陷； (2)通過夾具將半殼體焊接件鈍邊定位后夾緊，對(duì)接面間隙<0.02mm ; (3)在焊縫長度方向上定位焊接件； (4)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下對(duì)半殼體焊接件的對(duì)接縫進(jìn)行激光焊接； (5)焊接完成后在400°C±15°C的溫度下進(jìn)行保溫處理2小時(shí)以上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征在于:所述第(2)中的裝配公差控制在0.02mm以內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征在于:所述第(3 )步的中定位為激光焊接定位，定位焊接在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征在于:所述第(3)步的中定位通過夾緊裝置完成的，所述夾緊裝置在焊縫全長度方向上施加均勻預(yù)緊力實(shí)現(xiàn)定位。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征在于:所述第(4)步還包括將所述半殼體焊接件進(jìn)行預(yù)熱的步驟，預(yù)熱溫度多15°C。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征在于:所述第(4)步中的激光焊接位置為平焊或橫焊，焊接道間溫度< 175°C，焊接激光功率為6kw±0.5kw，離焦量為-2 mm至+10 mm，焊接速度為70mm/s±30mm/s，焊接激光以連續(xù)波和多模激光束方式發(fā)射。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征在于:所述焊接激光射束軸線與焊縫夾角為90° ±2°。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征在于:所述氮?dú)庖詺饬餍问竭M(jìn)行焊接保護(hù)，氮?dú)鉂舛榷?9.99%，氮?dú)饬髁繛?0±10L/min。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征在于:在焊接過程中設(shè)置吹除氣，所述吹除氣與焊縫夾角為50° ±2°，距離焊縫5±2mm。10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，其特征在于:所述半殼體焊接件的材質(zhì)為304奧氏體不銹鋼或ASME標(biāo)準(zhǔn)的P8同類不銹鋼，所述半殼體焊接件的對(duì)接部為L型。
【專利摘要】本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種核反應(yīng)堆內(nèi)導(dǎo)向筒半殼體的激光焊接方法，包括如下步驟：（1）對(duì)半殼體焊接件的對(duì)接面進(jìn)行機(jī)加工，對(duì)接面加工精度達(dá)到目視檢驗(yàn)無缺陷，液體滲透檢驗(yàn)無缺陷；（2）通過夾具將半殼體焊接件鈍邊定位后夾緊，對(duì)接面間隙≤0.02mm；（3）在焊縫長度方向上定位焊接件；（4）在氮?dú)獗Ｗo(hù)下對(duì)半殼體焊接件的對(duì)接縫進(jìn)行激光焊接；（5）焊接完成后在400℃±15℃的溫度下進(jìn)行保溫處理2小時(shí)以上。本發(fā)明焊接過程簡單，焊接速度快，焊接成形優(yōu)良、理化性能良好，變形可控，工作環(huán)境安全。
【IPC分類】B23K26/142, B23K26/60, B23K26/21, B23K26/12
【公開號(hào)】CN105345262
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511013491
【發(fā)明人】郭寶超, 金偉芳, 蔣恩, 米大為, 鄭廣, 何雅杰
【申請(qǐng)人】上海第一機(jī)床廠有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日