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1、EPR核电机组ATD再热器管子管板焊接工艺 摘要：为研究EPR核电机组ATD再热器设备中不锈钢管子与管板平齐式接头结构的焊接工艺，采用与产品相同的材料、结构及焊接设备进行自动钨极氩弧焊试验，通过焊前机械胀接定位管子、优化定位芯套尺寸保证钨极定位精度，选择合理焊接参数得到了成形良好的焊缝;焊后经氦检漏、RT检测合格后进行拉脱力及宏观检查，结果满足产品技术条件的要求，为产品的生产制造提供技术支持。关键词：EPR;ATD再热器;管子管板焊中图分类号：TG444Abstract：Inordertostudytheweldingprocedureoftheflushjointofthestainless
2、steeltubeandtubesheetintheATDoftheEPRnuclearpowerunit，thesamematerial，structureandweldingequipmentastheproductwereusedinautomatictungstenarcweldingtest.Mechanicalexpansionbeforeweldingfixedtube，optimizingthepositioningcoresleevesizetoensurethetungstenpositionandselectingareasonableweldingparameterwe
3、recarriedouttoobtainawell-formedweld.Afterwelding，theheliumleakdetectionandRTtestwerepassed，theresultsofthepush-outtestandmacro-examinationmettheproducttechnicalspecification，whichprovidedtechnicalsupportforproductmanufacturing.Keywords：EPR;ATDreheater;weldingoftubeandtubesheet0前言ATD再热器是第三代核电技术欧洲压水堆
4、EPR核电机组常规岛设备，为U形管式换热器。此类设备运行过程中最容易出现的质量问题就是管子换热管与管板焊缝泄露，所以管子管板焊缝的质量直接决定了产品制造质量1-3。该设备管子管板接头为管子端部与管板外表平齐结构，示意图如图1所示。管子材质为奥氏体不锈钢SA-688TP304L，规格15mm1mm;管板材质为碳钢SA-266Gr4，规格1680mm210mm。为防止不锈钢管子与碳钢管板之间的异种钢焊接，管板外表堆焊了化学成分为E308L的不锈钢堆焊层。产品技术条件对管子管板焊缝要求如下：焊喉a以焊缝根部点为圆心的焊缝最大内接圆半径，如图1所示大于管子壁厚;接头拉脱力大于21.32kN。管子管板焊
5、接时，管板外表垂直地面，焊接位置为5G全位置焊接，焊接熔池受重力、外表张力、电弧吹力等因素综合影响，焊缝成形不易控制。管子管板平齐式结构的焊缝成形比管子伸出式和管子内缩式受重力的影响更大，焊接参数选择更苛刻，焊接难度更大。文中对此平齐式结构不锈钢管子管板焊接工艺进行了研究，以制定合理的焊接工艺保证产品的制造质量。1试验方法及设备管板材质为SA-266Gr4，规格为400mm400mm90mm，外表堆焊E308L奥氏体不锈钢。管子材质SA-688TP304L，规格15mm1mm。焊接材料选择与管子和堆焊层化学成分匹配的焊丝ER308L，直径0.8mm。3种试验材料的化学成分见表1。焊接设备为法国
6、POLYSOUDE公司的TS2000焊接机头配PS-406氩弧焊电源。焊接机头通过定位芯套图2插入管子内部，实现钨极旋转中心与管子中心重合。定位芯套尺寸根据管子内径制造，芯套端部的凸起局部有一定弹性，以此来保证焊接机头的定位精度。钨极与旋转中心线夹角为5，焊接示意如图3所示。2试验过程与分析待焊接区域的水、油污等杂质易导致焊缝气孔，试验前用丙酮和白纱布对管子及管孔进行清理。焊前管子定位方式通常为点焊，优点是生产效率高【4】。此产品管子壁厚较薄仅为1mm，点焊会对管子端部造成无法修复的损伤且会影响焊缝成形，所以管子定位方式选择端部胀接10mm定位。胀管设备选用美国库珀公司的风动胀管机Aireto
7、ol850A-600及三珠机械胀管器，为了防止对管子和管板孔的污染，不用水溶性润滑冷却剂，而是三珠胀管器和管子内壁直接接触，靠锥形胀珠的旋转使管子发生塑性变形，到达定位目的。钨极位置决定了电弧位置。管子直径越小，其圆周方向上的曲率越大，焊接过程中，对钨极的定位精度要求更高。对此薄壁管平齐式接头结构，电弧热量应主要作用于管板，防止焊后管口内径过小影响管子管板全程液压胀接工序，通过试验最终确定钨极距管子外壁1.52mm。试验发现钨极旋转中心和管子中心不重合会导致电弧出现偏移，出现焊道扁平不饱满、管子未熔等问题，如图4所示。为保证定位精度，通过屡次试验选用比管子内径大0.2mm即规格为13.20mm
8、的定位芯套，在保证钨极定位精度的同时也便于焊接操作，焊缝成形均匀一致饱满，如图5所示。焊喉要求1mm，氩弧焊熔深可满足此要求。为保证焊缝成形和熔深，最终选用一遍填丝的自动脉冲氩弧焊工艺，通过屡次焊接试验，得到了焊缝成形良好的焊接工艺参数，见表2。3试验结果焊后焊縫外表经100%VT和100%PT检测，焊缝及热影响区无裂纹、未熔合等缺陷。再采用德国英福康UL1000氦质谱真空检漏仪进行氦检漏试验，保持压力0.1MPa、时间30min后焊缝无泄漏。把试样加工成8mm的薄板，管子中间用铅粉填满，射线源在焊缝上方照射，对焊接接头进行100%RT检测，结果合格。对3个焊接接头进行拉脱力试验，拉脱力值分别
9、为30.6kN，29.8kN，30.0kN，均大于要求值21.32kN，接头强度较高，满足技术条件要求。对4根管子的8个截面进行宏观检查，未发现根部未熔合、气孔等缺陷，焊喉尺寸均匀稳定且均大于1mm，满足技术条件要求，见表3，典型宏观形貌如图6所示。4结论1规格15mm1mm的管子管板齐式结构对钨极定位精度要求更高，可通过优化定位芯套尺寸满足定位精度要求。2焊接接头无损检测合格，拉脱力及焊喉尺寸均满足产品技术条件要求，此焊接工艺可用于指导产品的生产制造。3为其他类似不锈钢薄壁平齐式管子管板结构的换热器制造提供了一定的焊接经验。参考文献【1】刘太平，王新红，李国骥.1750MWEPR核电机组ATD再热器制造J.压力容器，2021，302：77-79.【2】张亚奇，马鸣，李宜男，等.奥氏体不锈钢管子-管板焊接熔敷顺序的研究J.电焊机，2021，402：35-37.【3】孙国辉，李春光.薄壁不锈钢换热管与管板焊接工艺J.压力容器，2021，206：36-38.【4】李翔，彭云杰，于瑛琦.换热器产品管子管板焊前定位方式探讨J.锅炉制造，20213：60-62.
EPR核电机组ATD再热器管子管板焊接工艺
