核電廠檢修局部干法自動(dòng)水下焊接技術(shù)研究.pdf

1、核電是未來(lái)世界電力發(fā)展的趨勢(shì)，也是低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。為了減少核輻射的影響，核電站內(nèi)部設(shè)備的檢查和維修往往要在水中進(jìn)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(fù)質(zhì)量和修復(fù)效率等因素，核電水下環(huán)境焊接作業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是遠(yuǎn)程控制自動(dòng)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(jiǎn)便易行的優(yōu)點(diǎn)，是核電站水下焊接修復(fù)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(yíng)造和焊接操作自動(dòng)化問(wèn)題，

2、導(dǎo)致焊接過(guò)程欠穩(wěn)定，接頭質(zhì)量不能完全滿足核電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且罕見(jiàn)針對(duì)核電結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行水下焊接工藝和焊縫性能研究的報(bào)導(dǎo)。
　　 本研究首先對(duì)核電結(jié)構(gòu)材料的焊接性進(jìn)行研究，通過(guò)核電用不銹鋼材料的陸上焊接試驗(yàn)，掌握了不同焊接方式、焊接保護(hù)氣體、送絲速度及電源設(shè)置弧長(zhǎng)等參數(shù)對(duì)焊接過(guò)程和焊縫成型的影響，為隨后的水下焊接試驗(yàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　 其次，建立了基于微型排水罩的局部干法自動(dòng)水下焊接試驗(yàn)系統(tǒng)，主要由水下焊接試驗(yàn)艙、試驗(yàn)環(huán)境

3、系統(tǒng)、焊接監(jiān)視系統(tǒng)、自動(dòng)焊接平臺(tái)、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(dòng)作，能夠模擬15m水深的焊接試驗(yàn)環(huán)境，并可以對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行全過(guò)程的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。在自動(dòng)水下焊接試驗(yàn)系統(tǒng)當(dāng)中集成了焊接質(zhì)量分析系統(tǒng)，對(duì)焊接工藝參數(shù)及過(guò)程穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控，以預(yù)測(cè)焊接質(zhì)量。
　　 排水裝置的有效排水密封是局部干法自動(dòng)水下焊接順利進(jìn)行的前提條件，本研究通過(guò)理論計(jì)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(dòng)狀態(tài)。采用組合材料密封墊設(shè)計(jì)，可

4、以大大降低焊接電弧及熔池對(duì)密封部位的損傷，延長(zhǎng)有效排水時(shí)間。
　　 在上述基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了321不銹鋼和304不銹鋼材料的遠(yuǎn)程控制自動(dòng)水下焊接試驗(yàn)，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(hù)氣體、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、坡口形式和水深環(huán)境等對(duì)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(guò)程的穩(wěn)定性提高；保護(hù)氣體中添加活性氣體可以改善焊縫成型和優(yōu)化熔滴過(guò)渡狀態(tài)。獲得了321不銹鋼坡口對(duì)接焊和304不銹鋼平板堆焊、坡口堆

5、焊和坡口對(duì)接焊的水下焊接工藝參數(shù)；對(duì)不同結(jié)構(gòu)下密封墊的持續(xù)密封性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過(guò)使用組合材料密封墊獲得了良好密封性能。
　　 最后進(jìn)行了水下焊接焊縫的綜合測(cè)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(guò)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(qiáng)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(duì)焊縫力學(xué)性能沒(méi)有明顯影響。對(duì)坡口堆焊的焊縫化學(xué)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(yàn)驗(yàn)證，由于水下環(huán)境對(duì)焊縫的強(qiáng)制冷卻作用，焊縫在高溫區(qū)停留的時(shí)間較短，奧氏體不銹鋼水下焊接時(shí)不會(huì)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(duì)于核輻射環(huán)境下的遠(yuǎn)程控制水下焊接而言非常重要。焊縫截面的宏觀檢測(cè)表明水下焊接焊縫與母材能夠良好熔合，無(wú)可見(jiàn)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(shí)擴(kuò)散受到限制，鐵素體的分布形態(tài)與干式環(huán)境不同。