核电工程焊接工艺管理论文

摘要：针对传统焊接方式已不能满足当前核电工程建设和未来核电检修需要的现状，通过前期的市场调研、设备选型、工艺开发和工程应用等过程，研究出一套成熟的卡钳式全位置自动焊方法用于核电厂现场管道的焊接，可有效节约成本、保证焊接质量、提高施工效率，为后续核电厂管道领域自动焊的推广应用提供参考和借鉴。以下是小编精心整理的《核电工程焊接工艺管理论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

核电工程焊接工艺管理论文 篇1：

“华龙一号”核岛安装工程焊接工艺评定管理浅谈

【摘  要】“华龙一号”作为我国第三代核电技术，在技术准备，特别是焊接工艺评定规划可借鉴的经验较少，不时会出现工艺无法满足、影响施工进度，为了减少此类情况的发生，优化焊接工艺评定规划，保障安装工程的有序开展，对工艺评定制作过程中发现的问题和经验进行总结，为今后同类堆型的焊接工艺评定准备提供参考。

【关键词】华龙一号;焊接工艺评定;规划优化

引言

“华龙一号”作为我国自主知识产权的三代压水堆核电技术，在环境污染问题的解决方面起着不可或缺的作用，采用能动加非能动的安全措施，以及大自由容积双层安全壳（抗大型商用飞机撞击）。其技术的先进性以及运行的安全性得到国际认可，但其可靠的结构设计、安全的材料选择及焊接工艺评定依据我国能源系列标准为焊接施工提出了严峻挑战。

一、“华龙一号”焊接工艺评定概述

1.1焊接工艺评定定义

所谓焊接工艺评定，是针对特定的钢材、结构，选用的焊接材料、焊接工艺方法、焊后热处理等措施;在与实际工程焊接施工一致的条件下，按照规定的步骤，进行试验性的焊接。焊接后按照规定的程序，检验检测手段进行检测试验验证，根据规定的标准进行评判;试验测试结束后，编制完整的焊接试验报告，对整套焊接工艺方案作出最终的评定、认可，进而根据焊接工艺评定试验的结果，编制焊接工艺规程，指导焊接生产。

1.2焊接工艺评定目的

1.2.1验证所拟定的焊接工艺正确性

通过焊接工艺评定试验的焊接工艺，在生产中能够保证焊接接头具有所要求的使用性能，而不会产生质量问题。

1.2.2評价施工单位焊接施工能力

焊接工艺评定是要由本单位技能熟练的焊接人员在本单位实施;焊接工艺评定的试验条件与产品的实际生产条件相对应，或者符合替代规则;且所使用的焊接设备、仪器处于正常的工作状态。因此，焊接工艺评定在很大程度上能反映出施工单位所具有的施工条件和施工能力。

1.3“华龙一号”焊接工艺评定标准简要介绍

“华龙一号”核电技术作为我国自主知识产权的第三代核电技术，焊接工艺评定以NB/T20002《压水堆核电厂机械设备焊接规范》系列标准为主，NB/T20002是对EJ/T1027-1996的修订，其编制主要是参考发过EPR系列压水堆核电站建造标准RCCM-2007，是结合我国实际情况和国外的先进标准发展而来。较ASME标准而言，NB/T20002.3的焊接工艺评定中需要控制的重要素较多，换而言之，按照NB/T20002.3实施焊接工艺评定对于工艺控制更为严格，且NB/T20002.3没法像ASME 标准对焊接工艺评定进行灵活的组合。

二、“华龙一号”焊接工艺评定规划优化因素

“华龙一号”因其名义电功率较大且基于能动加非能动的安全设计，致使“华龙一号”核岛安装工程量也相对较大，因此在工艺评定规划时应尽可能对其进行优化，尽可能的扩大工艺评定的适用范围，在工艺评定规划时应从以下几个方面优化。

2.1焊接工艺评定标准

“华龙一号”管道等焊接工艺评定引用NB/T标准，支吊架、小型设备、低压储罐焊接引用GB/T 19869.1，供热、通风、空调和制冷系统安装及预制依据设计文件，其余个别部件工艺评定标准要求采用RCC-M或ASME标准，即“华龙一号”核岛安装工程焊接工艺评定主要依据NB/T20002.3-2013《压水堆核电厂机械设备焊接规范第三部分：焊接工艺评定》，通过对“华龙一号”核岛安装工程引用的几种焊接工艺评定标准对比分析，发现NB/T20002.3-2013对焊缝熔敷金属及热影响区所要求的试验项目基本一致或多于其他标准，对于试验结果的评定要求也基本一致或高于其他标准，工艺评定对于母材的覆盖范围也较其他标准较为严苛，因此在工艺评定规划时可统一按照NB/T20002.3-2013进行考虑，在现场实际施工前发CR或FCR对涉及的其他工艺评定标准进行澄清或变更，从而能减少工艺评定的规划重复，有条不紊的开展工艺评定。

2.2焊接工艺评定材料材质

根据NB/T20002.3-2013对于母材材质有效覆盖范围规定，即对于第一类钢，焊接工艺评定用母材对规定的最小抗拉强度或等于其规定的最小抗拉强度的所有刚是有效的。因此在进行工艺评定规划时，应选择最小抗拉强度较高的母材作为评定用材料，以保证其具有足够大的覆盖范围，从而减少焊接工艺评定的的数量 并对现场的焊接施工提供更加有力的支持。

对于“华龙一号”核岛安装过程中常见的奥氏体不锈钢（022Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2、026Cr18Ni12Mo2N），按照NB/T20002.3-2013有效覆盖范围规定，母材材质均可相互覆盖，因此可根据项目实际情况规划不锈钢工艺评定用材质。

NB/T20002.3-2013规定，焊接工艺评定只适用于与评定试件所采用的同一商标牌号的焊条、焊剂或药芯焊丝以及统一标准名称的填充材料（焊丝、直条焊丝等），因此项目可自行根据强度匹配原则选择合适的商标牌号或标准名称的焊接材料即可。

2.3焊接工艺评定材料规格

根据NB/T20002.3-2013，管的工艺评定可适用于板的工艺评定;对接焊缝适用于全焊透及部分焊透角焊缝且管对接适用于角度大于或者等于60°的支管接头。因此选择管对接接头型式作为工艺评定用接头型式，覆盖范围最为可观实用。

根据管状试件的外径、壁厚覆盖范围，结合“华龙一号”核岛安装工程实际情况，现场常见的无缝钢管的壁厚均在3～24mm范围内，可选择外径大于25小于50mm的管状试件作为工艺评定用试件，可满足“华龙一号”核岛安装工程常见管道的焊接施工。根据供货技术条件，推荐采用1 1/2″SCH160（φ48.3×7.14mm）和6″SCH160（φ168.3×18.26mm）的管状试件实施对接工艺评定。

2.4焊接工艺评定规划基础信息获取

焊接工艺评定的规划是以现场实际需求作为依据的，即需要焊接的材料数据，多摘自于管道专业的基础数据和其他专业的图纸信息，但各个专业图纸信息庞大，在图纸信息读取时，难免会有疏漏，而影响工艺评定规划，也有些特殊部件无法提前得知信息，只有当时材料到现场后才能确定材料信息，针对第一种情况，在进行图纸信息读取时应加强与各个专业的沟通和配合，让各个专业在进行图纸信息筛查时，树立一种对焊接的敬畏的意识，凡是遇到焊接信息或异常焊接信息及时与焊接专业进行落实，以至于焊接专业核实信息、提早准备。针对第二种情况，应与材料供应单位、上游单位保持紧密联系，实现信息共享，从上到下，致力于解决材料到场及材料信息问题，为工艺评定的规划及有序开展提供保障。

总结

工艺评定是指导现场焊接施工的依据，是保证焊接质量的关键。只有合理的规划、有序的开展工艺评定，才能保证安装焊接施工有条不紊的推进，才能为项目节约时间成本，因此在规划工艺评定的时候应充分考虑基础焊接数据和考虑工艺评定变素的覆盖范围，按照可靠的焊接数据，从标准着手，选用合适的材料及规格，以达到工艺评定的充分覆盖，从而使工艺评定得到优化，减少不必要的重复劳动，节省工程建造成本，提高核电站焊接管理水平。

参考文献：

[1] NB/T20002.3-2013《压水堆核电厂机械设备焊接规范第三部分：焊接工艺评定》;

[2] RCC-M 2007《压水堆核岛机械设备设计与建造规则》第Ⅳ卷 焊接;

（作者单位：中国核工业第五建设有限公司）

作者： 袁月旺 梁维

核电工程焊接工艺管理论文 篇2：

核电厂管道卡钳式全位置自动焊工艺

摘要：针对传统焊接方式已不能满足当前核电工程建设和未来核电检修需要的现状，通过前期的市场调研、设备选型、工艺开发和工程应用等过程，研究出一套成熟的卡钳式全位置自动焊方法用于核电厂现场管道的焊接，可有效节约成本、保证焊接质量、提高施工效率，为后续核电厂管道领域自动焊的推广应用提供参考和借鉴。

关键词：核电站;管道;全位置自动焊;设备选型;焊接工艺

0    概述

核电厂管道广泛应用于电厂各个工艺系统中，管道规格种类多、数量大，材质以不锈钢和碳钢为主，现场安装焊接量大，国内核电厂管道的主要焊接方法是传统的手工焊条电弧焊和钨极氩弧焊。在核电高速发展的背景下，传统焊接方式已不能满足当前核电工程建设和未来核电检修的需要。特别是传统焊接方法生产效率较低，且需要较多的焊工，劳动强度大，劳动成本及其管理成本较高。同时，由于焊工操作水平的差异以及人员易受环境、情绪等因素的影響，使得焊口的合格率相对较低。为此，通过技术革新，开发了一套卡钳式全位置自动焊工艺来替代传统的焊接方法，增强了自身施工能力，提高了施工效率和施工质量[1]。

卡钳式全位置自动焊工艺是指在焊接过程中将卡钳式机头固定在待焊管道上，机头绕管子旋转，实现不同空间位置的焊接;通过添加焊丝获得成形美观、质量合格的焊缝的焊接工艺。文中针对6寸以下的管道，从设备选型、工艺开发、现场应用等方面进行介绍;通过大量的工艺验证总结出卡钳式全位置自动焊工艺的规律，替代传统手工焊技术，可减轻劳动强度，提高焊接质量，打造我国核电产业竞争新优势[2]。

1 自动焊设备选型

根据我国核电厂建设中小于6寸的管道焊接现状，通过国内外的市场调研，对自动焊接技术的成套设备、配套工装及焊接质量等进行研究分析，同时结合本项目对各类管件的焊接试验结果，对于小于6寸的管道，其焊接电流一般不超过200 A，为现场使用方便可选轻便电源。最终确认的电源和控制器如图1所示。

同时根据现场管道种类繁多、规格不一的特点，结合国内外在管道方面的应用，选择能够焊接碳钢、不锈钢、合金钢材质，以及覆盖现场12～200 mm管径大小的、较为轻便的卡钳式机头进行焊接，如图2所示。

2 工艺开发

2.1 材料选择

核电厂管道规格种类繁多，材质主要为不锈钢和碳钢，根据卡钳式全位置自动焊工艺焊接的特点，管道自动焊开发定位于管径≤200 mm，壁厚>3 mm，为此梳理出部分管道清单如表1所示。

焊材选用需要根据母材的材质决定，如焊接304L、Z2CN18.10和316L等不锈钢管道时，宜选用直径为φ1.0 mm的ER316L焊材;焊接P265GH、P280GH 和TU48C等碳钢管道时，宜选用直径为φ1.0 mm的ER70S-6焊材;另外针对特殊材质的管道，需根据母材材质定制焊材。

2.2 坡口设计

卡钳式管道全位置自动焊对坡口要求较高，为确保焊接工艺操作的稳定性，本项目进行了大量的试验验证，结果发现：若无钝边，组对无间隙时，背面极易产生内凹;若无钝边，组对有间隙时，打底极易烧穿;最终采用组对无间隙的带钝边L型坡口，如图3所示。同时根据工艺试验可知，管道规格、材质、焊接工艺参数均与坡口钝边尺寸密切相关，而钝边的长度和厚度对焊缝背面成形质量的影响较大[3]。

根据自动焊的工艺要求，并结合工艺试验验证可知，坡口组对间隙≤0.5 mm能够实现自动焊根部打底焊道的稳定焊接。

为了实现自动焊坡口形式的统一和工程管理，通过大量的管道坡口匹配性工艺焊接试验发现，管径、壁厚越大，坡口钝边越长、厚度越大;另外验证发现，相同管径、壁厚情况下，不锈钢钝边厚度、长度均比碳钢大，如图4所示。由于小管自动焊焊接快，管件温度瞬间升温，焊接工艺参数受影响的敏感程度大。在单面焊接双面成形的情况下，钝边参数对焊缝背面成型影响较大，而坡口长度相对焊接工艺尤其敏感[4]。

根据坡口参数与管道规格拟合曲线的规律，可为后续不同管道坡口参数的初始设计提供参考，通过工艺试验验证，最终得出适合自动焊焊接的坡口尺寸。

2.3 焊接工艺研究

卡钳式全位置自动焊焊接工艺参数主要包括焊接电流、电压、焊接转速、频率和占空比等。影响焊接电流的主要因素包括材料种类、管道外径、壁厚、焊接位置等;焊接转速主要与管道规格相关。焊接参数分段设置与管径大小相关，管径越大，划分段数越多，每圈划分段焊接电流按照3～5 A依次降低，影响转速的主要因素是管外径，焊接电流应与转速匹配。一般设置6段工艺参数，将整个管道焊接的过程分为6个程序段，每个程序段设置独立的参数，如图5所示。

卡钳式全位置自动焊应根据管道壁厚的不同分区进行焊接处理，包括打底焊接、填充焊接和盖面焊接。首先打底焊接对背面成形影响极大，而背面成形效果与焊接电流、行走速度、坡口尺寸等直接相关;填充焊道需要兼顾焊接坡口侧壁熔合、焊接变形、层间温度控制以及焊接填充效率;盖面焊道需要考虑坡口截面较大的焊缝，可采用摆动焊和压道焊两种，且压道盖面成型更稳定，适应性更强[5]。

在工艺开发过程中，通过对起弧位置、钨极高度、送丝角度、保护气和背面充氩等方面的研究分析，得出以下结论：

（1）起弧位置。小管水平固定对接位置焊接时应顺时针10～11点进行起弧;小管垂直固定对接位置焊接时应将钨极位于焊缝中心偏上0.5～1 mm，其他位置的起弧，受重力和热输入的影响易产生局部表面塌陷或内部凹陷、凸起等。

（2）钨极高度。钨极高度偏大，易产生根部未熔合;钨极高度偏小，其焊接电弧的热量不足，根部易产生未熔合。大量试验结果表明，钨极高度的最优间隙为1.2～1.5 mm。

（3）送丝角度。焊丝与钨极间距过大，伴随脉冲焊丝的规律性振动，易产生顶丝现象;距离过小，易出现粘钨、若水平位置的仰焊时焊丝不能送进熔池而滴落到钨极。只有焊丝与钨极间距在2～3 mm，钨极向焊接方向前倾10°～15°，利于焊丝熔化。

（4）保护气。主要是通过增加电弧挺度、增加焊缝宽度、减小表面凹陷深度等方面进行调节选择，最终选用流量为8～20 L/min的99.99%的纯氩。

（5）背面充氩。尤其是不锈钢管道，内部充氩对改善根部焊缝成形和避免凹坑缺陷的效果明显，且背面焊道表面干净，无氧化渣。

经过大量的焊接试验，根據不同的材质、管径、壁厚开发出多种与之对应的自动焊工艺，最大范围内覆盖现场管道。焊缝表面成形如图6所示。

2.4 工艺性能试验

根据核电厂的RCCM-2007建造标准，对已开发完成的此系列管道进行工艺性能试验，首先对管道焊缝进行液体渗透（PT）、射线检验（RT）等，结果均未发现超标缺陷;其次验证此系列管道的焊接接头组织及力学性能，对管道焊缝进行了拉伸、弯曲、金相等试验，结果也均未发现超标缺陷[6]。

以φ88.9×11.1 mm规格的不锈钢管（Z2CN18.10）为例，管道拉伸试验的抗拉强度为572～640 MPa，满足设计标准要求;经面弯背弯检验，弯曲角度为180°，均未发现超标缺陷，如表2、表3所示。

按照标准对熔覆金属内的各元素进行分析，结果均合格，如表4所示。采用10倍放大镜对焊缝横截面进行宏观金相检查，未发现缺陷，结果合格，如图7所示。

采用200倍的放大倍数对试样进行微观金相检验，均未发现显微裂纹及其他异常组织，结果合格，如图8所示。

3 工程应用

依据开发完成的卡钳式全位置自动焊工艺，在某核电机组上成功进行了示范应用，如图9所示。卡钳式全位置自动焊技术的工艺控制精度高、焊接质量稳定、焊缝成形好、焊接效率高，能够获得高质量的焊缝。

4 结论

通过对核电厂管道卡钳式全位置自动焊工艺的研究，以及现场管道自动焊的成功实施，得出以下结论：

（1）坡口设计对管道焊缝背面成形质量影响较大，因此在坡口加工过程中应严格控制钝边长度和厚度，保证坡口尺寸符合图纸要求。

（2）卡钳式全位置自动焊在焊接前，需对起弧位置、钨极高度、送丝角度等进行调节，保证焊接质量。

（3）卡钳式全位置自动焊工艺需分区进行焊接，且由于管径较小，焊接位置变化快，为保证焊接质量，需分段设置工艺参数。

（4）卡钳式全位置自动焊属于单面焊双面成形，打底焊接时重点控制背面焊缝成形质量，确保焊缝不产生内凹等缺陷。

（5）不锈钢管道自动焊焊接时，需进行背面充氩保护，保证根部焊缝成形和避免凹坑、夹渣等缺陷的出现。

（6）卡钳式全位置自动焊的应用摆脱了对焊工技能的依赖，其焊接质量和效率主要依靠先进的设备和成熟的焊接工艺，降低了劳动强度，保证了焊接质量，提高了施工效率。

（7）通过对卡钳式全位置自动焊的研究分析，总结了此类工艺焊接的特点和优势，为后续核电站管道自动焊的推广应用提供了参考和借鉴。

参考文献：

夏军.核电站大口径不锈钢薄壁管在役焊接质量控制[J].电焊机，2019，49（4）：216-221.

吴承建.金属材料学[M]. 北京：冶金工业出版社，2009.

靳孝义.三代核电站小径薄壁不锈钢管的焊接工艺[J].焊接技术，2017，46（1）：39-42.

冯英超.台山EPR核电站核岛安装工程小管预制自动焊应用技术研究[J].电焊机，2010，40（8）：35-39.

刘鸣放.金属材料力学性能手册[M].北京：机械工业出版社，2011.

RCCM 2007版S篇，压水堆核岛机械设备设计和建造规则[S]. 2007.

作者：吕旭伟 谭文良 朱德才

核电工程焊接工艺管理论文 篇3：

乏燃料贮存格架激光焊接问题分析及改进措施

摘要：激光焊具有能量高度集中、热影响区小、工件变形小、焊接效率高、焊接质量好、自动化程度高等特点，目前已经在很多领域得到广泛应用，但尚未在核电设备制造中进行推广应用。文中提到的激光焊焊接工艺，是在国内同类设备中首次采用，对前期项目核电机组水下燃料储存格架贮存套筒焊接质量问题及激光焊应用中发生的焊接质量问题进行梳理和总结，分析原因，并从焊接参数优化、焊缝变形控制、引弧板和收弧板的应用、清洁度控制等方面提出了技术改进措施，取得了良好效果，为激光焊在核电乏燃料储存格架贮存套筒焊接的应用提供借鉴经验。

关键词：乏燃料贮存格架;贮存套筒;激光焊;工艺参数

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.11.26

0    前言

核电乏燃料贮存格架是核燃料循环中的核心设备，用于存放停堆换料之前及换料期间准备装入堆芯的新燃料组件和由堆芯卸出的乏燃料组件等[1]，水池为高辐照环境，格架一旦投入使用，整个寿期内将无法进行维修或更换，因此必须保证其质量能满足全寿期的服役要求。水下乏燃料贮存格架套筒的焊接工艺是格架制造过程中的重难点，由于格架方形筒壁厚较薄，且为奥氏体不锈钢材质，焊接过程中极易产生变形，因此对焊接工艺及质量控制提出了较高要求。中广核工程公司梳理了核电项目中储存格架套筒焊接质量问题，结合激光焊技术特点，深入分析缺陷原因并进行技术改进，实现了激光焊在核电设备乏燃料贮存格架生产中的成功应用。

1 乏燃料贮存格架结构及焊接工艺

核电机组水下乏燃料贮存格架是由“ 整体骨架+模块化贮存套筒 ”组成，以“ 华龙一号 ”技术路线为例，每台机组分别有 38 台不同规格的格架，每个格架由1 020 个贮存套筒组成，如图1所示。贮存套筒是一个内腔截面尺寸为 226 mm×226 mm×4 265 mm、壁厚为 2 mm不锈钢材质（022Cr19Ni10）方形筒，是格架的基本单元。贮存套筒由两件C型板组对焊接而成，如图2所示，由于C型板为薄壁不锈钢钢板，线膨胀系数大，焊接变形大，易产生热裂纹，而激光焊具有能量密度大、形成焊缝窄、热影响小等特点，因此采用激光焊。焊接工艺主要参数如表 1所示。

2 乏燃料贮存格架焊接问题分析及工艺改进

2.1 乏燃料贮存格架焊接缺陷统计

前期工程公司CPR1000核电技术路线核电项目中乏燃料贮存格架贮存套筒焊缝曾出现严重的质量问题，主要为焊缝锈蚀和腐蚀，如图3所示。焊缝缺陷主要是焊缝氧化、未焊透、未熔合、凹坑、成型不良等，典型缺陷特征如图4所示。其中未焊透主要发生在焊缝端部，长度3～15 mm。焊接56件套筒出现的焊接缺陷情况统计如表2所示。

2.2 焊接缺陷原因分析

2.2.1 氧化缺陷

焊缝氧化是激光焊焊接贮存套筒时最常出现的缺陷。激光焊焊缝如图5所示，母材及焊缝金属均有不同程度的氧化，由于焊缝背面未采用保护气体，氧化较为严重，焊缝正面出现轻微氧化则主要与保护气体流量不充分有关[2-3]。

2.2.2 未焊透/凹坑/未熔合缺陷

贮存格架激光焊未焊透、未熔合和凹坑缺陷主要发生在起弧和收弧处，主要原因是激光焊在启动时能量存在波动、光束不集中现象，如果直接在焊缝上施焊，焊缝端部极易出现未焊透、未熔合或凹形缺陷，而在焊缝尾部，若熔池无新熔化金属填充，则易形成尾部凹坑缺陷。出现在焊缝中的未熔合缺陷主要与激光焊的线能量低、焊速过快有关。另外，焊接面清理不干净，有油污、锈污等污物也会导致未熔合缺陷的出现。

2.2.3 焊缝成形不良

激光焊接由于具有光斑小、焊缝窄的局限性，对被焊件装配位置和配合间隙精度要求较高。设备和工装组对间隙不一致、焊件不在同一水平面上，是导致焊缝成形不良的主要原因。

焊接参数设置的合理与否对焊缝表面的平整光洁度有着较大影响，其中焊接速度是重要因素。贮存套筒的C型板为薄壁奥氏体不锈钢，焊接过程中易产生变形，为减少焊接变形，需要采用较高的焊接速度以缩短焊接时间，然而高速激光焊接下的熔池特性及高冷却速率容易导致焊缝出现驼峰焊道[4-5]，因此在保证焊接变形符合要求的情况下需要合理控制焊接速度以抑制驼峰焊道。

激光焊过程中的匙孔效应也会导致焊缝成形不良[6]。匙孔主要由等离子体和金属蒸汽组成，气体对激光有较强的吸收辐射作用，所以激光焊接过程中会出现焊接的不稳定，从而使焊接接头的表面凹凸不平。

2.2.4 焊接变形

贮存套筒的C型板厚度为2 mm，属于薄壁板，焊接过程中容易产生变形，因此焊接中须实施防变形控制措施。未改进前的防变形工装采用刚性固定方，即設计单独的工装，借助工装压板，在激光焊机上将待焊的套筒进行固定，如图6所示。由于最初未考虑薄板的刚性，因此在自动压制对中时，若两件C型板左右两侧施压后不在同一水平面，导致激光头测距值出现较大离散、无法满足整条焊缝功率参数一致要求，不仅会出现焊缝成形不良，还会出现焊接变形。

2.2.5 焊缝锈蚀

制造完成的方筒经通规试验后，放置在车间一段时间后，焊缝表面会产生锈蚀，而前期核电项目乏燃料贮存格架出现最多的问题就是焊缝表面大面积锈蚀。对制造车间的焊缝锈蚀部位进行分析，焊缝的锈蚀均呈现出疏松（可轻轻擦拭掉）、点状、不均匀等特征，颜色为亮黄色，且位于焊缝中心，如图7所示。这说明焊缝表面的锈蚀不是焊接氧化所致，因为焊接氧化过程温度较高，氧化层较为坚硬和致密。

焊缝锈蚀主要是外来污染物与强力摩擦共同作用所致。由于不锈钢薄板焊接过程中容易产生变形，因此焊接过程如控制不當，方筒会发生尺寸变形，在方筒后续的通规试验中，板规与方筒直接形成摩擦，较大摩擦导致对应部位表面的钝化膜破坏，当制造车间存在污染物时，尤其是含有S、Cl等腐蚀性元素离子存在时，S2-、Cl-粘附在格架不锈钢表面后，会局部破坏不锈钢钝化膜，促使格架表面发生点蚀，进而出现锈蚀。其形成机理是：在不锈钢划伤或局部破损部位，粘附在不锈钢表面的硫化物相对于基体而言是阳极，因而发生溶解，溶解产生的S2-、HS-破坏周围的氧化膜，使该处基体迅速转变为阳极并开始腐蚀。硫化物会溶解产生H+ （或 H2S）对不锈钢摩擦破坏部位露出的新鲜表面产生活化作用，阻止破坏部位的再钝化，形成点蚀。而当腐蚀性阴离子（如Cl-）在不锈钢钝化膜上吸附后，Cl-或进入膜内后污染氧化膜，或者替代氧的吸附点，形成可溶性金属—羟—氯络合物， 使膜破坏而发生点蚀。因S和Cl同时存在，Cl与硫化物等化学物质相互作用促使不锈钢表面的点蚀快速发生。项目现场格局焊缝出现严重的锈蚀或腐蚀，则主要是由于摩擦、污染物和金属表面破损等因素共同所致。

3 贮存格架焊接技术改进

激光焊虽然具有热量集中、热源准确控制、应力应变小和效率高的优点，但激光焊对装配精度要求较高，且奥氏体不锈钢导热率低、膨胀系数大，因此焊接时防止变形是其技术难点，同时焊接工艺参数的设置和清洁度控制也是贮存格架激光焊的重点和难点。

3.1 焊接变形控制

经过多次现场试验和分析，将原压板工装调整为使用新设计的组对工装，新工装如图8、图9所示。这种方式可以在组对时很好地控制住间隙，同时确保两件C型板在同一水平面上，提高装配精度，满足激光焊机激光测距的要求。

3.2 焊接工艺参数优化

通过采用不同功率、不同速度和不同离焦量数据进行组合焊接、对比试验，找出最合理的参数，在原来的焊接工艺上，提高焊接激光功率，降低焊接速度，增加背面保护气体（Ar）和提高保护气体流量，正面保护气体仍为He，同时将保护气体纯度由原来的99%提高到99.999%，可显著降低焊缝氧化、成形不良等缺陷。优化后焊接参数如表 3所示。

3.3 增加引弧板和收弧板

在焊缝起端和尾端增加引弧板和收弧板（见图10），待相关参数稳定后光束才到达正式焊缝;焊接至尾端时不立即关闭激光，而是继续施焊至收弧板，焊缝尾部的熔池由收弧板熔化金属进行补充。通过“ 两块板 ”的增加，可有效解决焊缝端部和尾部的未焊透和凹坑等焊接缺陷。

3.4 焊接清洁度控制

（1）C型板组对前检查清洁度。

C型板来料时，仔细检查表面是否存在锈蚀，如有锈蚀，则对其进行清理，同时要求装配和焊接在无尘车间完成，确保车间清洁度满足要求，避免奥氏体不锈钢表面被污染。

（2）C型板组对、点焊清洁度控制。

C型板组对、点焊及尺寸检查时，相关人员应配戴洁净手套，避免徒手接触设备造成汗渍污染或使用不洁手套造成铁素体污染等情况发生。在进行组对和点焊时，避免损伤板材表面。

（3）C型板焊接后清理。

如焊接后焊缝表面存在缺陷，在打磨消除缺陷后，使用A级水、酒精或丙酮对表面进行清理。

目前中广核工程公司已将改进后的工艺措施成功应用于乏燃料贮存格架的激光焊接中，基本消除了焊缝氧化、成形不良、焊接变形等问题，改进后质量提升明显，如图11所示。

4 结论

结合核电机组水下乏燃料贮存格架奥氏体不锈钢的焊接性（壁厚2 mm）和激光焊技术特点，分析了氧化、未熔合、未焊透、凹坑、成形不良、变形等缺陷产生的原因，提出通过设计焊接变形控制工装，提高装配精度，优化焊接工艺（增加背面保护气体、提高激光功率、降低焊接速度等），增加引弧和收弧板，消除激光焊接启动时产生的缺陷，加强清洁度控制等改进措施，有效保证了焊缝质量，为激光焊技术在核电制造厂的应用提供了参考经验。

参考文献：

王攀.我国成功自主研发燃料贮存格架实现科技突破[J].化工管理 ，2015（34）：80.

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作者：高俊根