1、核电专用管道 20 控 Cr 钢焊接技术摘要：20 控 Cr 钢是核电专用管道用钢，在中低压管道中普遍使用，其焊接技术是核电安装工程关键技术之一，直接关系到核电机组安全运行。本文介绍了 20 控 Cr 钢焊接技术，为我国核电安装优质焊接 20 控 Cr钢提供技术参考。 关键词：20 控 Cr 钢；核电专用；焊接技术 中图分类号： P755.1 文献标识码： A 前言 环境友好与资源再生利用是当今世界能源发展的主要方向，核电作为清洁、环保型能源，在世界上已经得到广泛应用，是中国电力发展之大趋势，积极发展核电已成为我国能源战略。 发展核电的重要意义， （一）有利于保障国家能源安全；（二）有利于调整
2、能源结构，改善大气环境；（三）有利于提高装备制造业水平，促进科技进步。 为适应我国核电发展、清洁能源发展的需要，同时为国家建设核电机组用钢 20 控 Cr 钢焊接技术培训及安装施工焊接提供技术支持，本文选用核电中低压管道用钢 20 控 Cr 钢（1147、40613）进行了工艺性能试验，积累了丰富的经验和大量的数据资料。 20 控 Cr 钢的特点 20 控 Cr 钢的特点 20 控 Cr 钢，属于碳素钢（A类） ，是在 20 钢的基础上研发出来的。从化学成分可看出,与 20 号钢比较，20 控 Cr 材料除 Cr 的质量分数确保为 0.2%0.3%外,其他元素含量与 20 号钢相当,其物理能和
3、力学性能与20 号钢也相当。但是，根据 FAC（管道流体的腐蚀）研究，20 控 Cr 除了具备 20 号钢性能外，抗 FAC 腐蚀能力也大大增强，适用于有 FAC 环境的管道。化学成分及力学性能见表 1、表 2、表 3. 表 1 化学成分 注：1、20 控 Cr 钢，Cr 的成品分析允许控制范围在 0.180.33%。 2、在各项性能指标满足技术要求的前提下，成品分析偏差按 GB222规定执行。 表 2 力学性能 管道焊口分布的情况 广西防城港核电站一期工程 1、2 号机组工程建造 2 台 1000MW 级压水堆核能发电机组，我司承担 1、2 号机组常规岛建筑、安装工程，在蒸汽转换器系统（ST
4、R） 、低压给水加热器系统（ABP） 、蒸汽发生器排污系统（APG） 、电动主给水泵系统（APA） 、给水除氧器系统（ADG） 、闭路冷却水系统（SRI）等系统中低压管道大量应用 20 控 Cr 钢。管径 89 762mm，壁厚 5 22.2mm。 焊接材料的选择 管道具有抗流体腐蚀能力，对接焊缝有一定的透度而增加了流体腐蚀，为使焊接接头也具有抗流体腐蚀能力，要求所使用的焊材必须具有与母材相当的化学成分（要求焊材 Cr 含量控制在 1% 3%） ，不低于母材的力学性能。本次工艺性能试样选用伯合乐集团生产的焊材，如表 4。 表 4 焊材化学成分 焊接工艺 焊接方法及坡口形式 焊接方法 采用钨极氩
5、弧焊打底，焊条电弧焊填充盖面的工艺。 坡口形式 坡口形式采用 V 形坡口，对口尺寸如图 1 所示。 图 1 坡口对口简图 焊接工艺参数 采用氩弧焊打底、电弧焊填充盖面的焊接工艺。打底时，选用 ER70-S 型焊丝，电流极性为直流正接，大小为 100 145A，可根据管道直接大小选用合适电流；填充盖面时，选用 E7018-G 型焊条，采用直流反接，2.5 焊条，电流大小为 6090，3.2 焊条，电流大小为90130，4.0 焊条，电流大小为 130170。 焊接工艺参数见表 5。 焊前准备 检查坡口形式、加工尺寸以及焊缝两侧 1520mm 范围是否打磨清理露出金属光泽、清除油、漆、锈、垢、水等
6、杂质。 检查焊机、氩气表等焊接设备是否合格、处于有效标定状态。 确保焊条使用前按照厂家给定的烘焙参数进行烘焙；焊条按照规范烘焙后，应该始终处于 100左右的保温状态下储存。 组对点固 由于 20 控 Cr 多为中低压管道材质，管壁相对较薄，可以在控制好组对间隙之后直接采用氩弧焊在焊缝底部进行点固组对，定位焊缝的长度一般为 1550mm。 公称直径 DN80mm 时，焊点数量 2 点；当 80mmDN400mm 时，焊点数量 34 点；当 DN400mm 时，每 300mm500mm 长度点焊 1 点。定位焊缝均匀布置。 控制错边量0.1，且1.0mm，尽量做到内壁齐平。 （ 为管子壁厚） 焊接
7、第一道焊缝前，应将根部定位焊缝两端修磨成坡度，以利于熔合。 焊接操作要求 允许焊接的最低环境温度为-20，GTAW 焊接时风速2m/s，SMAW焊接时风速8m/s，如施焊环境超出以上范围，应采取措施使焊接区域满足施焊条件。 氩弧焊打底时，必须保证根部焊透。根层打底焊时，电弧将坡口两侧钝边熔化后加丝焊接，在坡口两边多停顿一下，要注意观察坡口两侧的熔合情况，必须使熔敷金属与母材充分熔合。 若焊接电流小，根部间隙窄，焊接速度过快，焊枪角度不正常，均可能产生未焊透缺陷。根部间隙不能小于 3mm，合适的焊接电流和正确的焊枪角度可有效减少未焊透的产生。 装配间隙小，焊接过程中焊枪摆动幅度大，致使热量不能集
8、中于根部，产生了背面焊缝低于试件表面的内凹现象。电弧热量尽量集中于根部，仰焊部位多填焊丝可避免内凹。 夹渣、夹钨属尖角缺陷，产生的应力集中甚于气孔等圆型缺陷，应从气体保护、层间清理、焊接电流、施焊角度等方面综合控制，杜绝夹渣、夹钨的产生。 氩弧焊打底层厚度以 3.0 3.2mm 为宜，打底焊接时要注意送丝的速度要均匀，不能靠送焊丝的力量来突出根部，铁水过渡最好采用自由过渡，在底部焊缝两侧多停顿一下，以免造成未熔等缺陷。 焊条电弧焊填充及盖面应在氩弧焊打底结束后及时进行，以免产生裂纹等缺陷。厚壁大径管宜采用两人对称施焊，并注意不得同时在一处收弧，注意层间接头错开至少 15mm。填充层焊缝不宜过高
9、或过低，最后一道填充应以略低于母材 12mm 为宜，填充时坡口边缘线不宜熔化，以免影响盖面层宽窄差。 厚壁大径管宜采用两人对称施焊，并注意不得同时在一处收弧，注意层间接头错开至少 15mm。 无损检验及理化试验 无损检验 20 控 Cr 钢这两种规格管道（1147、40613）经 PT、RT 检验，达到 PT 检验级合格（执行标准：JB/T 4730.5-2005） 、RT 检验级合格（执行标准：DL/T 821-2002） 。 力学性能 冲击试验 冲击试验执行标准为 GB/T2650-2008、GB/T229-2007，在常温下，焊缝和热影响区均能获得较好的冲击韧性（平均值：87J、126J
10、） 。 拉伸试验 拉伸试验执行标准为 GB/T2651-2008，常温下，焊缝能够达到较高的抗拉强度（平均值：526MPa、493MPa） ，满足相关技术条件要求。 弯曲试验 弯曲试验执行标准为 GB/T2653-2008，在弯曲至 180的情况，焊缝和热影响区均无明显裂纹。 金相检验 宏观金相 10 倍放大观察下，无未熔合、裂纹等缺陷。 微观金相 1147 规格管道，在400 倍显微镜下观察期微观组织结构，焊缝区和热影响 区组织均为 F+P。 图 2.焊缝区组织图 3.热影响区组织 40613 规格管道，在400 倍显微镜下观察期微观组织结构，焊缝区和热影响 区组织均为 F+P。 图 4.焊
11、缝区组织 图 5.热影响区组织 结束语 本文简要介绍了 20 控 Cr 钢的焊接技术，随着我国核电建设的加快，装机容量不断增加，20 控 Cr 钢将在中低压管道中得到更普遍的应用，掌握其焊接技术，将为优质、高效焊接此类刚提供技术支持。 该工艺已在广西防城港核电站一期工程 1、2 号机组常规岛安装工程中应用，在 ABP 系统管道（50816 等） 、AHP 系统管道（45714 等）、ASG 系统管道（1147） 、APG 系统管道（1687 等） 、CEX 系统管道（71120 等） 、ACO 系统管道（2199 等）等大量应用。焊缝外观成型良好，经检验，其焊接接头的各项性能指标均满足规范要求，焊接工程质量优良。
