一种用于核电稳压器安全端异种金属管道堆焊维修方法技术

本发明专利技术公开了一种用于核电稳压器安全端异种金属管道堆焊维修方法，包括以下步骤：在低合金钢管段的内壁上熔敷不锈钢覆层；将预堆边堆焊到低合金钢管段和不锈钢覆层的端面；使预堆边与过渡接管组成U型坡口，并将两个部分进行焊接连接以形成预堆边焊缝；在过渡管段和管段之间的焊缝上挖除不锈钢焊缝，并补焊不锈钢焊缝，打磨补焊焊缝使之与管段齐平；在低合金钢管段、预堆边、预堆边焊缝、管段上堆焊镍基合金堆焊层。采用该方法改善了堆焊层应力状态，简化了维修堆焊工艺，降低了现场堆焊维修难度，实现了稳压器安全端异种金属接头安全、可靠、高效地堆焊维修。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核电异种金属接头管道堆焊领域，具体涉及一种用于核电稳压器安全端异种金属管道堆焊维修方法。
技术介绍
稳压器是核电站五大主设备之一。稳压器安全端焊缝是连接稳压器与接管的一回路压力边界。早期核电站稳压器安全端接管的异种金属焊缝大量采用了Inconel-600材料。国内外核电站在Inconel-600镍基合金使用中发现，该合金材料在一回路高纯水中对SCC有较高的敏感性；同时大量国外核电站维修案例表明，在核电站寿命期内Inconel-600异种金属焊缝容易出现开裂失效现象。我国秦山320MWe机组稳压器安全端结构与国外维修的结构类似，将可能会面临同样的Inconel-600合金焊缝开裂失效问题。针对Inconel-600合金材料出现腐蚀泄露的问题，国外一般是在失效管道焊缝上堆焊一定厚度和宽度的堆焊层进行密封处理，形成新的压力边界，使局部出现环形裂纹的结构加强，防止该处缺陷出现泄露。国外经验表明，修复的堆焊层能使焊缝结构加强，改善异种金属接头残余应力状态及分布，且焊后形成压应力，对应力腐蚀裂纹具有止裂作用，对疲劳裂纹的萌生和扩展具有缓解作用。文献资料调研显示，目前已掌握该堆焊维修技术，并实现工程应用的只有美国WSI公司。其稳压器安全端堆焊维修工艺结构大致分为两种型式，其一为美国WSI公司为台湾核电站稳压器安全端接管设计的维修堆焊层结构，如图1所示；其二是美国WSI公司为韩国KORI 1号机组稳压器安全端接管设计的维修堆焊层结构，如图2所示。第一种结构的不锈钢覆层10通过堆焊方式熔敷在低合金钢管段1的内壁上；将Inconel600预堆边2按图所示的形状堆焊到低合金钢管段1和不锈钢覆层10的端面；将预堆边2与不锈钢的过渡接管4组成U型坡口，并通过手工电弧焊接方法将两个部分进行焊接连接形成预堆边焊缝3；将过渡接管4与不锈钢的管段6组成V型坡口，并通过氩电联焊方式进行焊接连接形成不锈钢焊缝5；在接管焊接完成后，从预堆边焊缝3与不锈钢过渡接管的熔合线开始按设计的堆焊层尺寸堆焊不锈钢过渡层7；在预堆边焊缝3与不锈钢过渡接管的熔合线及附近堆焊镍基合金过渡层9；最后在低合金钢管段1、预堆边2、预堆边焊缝3、镍基合金过渡层9、不锈钢过渡层7上堆焊镍基合金堆焊层8。第二种结构的不锈钢覆层10通过堆焊方式熔敷在低合金钢管段1的内壁上；将Inconel600预堆边2按图所示的形状堆焊到低合金钢管段1和不锈钢覆层10的端面；将预堆边2与不锈钢的过渡接管4组成U型坡口，并通过手工电弧焊接方法将两个部分进行焊接连接形成预堆边焊缝3；将过渡接管4与不锈钢的管段6组成V型坡口，并通过氩电联焊方式进行焊接连接形成不锈钢焊缝5；在接管焊接完成后，从预堆边焊缝3与不锈钢过渡接管的熔合线开始按设计的堆焊层尺寸堆焊不锈钢过渡层7；最后在低合金钢管段1、预堆边2、预堆边焊缝3、镍基合金过渡层9、不锈钢过渡层7上堆焊镍基合金堆焊层8。采用上述堆焊维修结构及方法，均采用了ER308/ER309作为过渡层，虽然有效避免了不锈钢上直接堆焊镍基合金产生热裂纹问题，能够满足稳压器安全端接管堆焊维修需求。但是由于过渡层的增加导致堆焊维修工艺结构复杂，进而产生以下三个方面的不足：其一，结构复杂导致堆焊层内应力状态复杂，对改善应力状态不利；其二，堆焊层结构复杂，其维修堆焊工艺也相对复杂，不利于现场维修施工质量控制；其三，维修工艺复杂，施工难度大，不利于现场维修进度控制和辐射剂量控制。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题提供一种用于核电稳压器安全端异种金属管道堆焊维修方法，其改善堆焊层应力状态，简化维修堆焊工艺，降低现场堆焊维修难度，实现稳压器安全端异种金属接头安全、可靠、高效地堆焊维修。本专利技术通过下述技术方案实现：一种用于核电稳压器安全端异种金属管道堆焊维修方法，包括以下步骤：在过渡管段和管段之间的焊缝上挖除不锈钢焊缝，并补焊不锈钢焊缝，打磨补焊焊缝使之与管段齐平；在低合金钢管段、预堆边、预堆边焊缝、管段上堆焊镍基合金堆焊层。本方案针对现有堆焊层工艺结构复杂等不足，本方法省去了焊接ER308L/ER309L过渡层和镍基合金过渡层的步骤，简化了堆焊层的结构，简化了工艺结构，改善堆焊层应力状态，降低现场堆焊维修难度，实现核动力装置异种金属接头安全、可靠、高效地堆焊维修。省去了过渡层的结构，即减小了堆焊层中异种金属接触界面，强化了工艺结构的整体性和和力学的一致性。针对新型的堆焊层结构，以解决不锈钢焊缝上直接堆焊镍基合金产生热裂纹等问题，使得设计的新型工艺层结构满足堆焊维修需求，同时有效地改善了施工难度大等问题，研究了以下具体工艺。在挖除不锈钢焊缝时，打磨不锈钢焊缝的表面，使之形成一个周向凹槽。所述凹槽的宽度比过渡管段和管段之间的焊缝宽2mm～4mm，深度为2mm～3mm。在补焊不锈钢焊缝时，采用自动氩弧焊接方法，补焊打磨后的凹槽，焊接添加ERNiCrFe-7A镍基合金焊丝，焊丝直径为1.0mm，线能量为1.0KJ/mm至1.2KJ/mm，送丝速度为2200mm/min至2700mm/min。堆焊镍基合金堆焊层的步骤包括：前三层堆焊、中间层堆焊和熔敷层堆焊。所述前三层堆焊采用回火焊道焊接方法焊接；所述中间层堆焊和熔敷层堆焊采用非回火焊接工艺方法焊接。在前三层堆焊时，线能量为0.7 KJ/mm至0.9 KJ/mm，送丝速度为700±10%mm/min；在中间层堆焊时，线能量为0.7 KJ/mm至1.0 KJ/mm，送丝速度为1200±10%mm/min；在熔敷层堆焊时，线能量为1.0 KJ/mm至1.2 KJ/mm，送丝速度为2200mm/min至2700mm/min。不锈钢堆焊镍基合金产生热裂纹的机理为，在焊接冷却过程中由Nb和Ni等合金元素形成的低熔点共晶相发生偏析，导致晶界形成薄弱环节，在焊接应力的作用下产生裂纹，并发生裂纹扩展，若堆焊层强度相对较小，则会发生堆焊层开裂现象。本专利技术主要从改善堆焊层应力状态，加强堆焊层强度两个方面入手，解决不锈钢堆焊镍基合金时堆焊层发生开裂问题。在不锈钢上开环形凹槽，即上述的周向凹槽，再采用较大熔敷量的堆焊工艺进行堆焊填补环形凹槽。开环形凹槽可以有效改善堆焊层应力分布，增大熔敷量可以有效的增加堆焊层强度，从而达到避免堆焊层开裂的目的。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本方法省去了焊接ER308L/ER309L过渡层和镍基合金过渡层的步骤，简化了堆焊层的结构，简化了工艺结构，改善堆焊层应力状态，降低现场堆焊维修难度，实现核动力装置异种金属接头安全、可靠、高效地堆焊维修。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为美国WSI公司为台湾核电站稳压器安全端接管设计的维修堆焊层结构图2是美国WSI公司为韩国KORI 1号机组稳压器安全端接管设计的维修堆焊层结构。图3是本专利技术的堆焊方法的维修堆焊层结构。附图中标记及对应的零部件名称：1、低合金钢管段；2、预堆边；3、预堆边焊缝；4、过渡接管；5、不锈钢焊缝；6、管段；7、不锈钢过渡层；8、镍基合金堆焊层；9、镍基合金过渡层；10、不锈钢覆层。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核电稳压器安全端异种金属管道堆焊维修方法，其特征在于，包括以下步骤：在过渡管段（4）和管段（6）之间的焊缝上挖除不锈钢焊缝（5），并补焊不锈钢焊缝（5），打磨补焊焊缝使之与管段（6）齐平；在低合金钢管段（1）、预堆边（2）、预堆边焊缝（3）、管段（6）上堆焊镍基合金堆焊层（8）。

【技术特征摘要】
1.一种用于核电稳压器安全端异种金属管道堆焊维修方法，其特征在于，包括以下步骤：在过渡管段（4）和管段（6）之间的焊缝上挖除不锈钢焊缝（5），并补焊不锈钢焊缝（5），打磨补焊焊缝使之与管段（6）齐平；在低合金钢管段（1）、预堆边（2）、预堆边焊缝（3）、管段（6）上堆焊镍基合金堆焊层（8）。2.根据权利要求1所述的一种用于核电稳压器安全端异种金属管道堆焊维修方法，其特征在于：在挖除不锈钢焊缝（5）时，打磨不锈钢焊缝（5）的表面，使之形成一个周向凹槽。3.根据权利要求2所述的一种用于核电稳压器安全端异种金属管道堆焊维修方法，其特征在于：所述凹槽的宽度比过渡管段（4）和管段（6）之间的焊缝宽2mm～4mm，深度为2mm～3mm。4.根据权利要求1所述的一种用于核电稳压器安全端异种金属管道堆焊维修方法，其特征在于：在补焊不锈钢焊缝（5）时，采用自动氩弧焊接方法，补焊打磨后的凹槽，焊接添加ERNiCrFe-7A镍基合金焊丝，焊丝直径为1.0mm，线能量为1....

【专利技术属性】
技术研发人员：罗绪珍，叶义海，王建，陈学德，许峰，潘晓冬，李红军，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51