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1、AP1000AP1000 核电铜母线现场焊接质量控制核电铜母线现场焊接质量控制赵文卓吉林省吉林市 吉林化工学院 132102摘要：摘要：介绍了 AP1000 压水堆核电机组铜母线现场组对焊接质量控制要点，针对纯铜高热导率、高热裂敏感性、易产生气孔等特点，以及现场安装空间受限、组对易发生变形、不易焊前预热等难点，进行了分析研究，通过采取手工钨极氩弧焊的焊接方法，找出了适合纯铜焊接的工艺参数、质量控制方法和措施，保证了铜母线现场焊接质量。关关键词键词： ：铜铜母母线线 钨钨极极氩氩弧弧焊焊 焊焊接工接工艺艺 操作要操作要领领 0前言前言AP1000 压水堆核电机组采用美国西屋公司的第三代核电技术，
2、厂内电气封闭式共箱铜母线，其材质为纯铜，段间的连接均采用对接焊接方式，铜排焊接质量的好坏，直接影响着机组安全稳定运行。根据纯铜的焊接特性和技术工艺要求，在充分考虑现场工作环境和劳动效率的基础上，总结出铜母线现场组对焊接质量控制要点，提高铜母线焊接质量。1纯铜的焊接特点纯铜的焊接特点1.1 热导率高热导率高常温下纯铜的导热系数比碳钢的大八倍，焊接过程中电弧的热量被迅速传导出去，使纯铜焊件局部难以熔化，导致母材金属难以与焊缝金属充分熔合，从而产生未焊透或未熔合等焊接缺陷。因此，焊接纯铜时必需利用大量的热源进行预热。但大量的热源会造成母材焊接变形更加严重，所以要采取相应的防变形措施（如利用夹具）。1
3、.2 焊缝热裂倾向大焊缝热裂倾向大纯铜的线膨胀系数比碳钢大 15%左右，收缩率比碳钢大一倍左右，当焊缝层间温度相差较大时，极易产生热裂纹，故焊接时要保持稳定的层间温度。纯铜母材及焊材中都含有硫、磷、氧等有害杂质，焊接过程中，铜在液态熔池时极易与这些杂质形成熔点较低的共晶物，并以薄膜的形式分布在晶粒边界，不仅降低了纯铜的高温塑性和强度，还极易在焊接应力作用下产生裂纹。所以，焊前必须彻底清理焊接材料和母材金属的表面，减少有害杂质的来源，并在焊接过程中利用硼砂等对熔池进行脱氧处理，加强对熔池的保护。1.3 焊缝易产生气孔焊缝易产生气孔纯铜焊接时，易在焊缝中产生气孔。因为铜的导热系数比较高，纯铜在液态
4、转变成固态过程中，焊缝熔池快速冷却并凝固，液态时溶解的大量氢、氧、二氧化碳等气体来不及从熔池中逸出，结晶时就在焊缝中心或熔合线上形成气孔。所以，为避免气孔的产生，应选用含有强脱氧剂的填充材料（如含有磷和硅作为脱氧剂的 S201 焊丝） ，并采取预热措施。2纯铜焊接工艺的选择纯铜焊接工艺的选择2.1 焊接方法的选择焊接方法的选择纯铜最常用的焊接方法有手工钨极氩弧焊、碳弧焊、埋弧焊等几种。但手工钨极氩弧焊焊接时热量集中，焊接热影响区窄，焊件变形小，氩气对熔池的保护效果好，熔池易控制，焊缝成形美观，特别适合中薄件的焊接。AP1000 核电机组铜母线厚度为 10mm，故选用手工钨极氩弧焊工工艺较为适合
5、。2.2 焊接材料及机具的选择焊接材料及机具的选择选用的焊丝应符合国家标准 GB/T 9460-2008铜及铜合金焊丝中的规定及要求。焊缝焊后的抗拉强度、耐蚀性能、塑性等应高于母材的下限标准值（退火状态），焊接性能良好，导电性能良好且满足加工和使用要求。故纯铜焊接时，添加熔剂易选择 CJ301 材料，焊接材料易选用纯铜焊丝（HS201），焊接材料必须经过报审合格后方可领入现场使用。电焊机推荐选择 WSME-500 逆变式交直流脉冲焊机。2.3 预热方法的选择预热方法的选择由于纯铜的导热系数很强，为改善结晶条件，降低焊缝冷却速度，保证焊接质量，焊接前必需对母材进行预热。利用电加热和利用火焰加热是
6、预热常用的两种方法。但使用火焰加热时易造成母材损伤、温度不均匀、热量流失快等缺点，不易控制焊接质量。但电加热时，通过温度传感器，设备对预热温度自动进行精确控制，可有效保持恒定的预热温度，热量不会流失，易于控制焊接质量。故纯铜焊接时，选择电加热工艺进行预热为宜。2.4 焊接工艺参数的选择焊接工艺参数的选择母线焊接的规范参数严格执行焊接工艺卡的规定，焊接前将无水酒精与熔剂 CJ301 混合在一起调成糊状，在焊丝表面和母材坡口均匀涂敷，预热温度加热到规定的温度后及时焊接。焊接工艺参数详见表 1.表表 1 纯铜焊接工艺参数纯铜焊接工艺参数板厚(mm)焊丝型号焊丝直径(mm)焊接电流（A）极性钨极直径（
7、mm）流量（L.min-1）预热温度（）10S2013.0250-300直流正接3.014-18300-4503纯铜焊接要点纯铜焊接要点3.1 焊前准备焊前准备坡口的尺寸、清洁度和表面形状应符合图纸、规范或工艺文件的要求。采用冷加工等机械方法进行坡口制备，坡口上不应有分层、折叠、裂纹、撕裂等缺陷。坡口及其两侧30-50mm 宽度的金属表面焊前应清除氧化膜（可用 0.15-0.2mm 不锈钢丝刷或金属磨头），用无水酒精或丙酮（沾丙酮的白布应干净，不要使用棉布或棉纱，以避免擦拭时带出毛绒）等有机溶剂清洗去除油脂、水分与其他污染物。应保持母材焊件、焊丝的干燥和清洁，清理干净后不能用手或其它杂物接触焊
8、接部位，避免焊件二次污染，否则应重新进行清理。局部污染可局部重新清理，最好用白纸覆盖在已清理过的坡口两侧。如铜母线清理后不能及时施焊，超过 4 小时后，应重新按要求清理后再焊接。母线的组对严格按照 DL/T 754-2013母线焊接技术规程和相关设计文件中的规定及要求进行。3.2 焊缝组对焊缝组对铜母线焊接前组对应严格按照 DL/T 754-2013母线焊接技术规程和相关设计文件中的规定及要求进行。为防止焊接变形，需要利用自制夹具将铜板和铜垫块压紧，保持紧密接触，保证对口尺寸要求。3.3 焊接前预热措施焊接前预热措施选择电加热方式对纯铜进行预热，预热温度控制在 300-450。为提高预热工作效
9、率和改善焊工工作条件，可以自行设计制作专用的铜排预热夹具，即：在自制的预热夹具内先装上保温棉，然后加装与夹具盒匹配的加热片，两个盒子一组，一个焊接接头需要两组，接头两侧各一组来给铜母线加热，确保了整个焊接过程预热温度的稳定，在保证预热温度准确性的同时，可以大大提高劳动生产率。3.4 焊接操作要领焊接操作要领现场装配时，铜垫块要超出母线导体两端 5-10mm，一端超出的垫块长度可适当长些。焊接时应在垫板上引弧，待温度达到工艺要求的温度（300-450），电弧过渡到铜母线坡口内后正常焊接。焊接过程中应注意观察母材熔池颜色及状态，及时添加焊丝，均匀移动焊枪，防止过热导致熔池下挂，形成缺陷。焊枪与焊件
10、保持近似 90的夹角，便于令热源集中及方便填加焊丝。焊丝与焊件间保持 20-30的夹角，操作时保持稳定的电弧长度（一般 3-5mm），焊枪左右摆动均匀，向前运弧速度恒定。收弧时，应适当增加高频衰减的时间，并适当填充焊丝，使接头处饱满后，再进行衰减收弧。焊接过程中要保持稳定的层间温度，且应高于预热温度。每层施焊完毕，并进行层间清理干净后，应继续在焊缝及坡口边缘均匀涂抹 CJ301 糊状熔剂，达到增加熔池铁水流动性、有效清除各种氧化物、提高焊接质量目的。焊接完成后，接头自然冷却至常温前，应避免震动或受力，然后拆除保温装置和固定夹具。焊后可对焊接接头进行轻轻锤击，以改善焊缝性能，消除残余应力，防止变
11、形。4焊接质量检查焊接质量检查焊接接头数量总数为 1341 只，所有焊缝经外观检查、验收评定、报验合格后，进行渗透和射线无损检验。渗透检验达到 JB/T 4730.5 的级，检验比例 100%，合格率 100%；射线检验达到 JB/T 4730.2 的级（也可参照 L/T 754-2013母线焊接技术规程执行），检验比例符合设计要求，无损探伤合格率 99.2%；焊接结束后，按规程 GBJ149-1990 的要求，采用双臂电桥法进行电阻率测试，测定的最大电阻率为 0.014mm2m， 测定结果完全符合要求。5结论结论通过对结构自身特点、纯铜的焊接性分析及工艺试验，确定了合理的焊接方法、焊接顺序、
12、焊接工艺、焊接参数，制作了专用对口夹具、预热夹具，提高了焊接质量，降低了机组非正常停机的概率，确保了机组长期的安全稳定运行，达到了减少能源浪费、降低经济损失的目的。同时，铜母线焊口一次探伤合格率的提升，不仅减少了返修焊口的数量，提高了施工人员、机械的劳动效率，节约了工程项目的施工成本，还加快了工程项目的施工进度，对于今后纯铜焊接施工提供了有力的技术保障。6参考文献：参考文献：1 铜母线焊接施工及验收规范（YS 5426-2014）S北京：中国标准出版社，20142 焊工技术考核规程(DL/T 679-2012)S北京：中国电力出版 ，20123母线焊接技术规程(DL/T754-2013)S北京：中国电力出版 ，20134铜及铜合金焊丝(GB/T 9460-2008)S北京：中国标准出版社，2008.6
