摘要：福建宁德核电厂一期CPR1000压水堆核电机组常规岛除盐水箱由材质为S30403的不锈钢板组合焊接而成，本文以除盐水箱的安装焊接实践为依托，浅析这类18-8不锈钢储罐焊接中遇到的问题及解决措施。
关键词：除盐水箱焊接，S30403不锈钢，问题分析，解决措施
1 工程概况
宁德核电厂一期常规岛共安装4台除盐水箱，水箱位于C-1/C列5-6号柱之间MP厂房内。每台水箱的总有效容积为400.3m3，全容积为419.97m3，重约19t，水箱内径8.116m，高8.158m。箱体主材料为S30403钢板，壁板共分6层，顶板分20个瓣片，底板和1、2层壁板厚度8mm，其他壁板厚度6mm，顶板厚度5mm。除盐水箱主要的焊接工作包括底板、顶板、壁板、水箱支管座及平台栏杆扶梯焊接。除盐水箱本体焊接焊缝总长约704米，其中，底板共计5条搭接焊缝，焊缝总长度约33米；顶板包括瓣片搭接和肋板焊接，焊缝总长度约394米；壁板焊接分为环焊缝、纵焊缝、丁字焊缝、包边角钢及底部大角焊缝，总长度约为277米。
2 S30403不锈钢焊接性分析
S30403属于奥氏体型不锈钢，这类热导率低，线膨胀系数大的材料，焊接时温度梯度大，残余应力高，变形大。而且由于高温停留时间长，热影响区晶粒长大，对焊接性能不利。焊接的主要问题包括焊接接头容易出现热裂纹、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂以及焊接变形。
2.1热裂纹
在铬镍奥氏体不锈钢焊缝金属中，如果形成低熔点共晶的元素（如 C，Si，S，P等）含量较高时，就可能在结晶后期以低熔点液膜的形式存在于奥氏体柱状晶体之间，当焊接熔池继续冷却而产生收缩时，被液膜分隔的晶体边界就会被拉开而形成裂纹。奥氏体不锈钢的热导率小，线膨胀系数大，焊接时焊接区域局部过热，冷却期间焊接接头产生较大拉应力，从而导致热裂纹的产生。
2.2晶间腐蚀
奥氏体不锈钢在 450~800℃的敏化温度区间内加热时，会使碳化铬沿奥氏体晶界析出，晶内的Cr扩散速度比C慢，Cr补充不上，当Cr含量下降到耐腐蚀所要求的极限值w（Cr）12％，即形成贫Cr区，从而导致晶间腐蚀。
2.3应力腐蚀
应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂主要表现为无塑性变形的脆性破坏。
2.4焊接变形
由于奥氏体不锈钢热导率小和线胀系数较大的特点，在焊接局部加热和冷却的条件下，焊接接头在冷却过程中可形成较大的拉应力，导致焊缝及其周围区域产生较大的焊接变形。
不锈钢储罐施工最大的难点就是焊接变形的控制。在储罐的施工过程中，由于预制精度、组装误差和焊接时的热胀冷缩等，储罐底板、壁板和顶板都会产生不同程度的变形，这种变形以焊接变形为主。焊接变形是由于焊缝被高温加热急剧膨胀，然后冷却引起焊接处的收缩和弯曲而产生的。储罐变形若在标准允许范围内，则不会影响储罐的使用，若储罐变形超过标准许可的范围，不仅会影响储罐的外观，而且还会在外载荷的作用下产生应力集中和附加应力，降低储罐的使用能力，使储罐的安全性下降，严重的则会影响储罐的使用。
3 除盐水箱焊接主要问题及解决措施
3.1热裂纹的控制
控制热裂纹除了合理的选择焊材，并严格控制氢的来源，尽可能选择优质低氢焊条外，最主要的是采用合理的焊接工艺。
为了避免焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化，以致增大偏析，应尽量采用小的焊接热输入，并严格控制层间温度。为了减小热输入，不应过分增大焊接速度，而应适当降低焊接电流。因为过高焊接速度，必然加快高温冷却速率，使焊缝凝固过程承受大的收缩应变。降低焊接电流可减少熔深，热裂倾向小。
3.2 耐蚀性的控制
不锈钢焊接最容易产生的问题就是晶间腐蚀，在保证焊接质量的前提下，宜采用小电流，快速焊和短弧窄道焊，以减少热影响区的范围。尤其是厚度较薄的不锈钢板，宜采用直流反接法，以减少熔池产生过热现象和烧穿现象。当储罐内侧与介质接触，放在最后焊接，焊后做酸洗钝化处理，增强耐腐蚀能力。在焊接材料的选择方面，宜选用超低碳的焊条和焊丝，如E308L-15和ER308L。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，其预防措施主要有：
1）合理制定成型加工和组装工艺，尽可能减小冷作变形度，避免强制组装，防止组装过程中造成各种伤痕。
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2）采取合适的焊接工艺，保证焊缝成型良好，不产生任何应力集中或点蚀的缺陷，例如咬边、焊缝高度超标、飞溅对母材造成的污染等。
3）采取合理的焊接顺序，降低焊接残余应力水平。
4）对焊缝敏感侧表面锤击，降低焊缝残余应力。
3.3 焊接变形控制
控制不锈钢的焊接变形有很多措施，如采用小线能量焊接、合理的安排焊接顺序、利用反变形的原理、采用夹具刚性固定以及焊后用小锤锤击焊缝等。下面结合我公司在宁德核电厂一期4台机组的实践经验，并适当采用对比的方法，介绍一下这些措施在储罐焊接施工中的具体应用。
3.3.1顶盖的焊接
1、2号机组顶盖焊接采用全氩的焊接方法，焊接速度慢、成本高。3、4号机组综合考虑，选用SMAW焊接，既提高了施工效率也节约了成本。同时制定了顶板焊接防变形措施，以保证焊接质量：
1）加强肋与顶板组焊时，分段进行焊接以防止出现大的变形，必要时进行加固；
2）优化焊接顺序，先进行内部搭接间断焊，再焊外部焊缝，长焊缝由顶盖中心向外分段退焊，两侧对称进行焊接，外部焊缝完成后再将内部焊缝焊完。
3.3.2壁板的焊接
1、2号机组采用从内部打底外部充氩，外面清根在填充、盖面的焊接方法。此方法的不足之处：外面清根工作量大，需要投入大量人力且打底焊缝与坡口夹角处清根困难，经常出现清根不彻底的情况，导致出现坡口未融合缺陷。1、2号机组壁板焊接采用Φ2.0的焊丝，焊接效率较低。3、4号机组综合分析认为，从外面打底，只要间隙合适保证打底焊缝的透度则不用背面清根，只对局部没有焊透的焊缝进行背面清根补焊；最后两层壁板及底板厚度为8mm，可以采用Φ2.4的焊丝焊接，这样既能节省人力、提高效率，又能保证焊接质量。
（1）壁板纵缝的焊接
1）将两块700×20mm的不锈钢板分别点焊固定在距纵缝两端1/3处，这样既能有效的防止发生错口变形，又便于焊工操作。
2）调整组对间隙，以能焊透为宜，一般3mm左右即可。
3）点焊时，适当增加点焊焊缝数量。
4）分段焊接时，适当缩短分段距离。
5）优化焊接顺序，先将两端点焊，然后分段退焊、跳焊，并选用小电流，进行多层多道焊接。
（2）壁板环缝的焊接
1）适当增加组对间隙，一般5mm左右，保证能焊透，同时应分道焊接，否则容易咬边。
2）间隙小的地方优先焊接，然后在采用两两对称沿同一圆周方向分段跳焊的方法焊接。
3）选用小电流，分层分道焊接。
（3）壁板丁字缝的焊接
1、2号机组焊接时，单独留出丁字缝最后焊接，这样容易引起应力集中，造成局部变形。3、4号机组壁板纵缝直接焊接完成，不单独留出丁字缝，这样就能有效的避免应力集中。应该注意的是，环缝焊
接时除了间隙小的地方先焊，丁字缝的环缝也应该优先焊接，且点焊时，丁字缝周围的点焊焊缝应该适当增加。焊接时需控制焊层厚度，防止交叉焊缝处出现内凹。
3.3.3底板的焊接
1）合理的焊接顺序是控制焊接变形的关键，焊接前在待焊焊接接头上进行分段并标记焊接顺序，在焊接过程中要严格按制定的焊接工艺、焊接顺序进行施工，以防止出现较大的焊接变形。从中间幅板与两侧幅板搭接处开始焊接，单条焊缝自中心处向两端方向进行焊接，进行分段焊接，每隔300mm焊接一段，以控制底板焊接时的变形量。
2）两块幅板间每隔300mm点固一处，点固时从中心向两侧进行。
3）采用分段退焊，两两对称焊接。
4）在施焊过程中采用满足要求的小规范电流，多层焊，每层接头至少应该错开15mm。
参考文献
[1]GB 50341-2014立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S].北京: 中国计划出版社,2015.
[2]NB/T 47003.1-2009钢制焊接压力容器[S].北京: 新华出版社,2010.
论文作者:陈俊林,张宏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
标签：壁板论文; 应力论文; 奥氏体论文; 顶板论文; 储罐论文; 不锈钢论文; 点焊论文; 《电力设备》2017年第17期论文;