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
1 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（Φ114×7、Φ406×13）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。
2 20控Cr钢的特点
2.1 20控Cr钢的特点
20控Cr钢，属于碳素钢（AⅠ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。
2.2 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。
管道焊口分布的情况
广东阳江核电站一期工程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（STR）、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。
2.3 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。
3、 焊接返修过程浅析
3.1 由于封头及其接管要在制造厂制造完成，然后运输到用户现场，再与原设备进行对接组焊。由于15CrMoR这种Cr-Mo钢材料的特殊性，在施焊过程中极易产生冷裂纹，必须在施焊前对母材进行预热，施焊过程中保持层间温度不低于预热温度，相关的无损检测也要及时，以及焊后要及时消氢处理和消除应力热处理等。因此，必须把各个环节的工作做细，严格按照返修方案进行准备与施工。
3.2 能够在制造厂厂内准备的工作尽量在厂内完成，以减少施工现场的麻烦与问题发生的因素，如封头的坡口在厂内经机加工，并且要考虑与现场对接时的角度、钝边尺寸等。该封头的壁厚比筒体厚，需要消边，消边的尺寸与角度均应在制造厂内控制好，坡口经过100%MT检测合格，并做好方位标等。封头上的接管也都应在厂内组焊好，并且进行了焊后热处理。
3.3 特别是要根据现场的实际情况，专门设计制造了一套工装，以确保现场组焊的顺利完成，这是本方案的另一个技术关键。
4、返修方案的实施
4.1 该台冷凝器为三类容器，并且工程标准中要求采用外面清根的双面焊方法进行，以保证焊接质量，返修方案也遵守这一要求制定实施的。.
4.2 焊前焊接坡口表面均要进行100%MT检测，检测结果合格。
4.3 焊接材料采用经工艺评定试验合格的R307B焊条。
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4.4 筒体的坡口在用户现场因条件所限是碳刨的，打磨后也不太规则，焊前需要对其进行堆焊修复。焊接时要求控制层间温度并以小线能量进行直道焊多层多道焊方式进行。
4.5 15CrMoR筒体侧堆焊过渡层经过MT检测合格后，将筒体与封头进行师组对。试组对后发现，由于坡口不规则，使其间隙不均匀，错边量也较大，这对于要求采用小线能量直道焊的焊接的质量难以保证，须进一步采取措施，即根据间隙和错边的大小，在筒节上作出明显标记，再次进行堆焊。堆焊后，再仔细修磨、MT检测后与封头组对，组对时应在外侧进行点焊和在内侧进行焊接，焊后对内侧焊缝打磨与母材齐平，不要留有余高。
4.6 由于Cr-Mo钢易产生裂纹，清根应采用砂轮打磨，采取多人轮流进行，适当时如果打磨量可以辅以碳弧气刨清理，但是必须注意留有足够的打磨量。打磨时仔细检查，目测并辅助以10倍放大镜进行检测，无缺陷后再进行100%MT检测，直至无缺陷为止。
4.7 紧接着焊接外侧焊缝，中间不能间隔时间过长，焊后立即做200℃～300℃消氢处理。24小时后，对焊缝部位进行了100%射线检验，结果100%一级片一次合格，然后再以100%UT复测，结果均合格。
4.9 采用电加热器对两条对接焊缝进行焊后热处理，通过温控装置绘制的热处理曲线完全符合热处理工艺要求，结果合格。
4.10 热处理后又对相关焊缝进行了100%MT、100%UT检测。水压试验后对壳体焊缝进行了100%MT、100%UT检测。检测结果均合格。
4.11 整理返修资料与报检。
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或过低，最后一道填充应以略低于母材1~2mm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。
5 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。
该工艺已在广东阳江核电站一期工程1、2号机组常规岛安装工程中应用，在ABP系统管道（Φ508×16等）、AHP系统管道（Φ457×14等）、ASG系统管道（Φ114×7）、APG系统管道（Φ168×7等）、CEX系统管道（Φ711×20等）、ACO系统管道（Φ219×9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。
参考文献：
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[2] 袁婕.核电二回路腐蚀管线抗震可靠性研究[D].大连：大连理工大学，2015.
论文作者:桑宁阳,武小廷
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/7/6
标签：核电论文; 管道论文; 系统论文; 根部论文; 缺陷论文; 机组论文; 合格论文; 《电力设备》2018年第2期论文;