核电设备中的镍基合金带极电渣堆焊

( 2) 要获得优质镍基合金带极电渣堆焊层， 除优化工艺参数、合理布置焊道、正确使用外加磁 控装置以及确保良好堆焊设备外，操作工的技术 娴熟程度和焊接区域的清洁度也不可忽视。
( 5) 带极中合金元素烧损和不利元素增量极 少，堆焊层的塑性和韧性高于埋弧堆焊;
( 6) 由于接头熔合区的碳扩散层窄，马氏体 带宽度小，故接头熔合区性能优于带极埋弧堆焊。
为获得稳定的电渣堆焊过程，需注意焊接电 源、焊剂、外加磁控装置及工艺参数的控制等关键 技术。
加入的焊剂以及维持渣池的熔化状态。金属熔池 位于渣池下面从而得到保护。带极电渣堆焊中， 2 带极电渣堆焊工艺评定试验
压力容器
总第 220 期
焊材脱渣性良好，堆焊层表面平整，总体质量 高。对整个堆焊层一次和最终加工后、热处理前 后等多个阶段全面积的 PT 和 UT 检验，除个别位 置存在点状夹渣外，未发现超标缺陷，一次合格率 高于 99% 以上。带极电渣工艺应用成功。
5 结语
( 1) 采用带极电渣堆焊工艺用于压水堆核电 站核岛主设备蒸汽发生器管板大面积镍基合金堆 焊，不仅可以提高堆焊层质量，而且缩短了制造周 期。
第三代核电技术发展的核岛主设备蒸汽发生 器管板堆焊均采用 Inconel 690 镍基合金，其难度 是热裂纹敏感性高、堆焊金属润湿性差［1］以及焊
缝易出现 DDC。法国法玛通采用双热丝 TIG 堆 焊、西班牙 NSAB 采用带极电渣堆焊、日本三菱采 用热丝 TIG 堆焊、韩国斗山采用带极埋弧堆焊。 由于带极埋弧堆焊和电渣堆焊的效率较高，质量 较稳定，且带极电渣堆焊母材的稀释率低，为此， 其在某核电站二期扩建工程蒸汽发生器管板大面 积 Inconel 690 堆焊中，首次采用了带极电渣堆焊 并取得成功。为第三代核电蒸汽发生器管板堆焊 奠定了基础。
带极电渣堆焊的电流较高，其感应磁场电磁 力产生的磁收缩效应十分明显，必须外加辅助磁 场( 专用的磁控装置) 来削弱熔池中的磁收缩，从
而克服咬边和改善堆道成形( 见图 1) 。
图 1 外加磁场的作用原理
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第 28 卷第 3 期
压力容器
总第 220 期
外加磁场的控制参数主要是磁极位置和磁控 电流。一般南北两磁极分别置于带极两侧，横向 距焊带边缘 10 ～ 20 mm，纵向略靠焊带后( 沿焊接 方向) 约 3 ～ 8 mm。磁极离焊件的距离为 10 ～ 20 mm。外加磁场 强 弱 影 响 焊 道 的 成 形 ( 见 图 2 ) 。 试验结果表明: 实际焊接时 IN极应大于 IS极。
序号 试验项目
侧弯( 横向) 1
侧弯( 纵向) 熔敷金属
2 化学成分
金相( 宏观) 3
金相( 微观)
4
硬度
试验 温度
室温 室温
表 3 试验项目、考核要求和试验结果
试样 数量
取样位置
考核要求
结果
2 堆焊层、熔合区和母 D = 4T，α = 180°; 单个裂纹、气孔 4T，合格
2 材( 试样宽 30 mm) 和夹渣长度不得大于 1． 5 mm
＜ 0． 01 ＜ 0． 0001
＜ 0． 05
工艺试验证明: 堆焊工艺参数、堆焊层厚度、 外加磁场、清洁度等对堆焊层的质量有影响。其 工艺参数最主要的是焊接电压、电流和焊接速度; 其次是带伸长，焊剂层厚度，焊接位置，焊道搭接 宽度、搭接方位等。道间夹渣是镍基堆焊中的难 题，其原因是磁控、堆焊参数调节、焊接区域清洁 和焊接操作工搭边量不够或不当造成的。
外加磁控装置磁极与带极的相对位置见图 3，南 北两磁极分别置于焊带两侧，横向距焊带边缘约 15 mm，纵向略靠焊带后( 沿焊接方向) 3 mm 处。 垂直方向磁极距离工件表面约 15 mm。试验时将 N 极安装于已堆焊好的焊道一侧。
图 2 外加磁场强度对堆道外形的影响
根据堆焊工艺试验，按 ASME 规范进行带极 电渣堆焊工艺评定试验( 母材为 SA508Gr． 3Cl． 2 锻件，规格为 100 mm × 400 mm × 500 mm) 。堆焊 设备 为 ESAB 公 司 的 LAF 1600 DC 直 流 电 源、 SOUDOKEY 公司的 125 － ESI － 300 型带极堆焊 专用机头和 CED 1 1370 C22 /220V 型磁控装置。
( a) 管板中心区域直道堆焊过程中
( b) 管板中心区域直道堆焊完成后
( c) 管板中心外围区域环向堆焊过程中
( d) 管板堆焊完成后
图 5 蒸汽发生器管板镍基合金带极电渣堆焊
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檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏 檭檭檭殐
檪檪殏 檭殐
第 28 卷第 3 期
带极电 渣 堆 焊 与 带 极 埋 弧 堆 焊 原 理 虽 然 类 似，但它采用电渣熔焊方法( 焊剂粉末在焊带的 前方送入) ，焊接时电弧热熔化焊剂形成导电率 高于电弧的熔渣，电流直接流过熔渣( 引燃的电 弧随之熄灭) ，产生的电阻热熔化焊带、母材和新
( 4) 堆焊层成形良好，不易有夹渣等缺陷，表 面质量优良，不平度小于 0． 5 mm( 埋弧堆焊大于 l mm) ，表面基本不需机械加工，省时省料;
图 4 化学成分取样图
3 带极电渣堆焊模拟件试验
在堆焊工艺评定的基础上，进行试板模拟件 堆焊试验。堆焊时，模拟管板转动，环向堆焊从里 往外堆( 焊道边缘润湿角是保证堆焊层质量的前
4 产品应用
基于电渣堆焊工艺评定试验和模拟件试验， 某核电站二期扩建工程蒸汽发生器管板大面积镍 基合金采用双层带极电渣堆焊工艺，堆焊材料与 工艺评定相同，管板中间约 650 mm 直焊道堆 焊，其余从里向外实施环向堆焊( 见图 5) 。
Nb 0． 80 1． 43
0． 001 0． 005
Fe 8． 14 8． 48
60． 39 59． 10
Ta ＜ 0． 01 ＜ 0． 01
29． 47 0． 11
0． 01
＜ 0． 01
29． 65 0． 03 ＜ 0． 01 ＜ 0． 01
Al + Ti 0． 32
B 0． 0001
其他 ＜ 0． 05
本次堆焊是在大量试验的基础上，采用美国 SMC 公司的改进型 INCONEL Weldstrip 52M 焊带 和 INCOFLUX ESS2 焊剂，优化堆焊工艺，通过工 艺评定和模拟件试验后，将带极电渣堆焊工艺成 功应用于产品。既提高了堆焊层质量，又缩短了
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CPVT
核电设备中的镍基合金带极电渣堆焊
中图分类号: TG142． 33; TG457． 5 文献标识码: B 文章编号: 1001 － 4837( 2011) 03 － 0033 － 05 doi: 10． 3969 / j． issn． 1001 － 4837． 2011． 03． 007
Nickel Base Alloy Strip Electroslag Cladding of Nuclear Power Equipment
—
1 见图 4
按产品技术条件
满足技术条件 见表 4
1 堆 焊 层、熔 合 区 和 应无未熔合、未焊透和裂纹等缺
—
未发现缺陷
1 HAZ
陷
—
1 堆焊层截面
HAZ: HRC ＜ 20
满足技术条件
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CPVT
取样位置 A处 B处 C处
核电设备中的镍基合金带极电渣堆焊
Vol28． No3 2011
表 4 堆焊层熔敷金属主要化学成分
Vol28． No3 2011
制造周期。
焊的 2 倍;
( 3) 熔深浅而均匀，母材稀释率低，一般可控
1 带极电渣堆焊工艺
制在 10% 以下，比埋弧焊小 1 倍;
带极电渣堆焊原来主要用于加氢反应器、煤 气工程、核电站设备中的不锈钢堆焊。近期，我国 镍基合金带极电渣堆焊主要用于石油化工行业， 而用于压水堆核电站核岛主设备蒸汽发生器大面 积镍基合金堆焊，尚属首次。
表 1 焊带及堆焊层熔敷金属化学成分典型值
%
元素
C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
Al
Mo
Zr
元素 堆焊层 熔敷金属
元素
焊带 堆焊层 熔敷金属
0． 015 0． 13 0． 69
0． 026 0． 17 1． 20
Cu 0． 02
Co 0． 006
Ti 0． 21
＜ 0． 02 ＜ 0． 005 0． 02
0． 004 0． 004
制造与安装
核电设备中的镍基合金带极电渣堆焊
李双燕 ( 上海电气核电设备有限公司，上海 201306)
摘 要: 以 Inconel 690 镍基合金堆焊为例，简述了堆焊工艺评定、模拟件试验和产品应用，结果表 明: 带极电渣堆焊可用于压水堆核电站核岛主设备蒸汽发生器管板大面积镍基合金堆焊。 关键词: 核电设备; 管板; 镍基合金; 带极电渣堆焊
整个渣池被加热，电流比较均匀地流经渣池和下 面的母材，从而形成均匀的熔深。
与常规带极埋弧堆焊相比，带极电渣堆焊具 有以下优点［2 － 4］:
( 1) 单侧焊剂供给，相对埋弧焊，更低的焊剂 消耗;
( 2) 相同热输入情况下，熔敷速度是埋弧堆
通过大量的工艺试验，从脱渣性、堆焊焊道表 面质量、道间搭接情况、无损检验结果、金相检验 结果等，选择美国 SMC 公司生产的规格为 60 mm × 0． 5 mm 的改进型 INCONEL Weldstrip 52M 焊 带和 INCOFLUX ESS2 烧结性焊剂，表 1 列出焊带 及其熔敷金属的化学成分。
层数 极性
/℃
/A
/V
/ mm·min － 1 / mm
/℃
/℃ × h /℃ × h 电流 /A
第1 层 直流
第 2 层 反接