本發(fā)明涉及焊接，特別涉及一種解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法。

背景技術(shù)：

1、核島是核電站的核心，其主設(shè)備包括堆容器、中間熱交換器、獨(dú)立熱交換器、空氣熱交換器、蒸汽發(fā)生器、儲(chǔ)鈉罐等。中間熱交換器由一回路、二回路兩部分組成，設(shè)備換熱主體豎直浸沒(méi)在一回路鈉池內(nèi)，將一回路鈉的熱量傳輸給二回路的鈉。此外，中間熱交換器還起到將一回路與二回路鈉隔離的功能。每個(gè)機(jī)組一回路主冷卻系統(tǒng)設(shè)兩條環(huán)路，每條環(huán)路設(shè)置2臺(tái)中間熱交換器，共計(jì)4臺(tái)。

2、中間熱交換器是示范快堆項(xiàng)目主熱傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，用于將一回路（堆芯）鈉的熱量傳輸給二回路的鈉。此外，中間熱交換器的換熱管還起到將一回路的放射性鈉與二回路的鈉隔離（屏蔽）的功能，并要求二回路側(cè)的壓力高于一次側(cè)，防止傳熱管及管接頭泄露情況下放射性一次鈉污染二回路。中間熱交換器以立式狀態(tài)放置于冷池中，耐磨層主要位于中間熱交換器中心管組件、管系組件中，作為設(shè)備組件之間的熱膨脹支點(diǎn)，用以提高設(shè)備的抗振動(dòng)能力，因此耐磨層的耐磨損性能對(duì)該設(shè)備的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

3、中間熱交換器出口窗耐磨堆焊層現(xiàn)有技術(shù)采用的是316h（sa-965m?f316h）不銹鋼上整圈堆焊d547（edcrni-b-15）耐磨材料，堆焊后與管板進(jìn)行套裝，目的是減少運(yùn)行過(guò)程中出口窗與管板的磨損。相比于常規(guī)耐磨堆焊產(chǎn)品以及獨(dú)立熱交換器，中間熱交換器出口窗為環(huán)形堆焊直徑尺寸高達(dá)φ2252mm，焊接和預(yù)熱會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力與膨脹變形，此種結(jié)構(gòu)的耐磨堆焊在國(guó)內(nèi)核島主設(shè)備的制造中尚屬首次應(yīng)用。此外，出口窗本身的焊接結(jié)構(gòu)拘束也很大，因此極大的提高了堆焊開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

4、中間熱交換器出口窗耐磨堆焊層后，目視和pt檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)整圈橫向裂紋缺陷，裂紋長(zhǎng)度貫穿焊縫橫截面，耐磨層返修補(bǔ)焊面積100%，返修過(guò)程中，堆焊層返修機(jī)加和補(bǔ)焊難度均超出預(yù)期，且出現(xiàn)了返修尺寸超差的問(wèn)題。裂紋的延展方向與堆焊方向垂直，多數(shù)為橫向貫穿，分支較少，根據(jù)裂紋形態(tài)可大體判斷為為穿晶裂紋，在第二堆焊層過(guò)程中目視發(fā)現(xiàn)，該裂紋具有一定的延遲特性。焊接過(guò)程中嘗試局部去除后重新焊接，但是在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)位于橫向補(bǔ)焊焊縫的熔合線附近以及縱向補(bǔ)焊的收弧區(qū)域等應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生二次裂紋。從裂紋的形態(tài)和性質(zhì)考慮，并且對(duì)比其他小尺寸耐磨堆焊件并未發(fā)生相同裂紋，耐磨層裂紋產(chǎn)生的原因?yàn)槌隹诖暗某叽缗c其他小接管的尺寸差異較大，預(yù)熱和焊接過(guò)程中產(chǎn)生了更高的應(yīng)力，在高應(yīng)力作用下耐磨層出現(xiàn)裂紋。

5、因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，旨在解決預(yù)熱和焊接過(guò)程中產(chǎn)生了更高的應(yīng)力，在高應(yīng)力作用下高硬度耐磨堆焊層出現(xiàn)裂紋的問(wèn)題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，包括以下步驟：

4、s1：焊前準(zhǔn)備：安裝防變形加長(zhǎng)筒和包裹保溫棉控制焊縫冷卻速度，深度清潔待焊面；

5、s2：焊前預(yù)熱：設(shè)置加熱裝置，對(duì)待焊區(qū)域及周邊的母材進(jìn)行整體加熱，精確的控制焊接溫度區(qū)間，提高溫度均勻性，降低熱應(yīng)力；

6、s3：焊接：在焊接前設(shè)置焊接參數(shù)，焊接時(shí)，控制焊道間的搭接量為50%-60%、采用兩層的堆焊層數(shù)、堆焊時(shí)預(yù)留應(yīng)力釋放槽，并將收弧位置引到應(yīng)力釋放槽內(nèi)；

7、s4：后熱：對(duì)待焊區(qū)域及周邊的母材進(jìn)行整體后熱，后熱結(jié)束后緩冷控制，降低焊縫冷卻速度；

8、s5：焊縫檢查：目視、尺寸和滲透探傷檢查堆焊層。

9、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s1中：將待焊環(huán)形工件安裝于變位機(jī)上，翻轉(zhuǎn)變位機(jī)至旋轉(zhuǎn)堆焊工位；采用的加長(zhǎng)筒形式的防變形工裝進(jìn)行變形控制，加長(zhǎng)筒安裝于環(huán)形工件端面；將保溫棉支撐工裝安裝于待焊環(huán)形工件內(nèi)部，通過(guò)保溫棉對(duì)待焊區(qū)域以及已焊焊縫進(jìn)行保溫防護(hù)，焊接時(shí)露出待焊接面，焊接后重新蓋上。

10、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s2中：采用專用電加熱裝置使環(huán)形工件整體均溫，對(duì)環(huán)形工件的待焊區(qū)域及周邊母材進(jìn)行整體加熱，變位機(jī)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，加熱裝置沿產(chǎn)品外圓固定并調(diào)整與產(chǎn)品間隙相同，工件旋轉(zhuǎn)使其溫度縫補(bǔ)更為均勻，將環(huán)形工件設(shè)置為若干個(gè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)溫，控制控制相鄰區(qū)域內(nèi)的溫差≤20℃，預(yù)熱及道間溫度控制在360℃-380℃。

11、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中：設(shè)置焊接電流為120a-125a，焊接電壓為22v-28v，焊接速度為17cm/min-20cm/min。

12、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中，減少堆焊層數(shù)，由3層變更為2層，機(jī)加厚度≥4mm。

13、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中：采用分段堆焊形式焊接整個(gè)環(huán)形工件，焊接時(shí)，第一堆焊層的最后一道焊道壓余量標(biāo)記線，第二堆焊層需保證上表面機(jī)加后尺寸≥50mm，堆焊時(shí)沿圓周方向均勻預(yù)留若干處長(zhǎng)度約40mm-60mm的區(qū)域不焊接，作為應(yīng)力釋放槽，降低結(jié)構(gòu)約束；將收弧位置引到應(yīng)力釋放槽內(nèi)，并及時(shí)修磨去除溝槽，避免應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋源。

14、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中：在每焊完一層焊縫后，都要對(duì)焊縫表面進(jìn)行清理，再進(jìn)行下一層焊縫的焊接，以保證層間結(jié)合良好。

15、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中，焊道間的搭接量設(shè)置為50%-60%，相鄰焊道的收弧點(diǎn)、起弧點(diǎn)錯(cuò)開，焊道間修磨圓滑，焊道表面光滑連續(xù)過(guò)渡到鄰近區(qū)，避免搭接時(shí)局部產(chǎn)生缺陷。

16、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中，開始焊接后必須保證連續(xù)完成所有層的焊接，測(cè)量每道焊縫的道間溫度，滿足要求方可進(jìn)行下一道焊接。

17、作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s4中，后熱時(shí)，保溫溫度按上限控制為≤400℃，后熱完成后緩冷至室溫，降溫速率≤20℃/h。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

19、本發(fā)明提供的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法中，在焊接前，通過(guò)提高溫度均勻性，降低熱應(yīng)力；在焊接時(shí)，設(shè)置焊接參數(shù)、控制焊道尺寸、控制焊道間的搭接量、預(yù)留應(yīng)力釋放槽，并將收弧位置引到應(yīng)力釋放槽內(nèi)，通過(guò)優(yōu)化焊接參數(shù)、降低硬度、降低結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力；在焊接后，降低焊縫冷卻速度；在操作過(guò)程中合理管控清潔度。本發(fā)明的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，具有防止高硬度耐磨堆焊層開裂的特點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，其特征在于，在步驟s1中：將待焊環(huán)形工件安裝于變位機(jī)上，翻轉(zhuǎn)變位機(jī)至旋轉(zhuǎn)堆焊工位；采用的加長(zhǎng)筒形式的防變形工裝進(jìn)行變形控制，加長(zhǎng)筒安裝于環(huán)形工件端面；將保溫棉支撐工裝安裝于待焊環(huán)形工件內(nèi)部，通過(guò)保溫棉對(duì)待焊區(qū)域以及已焊焊縫進(jìn)行保溫防護(hù)，焊接時(shí)露出待焊接面，焊接后重新蓋上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，其特征在于，在步驟s2中：采用專用電加熱裝置使環(huán)形工件整體均溫，對(duì)環(huán)形工件的待焊區(qū)域及周邊母材進(jìn)行整體加熱，變位機(jī)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，加熱裝置沿產(chǎn)品外圓固定并調(diào)整與產(chǎn)品間隙相同，工件旋轉(zhuǎn)使其溫度縫補(bǔ)更為均勻，將環(huán)形工件設(shè)置為若干個(gè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)溫，控制控制相鄰區(qū)域內(nèi)的溫差≤20℃，預(yù)熱及道間溫度控制在360℃-380℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，其特征在于，在步驟s3中：設(shè)置焊接電流為120a-125a，焊接電壓為22v-28v，焊接速度為17cm/min-20cm/min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，其特征在于，在步驟s3中，減少堆焊層數(shù)，由3層變更為2層，機(jī)加厚度≥4mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，其特征在于，在步驟s3中：采用分段堆焊形式焊接整個(gè)環(huán)形工件，焊接時(shí)，第一堆焊層的最后一道焊道壓余量標(biāo)記線，第二堆焊層需保證上表面機(jī)加后尺寸≥50mm，堆焊時(shí)沿圓周方向均勻預(yù)留若干處長(zhǎng)度約40mm-60mm的區(qū)域不焊接，作為應(yīng)力釋放槽，降低結(jié)構(gòu)約束；將收弧位置引到應(yīng)力釋放槽內(nèi)，并及時(shí)修磨去除溝槽，避免應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋源。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，其特征在于，在步驟s3中：在每焊完一層焊縫后，都要對(duì)焊縫表面進(jìn)行清理，再進(jìn)行下一層焊縫的焊接，以保證層間結(jié)合良好。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，其特征在于，在步驟s3中，焊道間的搭接量設(shè)置為50%-60%，相鄰焊道的收弧點(diǎn)、起弧點(diǎn)錯(cuò)開，焊道間修磨圓滑，焊道表面光滑連續(xù)過(guò)渡到鄰近區(qū)，避免搭接時(shí)局部產(chǎn)生缺陷。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，其特征在于，在步驟s3中，開始焊接后必須保證連續(xù)完成所有層的焊接，測(cè)量每道焊縫的道間溫度，滿足要求方可進(jìn)行下一道焊接。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法，其特征在于，在步驟s4中，后熱時(shí)，保溫溫度按上限控制為≤400℃，后熱完成后緩冷至室溫，降溫速率≤20℃/h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法。該解決大尺寸環(huán)形工件耐磨堆焊裂紋的方法具體包括以下步驟：S1：焊前準(zhǔn)備：安裝防變形加長(zhǎng)筒和包裹保溫棉控制焊縫冷卻速度，深度清潔待焊面；S2：焊前預(yù)熱：設(shè)置加熱裝置，對(duì)待焊區(qū)域及周邊的母材進(jìn)行整體加熱，精確的控制焊接溫度區(qū)間，提高溫度均勻性，降低熱應(yīng)力；S3：焊接：在焊接前設(shè)置焊接參數(shù)，焊接時(shí)，控制焊道間的搭接量為50%?60%、采用兩層的堆焊層數(shù)、堆焊時(shí)預(yù)留應(yīng)力釋放槽，并將收弧位置引到應(yīng)力釋放槽內(nèi)；S4：后熱：對(duì)待焊區(qū)域及周邊的母材進(jìn)行整體后熱，后熱結(jié)束后緩冷控制，降低焊縫冷卻速度。本發(fā)明具有防止高硬度耐磨堆焊層開裂的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：何冰,戴光明,李恩,劉曉鴻,江國(guó)焱,鄧道勇,蔣宇晨,施耀,葉創(chuàng)明,袁才君,鄒焰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東方電氣（廣州）重型機(jī)器有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15