核电设备中的镍基合金带极电渣堆焊
Inconel 625镍基合金带极电渣堆焊试验研究
Ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｅ ｌ ６ ２ ５镍 基 合 金 带极 电渣 堆 焊 试 验 研 究
张 淑 雁 ，任 旭 升 ，徐 成 ，王 智 慧 ，马 秀 清
（ １ ． 上 海蓝 滨 化 设备有 限责 任公 司 ， 上海 ２ ０ １ ５ １ ８ ；２ ． 重 庆 大学 化学 与化 ｒ 学 院 ，重庆 ４ ０ ０ ０ ４ ４ ；
３ ． Ｍａ ｔ ｈ ｉ ｎ Ｐ ｗ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｓ ｈ ａ ｎｇ ｈ ｉ ａ Ｌ ｎｙ ａ ａ Ｉ ｎ ｓ ｌ ｍ￣ ‘ ｔ ｉ ｏ ｎ［ ｒ ￣ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ （ ｒ １ ｌ ｌ ｇ ｈ ｉ ａ ２ ０１ ５１ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ＺＨＡＮＧ Ｓ ｈｕ ｙ ａ ｎ ，ＲＥＮ Ｘｕ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ，ＸＵ Ｃｈｅ ｎ ｇ ，Ｗ ＡＮＧ Ｚｈ ｉ ｈｕ ｉ ，ＭＡ Ｘｉ ｕ ｑ ｉ ｎ ｇ
（ Ｉ ． Ｓ ｈ ￣ ｍｇ ｈ ａ ｉ Ｌ ａ ｎ ｂ ｉ ｎ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｔ Ｅ ｑ ｌ ｌ ｉ ｐ ｉ ｒ ｌ ｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０１ ５ Ｉ ８ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ Ｓｔ ｕ ｄｙ ｏ ｎ Ｉ ｎｃ ｏ ｎｅ ｌ ６ ２ ５ Ｎｉ ｃ ｋｅ ｌ — Ｂａ ｓ ｅ ｄ Ａｌ ｌ ｏ ｙ Ｓｔ ｒ ｉ ｐ ｗｉ ｔ ｈ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｌ ａ ｇ Ｃｌ ａ ｄｄ ｉ ｎｇ
极 电渣 堆 焊焊 接 工 艺， 经过 大量针 对 性试 验 后 ，确 定 了一 套 较 为合 适 的 焊接 工 艺参数 ，并 进行 了 试 件 的 焊接 ． ．通过 对 试件 堆 焊层进 行 化 学成 分 分析 、力 学性 能 、金 相 检验 及、可行 性 ． 试验 结果表 明 ，该 堆 焊工 艺合理 有 效 ，堆 焊 层能 够满足 工程 要 求
核电站核岛主设备用焊接材料--吴祖乾
四、主设备焊接用焊接材料
1．低合金钢药皮焊条，埋弧焊焊丝和焊剂。 2．不锈钢药皮焊条，埋弧焊带和焊剂，气保护焊用
焊丝。 3．镍基合金药皮焊条，埋弧焊焊带（焊丝）和焊剂，
气保护焊用焊丝。
4．钴基合金焊材。
五、低合金钢焊接材料
低合金钢焊接材料主要用于核反应堆压力容 器、蒸汽发生器和稳压器等承压设备的焊接。反 应堆压力容器一般由Mn-Ni-Mo钢（A508Gr.3）锻 件焊接而成。还需承受强烈的中子辐照，使壳体 和焊缝遭受严重损伤。对核容器的焊缝金属除要 求其常规性能达到产品技术条件外，还要求其特 殊性能亦能满足设计所规定的要求，如无塑料性 转变温度，辐照敏感性，低周疲劳性能和断裂韧 性等。
3．反应堆堆内构件吊兰、导向筒等部件用304、347等不锈 钢锻件和板材。
4．蒸汽发生器传热管用Inconel 690镍基合金。
5．主蒸汽管道用304 、316 等不锈钢大直径无缝管。
三、主设备焊接方法
1．核容器主焊缝采用药皮焊接打底、窄间隙埋弧焊填充盖 面的焊接工艺。
2．所有与一回路水接触的反应堆压力容器和蒸发器下封头 等均采用不锈钢焊带（焊丝）进行表面埋焊弧堆。
十一、镍基合金焊接材料
镍基合金及其焊接材料在核岛主设备中应用甚广。核反应 堆压力容器的驱动管座、各种测量的管座以及各种支承块 等均采用Inconel 600或Inconel 690制造。蒸发器传热管 大多采用镍基合金制造如Inconel 690等。镍基合金堆焊也 是在核岛主设备中采用较多的一种工艺，如蒸发器管板、 反应堆压力容器顶盖管座段，接管安全段预堆边等。
3．核容器接管端面采用镍基合金埋弧焊或焊条堆焊，并用 镍基合金焊丝与不锈钢安全端进行熔化极气体保护焊。
4．堆内构件不锈钢吊兰筒体等采用不锈钢焊丝进行钨极氩 弧焊或热丝钨极氩弧焊。
核电站镍基合金及其焊接
核电站镍基合金及其焊接焊接技术研究所陈忠兵目录一镍基合金及其应用概述二690合金三600合金四镍基合金的焊接五蒸汽发生器管板镍基合金堆焊工艺评定六蒸汽发生器管子管板焊接工艺评定一镍基合金及其应用概述对材料的性能要求运行环境：¾高温¾高压¾辐照¾腐蚀材料要求：¾良好的强度¾良好的塑韧性¾耐腐蚀性能¾抗疲劳性能¾应力腐蚀破裂SCC304L不锈钢SCC裂纹对镍基材料焊接的要求熔敷金属化学成分与母材成分相匹配焊缝金属的力学性能达到母材的水平腐蚀性能与母材相适应正确选用焊接材料，避免微裂纹对镍基堆焊层，满足抗腐蚀性能、力学性能要求2 蒸汽发生器用耐蚀材料的发展历程发展初期（1968年以前）：18-8型奥氏体不锈钢 1968年以后：600合金800合金（德国，1972年，我国秦山一期、三期） 20世纪70年代后：690合金（美国）二690合金3 物理性能几种材料热导率、膨胀系数的比较Ni基1Cr18Ni9Ti20G热传导率系数5 耐腐蚀性能抗氧化抗高温下硫的腐蚀抗应力腐蚀开裂(SCC)：在许多环境下（氯溶液、高温水、硫酸盐）都有较好的耐应力腐蚀的能力6 焊接性焊缝金属热裂纹敏感性大：¾结晶裂纹¾液化裂纹¾高温失塑裂纹¾多边化裂纹6.1 结晶裂纹（1）冶金因素：Mn、Nb、Mo、Al、TiS、P、Si等杂质元素N、H、O（2）工艺因素：热输入量熔合比成形系数6.2 液化裂纹形成：热影响区或多层焊焊缝层间金属，在高温下奥氏体晶界上的低熔共晶被重新熔化，在拉应力作用下沿奥氏体晶界开裂。
特点：沿奥氏体晶界开裂;长度一般都在0.5mm以下;出现在焊缝熔合线凹陷区或多层焊层间;常作为脆性破坏或疲劳断裂的发源地。
6.3 高温失塑裂纹1）多出现在单相奥氏体焊缝中，有时候也出现在热影响区。
在焊缝金属中，裂纹走向与一次结晶无对应关系，常以任意方向贯穿于树枝状结晶中。
核电设备中的镍基合金带极电渣堆焊
缝易 出现 Ｄ Ｃ 法 国 法 玛 通 采 用 双 热 丝 ＴＧ 堆 Ｄ 。 Ｉ
０ 引 言
焊 、 班牙 Ｎ Ａ 西 Ｓ Ｂ采用带 极 电渣堆 焊 、 日本 三菱 采 用热 丝 ＴＧ 堆 焊 、 国 斗 山 采 用 带 极 埋 弧 堆 焊 。 Ｉ 韩 由于带 极埋 弧 堆焊 和 电渣 堆 焊 的 效 率 较 高 ， 质量 较 稳定 ， 带极 电渣 堆 焊母 材 的稀 释 率低 ， 且 为此 ， 其 在某 核 电站二 期 扩建工 程 蒸汽 发生 器管板 大 面 积 Ｉｃｎ ｌ ９ 焊 中 ， 次 采 用 了带 极 电渣 堆焊 ｎｏ ｅ ６ ０堆 首 并取 得 成功 。为 第三 代核 电蒸 汽发 生器 管板 堆焊
ｃ ｔｏ ｅ ｔ ａｉｎ ｔ ｓ ，ｍｏ ｋ—ｕｐ ｔｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｐ ｌｃ ｔ ｎ ｗｅ ｅ ｂ ｉｆｙ ｄ ｓ ｒｂ ｄ．Ｔｅ ｔｒ ｓ ｌｓｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔｓｒｐ ｃ ｅ ｔａ ｄ ｐ ｏ ｕ ｔａ ｐ ｉａ ｉ ｒ ｒｅ ｅ ｃ ｉｅ ｏ ｌ ｓ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉａ ｅ ｔ ａ ｔｉ ｅ ｅ ｔｏ ｌ ｇ ｃａ ｄ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｃ ｎ ａ ｐ ｙ ｔ ａ ｇ ｒ ａ ｎ ｃ ｌｂ ｓ ｌ ｙ ｃａ ｄ ｎ ｎ ｔ ｂ —ｓ ｅ ｔｏ ｔａ ｌｃｒ ｓａ ｌ ｄ ｉ ｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ａ ｐ ｌ ｏ ｌｒ ｅ ａ ｅ ｉｋｅ ａ ｅ ａｌ ｌ ｄ ｉ ｇ ｏ ｕ ｅ— ｈ ｅ ｆｓｅ ｍ ｏ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｒ ｐ ｅ ｓ ｒｚ ｄ ｗａｅ ｅ ｃｏ ｕ ｌａ ｏ ｒｐｌｎ ｕ ｌａ ｓａ ｄ ｍａｎ ｅ ｕ ｐ ｎ ． ｅ ｅ ａｏ ｓｆ ｒ ｓ ｕ ｅ ｔ ｒｒ ａ ｔ ｒｎ ｃｅ ｒｐ ｗｅ ａ ｔｎ ｃ ｅ ｒｉｌｎ ｉ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｉ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｃｅ ｒ ｐ ｗｅ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｔ ｂ ｎｕ ｌ ａ ｏ ｒｅ ｕ ｐ ｎ ；ｕ ｅ—ｓ ｅ ｔ ｎ ｃ ｅ ａ ｅ ａｌｙ；ｔ ｐ ｅ ｅ ｔｏ ｌｇ ｃａ ｄ ｎ ｈ ｅ ； ｉ ｋ ｌｂ ｓ ｌｏ ｓｒ ｌｃ ｒ ｓａ ｌ ｄ ｉ ｇ ｉ
核电站核岛焊接工艺评定：蒸汽发生器管板镍基合金堆焊
核电站核岛焊接工艺评定：蒸汽发生器管板镍基合金堆焊1 蒸汽发生器管板镍基合金堆焊工艺说明1.1核电站蒸汽发生器传热管早期采用超低碳奥氏体不锈钢,由于不锈钢对氯离子应力腐蚀性能差,事故不断出现,所以近年来已改用镍基Ni-Cr-Fe或铁基Fe-Cr-Ni合金替代,其中最常用的为Inconel 600和Inconel 690合金。
为了使管板堆焊层材料与传热管材料相匹配,以获得同种材料的焊接接头,所以管板堆焊层也相应改用Inconel 600或Inconel 690镍基合金焊接材料。
1.2由于管板总堆焊面积达7～9 m2,所以国内外普遍采用带极埋弧堆焊工艺,焊带宽60mm，厚0.5mm,焊接电流650～750A，每小时堆焊面积可达0.30～0.45m2。
带极堆焊熔深浅，稀释率只有10%～20%，焊道表面光滑平整，成形良好。
国外还采用热丝等离子弧堆焊方法进行管板大面积镍基合金堆焊，其优点是稀释率比带极埋弧焊还低，但目前只有个别试用。
1.3 蒸汽发生器管板为 Mn-Ni-Mo钢锻件，厚约500～600mm，化学成分与反应堆压力壳相同。
因此堆焊前需将管板预热，第一层堆焊后进行去氢处理。
通常预热温度控制在100～150℃，去氢处理则为300～350℃，保温2～4h。
1.4 镍基合金堆焊层较易产生热裂纹，其原因主要是一些低熔点元素与Ni 在品界上形成低熔点共晶物(如 Ni-S、Ni-Si、Ni-P、Ni-Pb等)所致。
所以镍基合金堆焊时,不但应严格控制母材和堆焊材料中的有害元素含量,加强焊前清理而且应采用低电弧电压和低焊接热输入量,以抑制晶体粗化,防止热裂纹产生。
1.5 国内外常用的镍基焊带类别为 AWS EQNiCr-3即Inconel 600,但后来发现,在Inconel 600焊缝金属中存在一种称为晶间应力腐蚀裂纹(Inter granular Stress Corrosion Cracking)所以又推出一种含铬量为30%的 AWS EQNiCr-7即 Inconel 52焊材,专门用于焊接 Inconel 690镍基合金。
解析镍基合金690预堆边堆焊和安全端环缝焊接工艺周华
解析镍基合金690预堆边堆焊和安全端环缝焊接工艺周华发布时间：2021-09-27T06:35:50.950Z 来源：《中国科技人才》2021年第19期作者：周华[导读] 镍基合金690是现阶段核电工程中应用较为广泛的焊接材料，传热管、核电设备等的焊接工艺中都能见到这种材质的身影，同时，镍基合金690在安全端等异种金属焊接中也有着出色的表现。
广州健平工程技术咨询有限公司摘要：镍基合金690是现阶段核电工程中应用较为广泛的焊接材料，传热管、核电设备等的焊接工艺中都能见到这种材质的身影，同时，镍基合金690在安全端等异种金属焊接中也有着出色的表现。
本文针对其在预堆边堆焊及安全端环缝焊接工艺中出现的裂纹问题进行了深入探讨，希望通过自变量因素的控制改善这一情况，为镍基合金690焊接工艺质量的提升奠定理论基础。
关键词：镍基合金690；预堆边堆焊；安全端环缝焊接前言：近年来镍基合金690因其自身耐应力、抗腐蚀等特点，受到了国内外核电站的一致欢迎，但同时其焊接性较差的弊端也让许多技术人员颇受困扰。
DDC裂纹就是这一问题的典型代表，它是在高温状态下产生的一种微小沿晶裂纹，容易被常规检测手段所忽略，但核电工程特殊的工作环境又对材料塑性、韧性、耐腐蚀性提出了较高要求，DDC裂纹一旦发生扩展，将造成较为严重的后果。
1试验材料及方法试验材料准备分为两个部分，一是母材的选取：由于镍基合金690材料多用于管材焊接，本次选用了外径为1030mm×125mm的锻件，材质型号为SA-508 Gr3 Cl2，长度为300mm。
安全端则采用SA-336 Gr F316 LN，规格同样为1030mm×125mm，长度300mm。
二是焊接材料的准备：镍基合金690，直径1.0mm。
为达到镍基合金690焊接工艺及参数控制要求，试验方法采用自动TIG焊接方式。
2影响焊接质量的因素近年来，随着我国工业领域科技水平的持续提升与生产条件的不断优化，以镍基合金690为代表的新型焊接材料越来越多地被应用到施工实践中，预堆边堆焊、安全端环缝焊接等相关焊接工艺也实现了积极的研发改革与技术创新。
核电设备中的镍基合金带极电渣堆焊
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。
( 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。
%
Si
S
P
Cr
Fe
Co
0． 21 0． 21 0． 21
0． 003 0． 004 0． 004
0． 014 0． 014 0． 011
29． 95 29． 51 29． 07
9． 82 9． 75 9． 87
＜ 0． 010 ＜ 0． 010 ＜ 0． 010
提) ，应着重控制堆焊参数、焊道搭接方向、外加 磁控装置磁极的位置和磁控电流等。对每一焊道 引熄弧搭接处，搭接前后需做必要的打磨。试板 堆焊后经热处理，并经 PT，UT 检查和侧弯试验， 各项结果均符合要求。
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］:
镍基耐蚀合金带极电渣堆焊工艺的试验及应用
气 化炉在 工 作 过 程 中 气 化 压 力 和 温 度 高 ， 化 后 气
的灰渣 呈熔 融 态 ， 体 内介 质 包 括 蒸 气 、 、 、 气 、 炉 水 煤 煤
１ 设备工作原理及要求
太 原重工 集 团公 司为某 化 工集 团煤 装 置气 化及 配
套设 备 项 目生 产 的 Ｂ Ｌ碎煤 加压 液态排 渣气 化炉 是一 Ｇ 台夹套 立式 固定 反应容 器 。气化 炉长 １ ９ ｌ 直径 ３５ ２Ｉｍ， ／ 为 ４５ ０ｍ 净 重 １ ４ｔ外壳 材质 为 １ Ｍｎ ｉ Ｎ Ｒ， ０ ｍ，具 有 生 产效 率 高 、 材 稀 释 率 母 低 、 金元 素烧 损 少 、 面 质量 好 等优 点 ， 压 力 容 器 合 表 在
的堆 焊 中得到 了广 泛应 用 。本 文介 绍 了带 极 电渣堆 焊 的工 艺特 点 和 规 范 参 数 的确 定 ， 及 堆 焊 Ｉｃｎ ｌ ２ 以 ｎｏ ｅ ６ ５ 镍基 耐 蚀合金 的工 艺评定 试验 和生 产应用 。
Ｓ８ Ｂ为 电渣堆 焊专用 的烧 结焊剂 ， 有 良好 的 导 Ｊ２ 具 电性 、 焊工 艺性 （ 堆 脱渣 、 成形 、 润湿性 ） 冶金 特性 （ 及 合 金元 素烧损 少 、 利 元 素增 量 少 ） 焊 带 的化 学 成 分 见 不 ，
表３
（ １ —２ ０ ） ＧＢ７ ３ Ｏ ８
测 ， 测结 果 无 缺 陷 显 示 。在 渗 透 检 测 合 格 的试 件 上 检 沿 垂直 于堆 焊 的方 向切取 ４个 侧 弯试 样 做 横 向侧 弯 试
验 。弯 心直 径 Ｄ ＝４ Ｔ， 曲角度 ＝１０ 。 ４个 ０ｍｉ 弯 ｔ ８。在
试 样拉 伸 面上 的基层 和堆 焊 层及 熔 合 线 上 均 未发 现 缺
核电设备中的镍基合金堆焊工艺
核电设备中的镍基合金堆焊工艺李双燕;张茂龙【摘要】从堆焊工艺原理、焊接设备、焊接材料、焊接参数方面介绍了四种不同核电蒸汽发生器管板堆焊方法,并对四种不同堆焊工艺进行了对比分析.结果表明:在管板镍基合金堆焊方式的选择上,双热丝等离子堆焊更具有优势;Inconel 690镍基合金双热丝等离子堆焊技术,可应用于核电设备的产品堆焊.【期刊名称】《发电设备》【年(卷),期】2017(031)006【总页数】5页(P411-415)【关键词】核电设备;镍基合金;堆焊【作者】李双燕;张茂龙【作者单位】上海电气核电设备有限公司,上海201306;上海电气核电设备有限公司,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM623.91;TL353.13核电站设备蒸汽发生器管板一回路侧长期接触带有放射性和腐蚀性的载热剂介质，若在表面上大面积堆焊镍基合金，可以保证一定的耐腐蚀性。
管板表面镍基合金堆焊层的质量优劣关系到U形管与管板接头的焊接质量。
因此，管板堆焊工艺的选择至关重要，一方面需要考虑管板堆焊的生产效率及堆焊层质量，另一方面需要考虑堆焊层的纯净度，以便后面工序中减少管子管板接头焊缝的返修率。
Inconel 690镍基合金材料焊接性比较差，热裂纹敏感性高，堆焊金属润湿性差[1]，对氧化、高温失塑裂纹(DDC)敏感。
目前国内外在蒸汽发生器管板的大面积镍基合金堆焊过程中，常采用的堆焊工艺为双热丝惰性气体钨极保护堆焊(TIG堆焊)、带极电渣堆焊、带极埋弧堆焊，但镍基合金热丝等离子堆焊的研究较少。
1.1 带极埋弧堆焊图1为带极埋弧堆焊的原理示意图。
埋弧焊是电极与工件之间产生的电弧由焊剂覆盖的一种焊接技术，埋弧焊焊接熔池由焊剂形成渣保护，不受大气侵入。
带极埋弧堆焊是指采用埋弧焊接技术将钢带及母材熔化形成焊缝，其主要特点有：熔敷效率高，生产效率高；焊接质量好，焊缝表面光洁；较高的热输入量；焊接工艺成熟；无辐射和噪声，是一种安全、绿色的焊接方法。
新型镍基EQNiCrFe-13带极堆焊材料性能
新型镍基EQNiCrFe-13带极堆焊材料性能作者：徐锴宋建廷冯伟曹宇堃贾立超来源：《机械制造文摘·焊接分册》2021年第02期摘要：从化学成分、力学性能、抗晶间腐蚀能力及高温试验拉伸断口等方面对比分析了新型镍基690合金带极堆焊材料EQNiCrFe-13和EQNiCrFe-7A的差异，同时对SA508-3钢母材进行Z向拉伸试验研究2种堆焊材料与SA508-3钢母材界面的结合强度。
研究结果表明，新型690合金由于Mn，Nb含量的提高，其力学性能和抗DDC（Ductility dip cracking）性能优于传统690合金EQNiCrFe-7A。
关键词： 690镍基合金; 带极堆焊; 高温拉伸试验中图分类号： TG 423Abstract： Differences between EQNiCrFe-13 and EQNiCrFe-7A new types of nickel-based 690 alloy strip surfacing materials were compared and analyzed from aspects of chemical composition，mechanical properties， resistance to intergranular corrosion and analysis of tensile fracture through the high-temperature test. And Z-direction tensile test was carried out on base metal of SA508-3 steel to study bonding strength of the interface between the two surfacing materials and SA508-3 steel. The research results showed that the new 690 alloy had better mechanical properties and resistance to DDC than the traditional 690 alloy EQNiCrFe-7A due to increase of Mn and Nb content.Key words： 690 nickel-based alloy; strip surfacing; high temperature tensile test0 前言目前在核电站设备制造中应用的带极堆焊690合金的是EQNiCrFe-7A型焊带。
核电蒸汽发生器管板镍基合金双热丝钨极氩弧焊堆焊技术
Ｎｉｋｅ ｓ ｌｙ Ｃｌ ｄ ｉ ｙ Ｄｏ ｂｌ ｔＷ ｉｅ ＴＩ Ｗ ｅｄ ｎｇ ｃ ｌＢａ ｅ Ａｌｏ ａ ｄ ｎｇ ｂ ｕ ｅ Ｈｏ ｒ Ｇ ｌｉ Ｐｒ ｃ ｄ ｅ ｏ ｂｅ ｈｅ ｔｏ ｔ ａ ｅ ｅ ａ ｏ ｏ ｅ ｕｒ ｎ Ｔｕ ｓ ｅ ｆＳ ｅ ｍ Ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ
蒸 汽发 生器 是 核 电 站 核 岛关 键 设 备 之 一 ， 通
过热 交换 产 生蒸 汽 推 动 汽 轮 机做 功 ， 且起 到 隔 并
离一 回路 和二 回路 的重要作 用 。管 板一 回路 一侧 长期 接触 带有 放 射 性 和 腐蚀 性 的载 热 剂 介 质 ， 所 以按 照产 品技 术 要 求 ， 板 一 回路 侧 必 须 全 表 面 管
ｔ ｂ ｓ ｅ ｔｏ ｔａ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ． ｕ ｅ ｈ ｅ ｆｓｅ ｍ ｅ ｅ ａ ｏ ｓ Ｋｅ ｒ ｓ： ｔａ ｇ ｎ ｒ ｔｒ；ｕ ｅ ｓ ｅ ｔ ｎｉｋ ｌｂ ｓ ｌ ｙ； ｏ ｂ ｅ ｈ ｔｗｉｅ ＴＩ ｙ ｗｏ ｄ ｓｅ ｍ ｅ ｅ ａ ｏ ｔ ｂ ｈ ｅ ； ｃ ｅ ａ ｅ ａ ｌ ｄ ｕ ｌ ｏ ｒ Ｇ ｏ
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在核电工业中镍基合金焊材的应用
在核电工业中镍基合金焊材的应用从今年开始到2015年，我国的核电工业将进入一个高速发展的新时期。
因此，在这里占用一些篇幅来探讨一下核电工业专用的高镍合金焊材的应用及前瞻是很有意义的。
1. 特殊焊材的应用：本文所探讨的核电专用焊材INCONEL® FM 52及52M 和 INCONEL® WE 152及152M主要用在核岛蒸发器的管板焊接中；l 所谓蒸发器实际上是一个放置在密闭容器中，将核子反应堆中核子连锁反应所产生的超高能量转换高压蒸汽的热交换器。
l 这个热交换器有二部份组成：①管板——是一块直径约为4,000mm-5,000mm，厚度约为500-600mm的碳钢铸件（如5083钢），由于管板的底部要常年和纯水接触，所以必须在该表面堆焊一层10-12mm厚的高镍合金。
在INCONEL® 52出现以前，通常是选择INCONEL® 82焊带，在管板的底部做埋弧或电渣的多层堆焊。
②U型管——是热交换器的核心部件。
为了防止管内纯水的腐蚀，这类U型管通常是采用INCONEL® 600的高镍合金材料制成，其管径约为10-12mm，管顶高度约为7,000-8,000mm。
为了提高热交换的效率，一个蒸发器中往往有几千组的U型管。
组装时先在用深孔钻，按U型管的管径在管板上钻孔，然后将U型管的双管倒插在相应的孔位中，最后在管板带堆焊层的一面用INCONEL® FM 82或INCONEL® FM 52，并使用自动管板Tig焊机将管和板焊接在一起。
考虑到一个蒸发器会涉及到数千对这一类的管板Tig 焊，以及蒸发器中纯水强烈的腐蚀作用……因此这一类焊接质量的优劣，将会对核电站日后的安全运行产生十分深远的影响。
以下有必要对如何选用最合适的材料来进行这一类焊接作一个全程的跟踪。
2. 历史的回顾：国外的核电工业始于上一世纪的50年代，当时建造这类设备的材料主要是镍—铬—铁系的INCONEL ® 600合金，并主要采用INCONEL ® FM 82和INCONEL ® WE 182来焊接这类锻制合金。
某核电产品镍基材料大厚度堆焊工艺研究
某核电产品镍基材料大厚度堆焊工艺研究◎胡毅钧（作者单位：海装沈阳局驻沈阳地区第四军事代表室）核反应堆一回路是封闭放射性物质和屏蔽核辐射的主要屏障，其堆焊层的耐蚀性至关重要。
由于不锈钢堆焊层耐点腐蚀、缝隙腐蚀较差，采用镍基堆焊层是未来选材的趋势。
国内外已有较多关于镍基堆焊理论及堆焊技术的文献，但研究20mm 以上大厚度堆焊的较少。
本文研究了镍基材料大厚度堆焊的工艺性，为某核电产品制造过程中的大厚度镍基堆焊焊接材料和工艺方法的选择提供参考。
一、堆焊工艺因镍基合金热裂纹敏感性和大厚度堆焊的焊接应力，易出现焊接缺陷。
相比不锈钢而言，镍基焊带的大厚度堆焊过程应严格控制，如焊接规范的匹配，预热温度，层间温度，焊道厚度的控制，焊道及收弧部位的清理。
在某核电产品堆焊之前，分别进行了Inconel 600及690焊材的带极堆焊试验，堆焊工艺试验均采用尺寸80*300*800mm 的低合金508-Ⅲ试板，采用平焊位堆焊。
Inconel 600和Inconel 690带极堆焊试验，堆焊厚度30mm，采用首层热堆，预热温度≥150℃，其余层冷堆，层间温度≤100℃。
二、工艺控制措施和成形情况带极堆焊的过程中，为避免气孔、夹渣、未熔合及裂纹的出现，需在焊接过程中严格控制以下几点：（1）严格控制热输入：由于镍基堆焊层与低合金钢母材化学成分及各项性能差异较大，堆焊时要注意控制带极堆焊工艺参数，控制焊接热输入，包括焊接电压、电流、速度。
过大的热输入，造成堆焊时稀释率高，堆焊层较厚，易产生热裂纹等缺陷。
过小的热输入焊道熔合不好，在焊道的搭接部位易产生夹渣及未熔合等缺陷。
所以，适当降低堆焊的热输入，有利于减少母材对镍基堆焊层的稀释。
（2）磁控装置及焊剂堆敷高度：在堆焊过程中，电磁力对熔池形态有明显影响，会造成液态金属收缩，且熔融的镍基金属粘度大，流动性差，容易造成咬边等缺陷。
堆焊时要在焊接机头上安装磁控装置，改善焊道成形。
（3）表面清理：堆焊过程中要注意焊道表面成形状况，注意观察焊道搭接的一侧是否会出现点状凹坑，这些凹坑往往残留有熔渣等微小缺陷，必须打磨与周围圆滑过渡后才能进行下一道焊接。
国产镍基合金电渣堆焊在反应器制造中的应用
国产镍基合金电渣堆焊在反应器制造中的应用0 前言精对苯二甲酸(PTA)是关系到国民生计的衣用涤纶化纤聚酯产品的原料，目前涤纶化纤因其品质优良，是化学纤维中的首选品种，已占整个化纤产品的76%以上。
对苯二甲酸加氢精制反应器是生产PTA的关键设备，其内部为复杂的强氧化性条件腐蚀介质。
而EQNiCrMo-4焊带在湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐及中低温盐酸等介质中均具有很好的耐蚀性能。
因此，采用EQNiCrMo-4焊带对精对苯二甲酸精制反应器内壁进行堆焊达到耐腐蚀性能的要求[1-3]。
对输电线路实施监控,实时掌握输电线路的各种运行参数是实现电力设备状态检修的前提,也是建设智能电网的一个重要组成部分。
大多数输配电设备地处偏远,工作环境恶劣,检修设备的供电问题难以解决,特别是夜间照明设备是很难解决的问题。
因此为电网检修设备设计高性能供电电源问题很有必要[1-2]。
受国内冶炼水平及焊带生产水平等因素限制，国内EQNiCrMo-4焊带堆焊材料生产困难，耐腐蚀性差，因此长期主要依赖国外进口。
进口焊接材料不但价格昂贵，而且供货周期长。
近年来，随着国内工业水平提升，镍基合金的冶炼水平和耐腐蚀性能得到大幅提高，为打破EQNiCrMo-4焊带的国外垄断，提高国内石化行业EQNiCrMo-4焊接材料研究水平。
依托新疆某项目中的精对苯二甲酸精制反应器，开展内壁堆焊EQNiCrMo-4焊带的技术工作。
经过研究后，与用户和设计方等代表协商，确定选用哈尔滨威尔焊接有限公司研制的EQNiCrMo-4和EQNiCrMo-3焊带进行电渣堆焊，以达到共同推进国产镍基焊带材料在大型反应器等设备上应用的目的。
1 焊接工艺试验方案的确定1.1 设备情况该加氢精对苯二甲酸精制反应器，设备总长25 000 mm，规格：φ4 000 mm×166 mm×16 870 mm(筒体长度)，封头厚度102 mm，容器类别为Ⅲ类，容积242.8 m3。
镍基堆焊材料
镍基堆焊材料
镍基堆焊材料是一种用于焊接高温合金、不锈钢、镍基合金等材料的特殊焊接材料。
它主要由镍、铬、钼、钨等元素组成，具有高强度、高温抗氧化性和抗腐蚀性能。
镍基堆焊材料的应用范围广泛，包括航空航天、石化、核能等领域。
在航空航天领域，镍基堆焊材料被用于制造飞机发动机、涡轮叶片等高温部件；在石化领域，它被用于制造反应器、换热器等设备；在核能领域，它被用于制造核反应堆等设施。
镍基堆焊材料的制备过程包括原料筛选、粉末混合、压制、烧结等步骤。
制备过程中要严格控制烧结温度和时间，以获得高质量的焊接材料。
未来，随着航空航天、石化、核能等行业的不断发展，镍基堆焊材料的市场需求将会增加。
同时，制备工艺的不断改进和材料性能的提高也将推动镍基堆焊材料的应用范围不断扩大。
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( 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