核电站镍基合金及其焊接
镍基合金的焊接
镍基合金的焊接镍基合金是一种重要的高温合金材料，广泛应用于航空航天、能源和化工等领域。
在实际应用中，对镍基合金进行焊接是常见的操作。
本文将介绍镍基合金焊接的基本原理、常见焊接方法以及焊接后的质量控制。
1. 焊接原理镍基合金的焊接原理与其他金属焊接类似，主要包括焊接过程中的热传导、熔化、熔池形成和凝固等步骤。
镍基合金的焊接过程中，要注意控制焊接温度、合金组成、气氛保护和焊接速度等因素，以确保焊缝的质量和性能。
2. 常见焊接方法2.1 TIG焊接TIG（Tungsten Inert Gas）焊接是一种常见的镍基合金焊接方法。
该方法利用惰性气体保护焊接区域，使用钨极电弧使焊缝处达到高温，并通过手动给进填充材料来形成焊缝。
TIG焊接可用于焊接镍基合金的各种构件和板材，具有焊接热输入低、焊缝外观美观等优点。
2.2 MIG/MAG焊接MIG/MAG（Metal Inert Gas/Metal Active Gas）焊接是一种半自动或全自动的镍基合金焊接方法。
该方法利用惰性或活性气体的保护，在电弧中引入填充材料，使其熔化并充填焊缝。
MIG/MAG焊接适用于较大规模的焊接工作，具有高焊接速度、高效率的特点。
2.3 熔覆焊熔覆焊是一种常用的表面修复和保护方法，也可以用于镍基合金的焊接。
该方法通过熔融填充材料覆盖在母材表面，形成一层保护性涂层，提高构件的耐腐蚀性和耐磨性。
3. 质量控制焊接后的镍基合金构件需要进行质量控制以确保其性能和可靠性。
常见的质量控制方法包括焊缝的无损检测、金相组织分析、力学性能测试和耐腐蚀性检测等。
通过这些方法可以评估焊接接头的质量，确保其符合设计要求和使用要求。
结论镍基合金的焊接是一项复杂但重要的技术。
了解焊接原理、选择适当的焊接方法，并进行有效的质量控制，可以确保焊接接头的质量和性能。
同时，在焊接过程中要遵循相关的安全操作规程，以保障焊接人员的安全。
参考文献:1. John Doe, "Advances in Nickel-based Alloy Welding", Journal of Welding Science, 20XX.2. Jane Smith, "Practical Guide to Nickel-based Alloy Welding", Welding Handbook, 20XX.以上为我对镍基合金的焊接的文档内容，希望对您有所帮助。
核电站核岛焊接工艺评定：反应堆压力容器接管与安全端异种材料焊接
核电站核岛焊接工艺评定：反应堆压力容器接管与安全端异种材料焊接1 反应堆压力容器接管与安全端焊接工艺说明1.1在电站反应堆压力容器、蒸汽发生器和稳压器的结构设计中，都有进、出水接管与安全端的焊接接头。
接管一般采用Mn-Mo-N型低合金高强度钢SA508Gr3Cl2钢制造，而安全端与反应堆冷却剂管道相连，均采用316L或304L奥氏体不锈钢制造。
1.2为确保这种异种钢接头具有良好的力学性能，避免在接头中出现危险性缺陷，故采用先在低合金钢接管端部堆焊8～10mm厚的镍基合金作为隔离层，经消除应力热处理后加工成焊接坡口,然后与不锈钢安全端用镍基合金焊材焊接，焊后不再进行热处理。
1.3在接管端部堆焊镍基合金隔离层可选用多种焊接方法，如手工焊条电弧堆焊，窄带极埋弧堆焊，加填充丝钨极氩弧堆焊。
堆焊时，为了控制堆焊层被稀释的程度，必须限制焊接热输入量，适当降低预热温度，防止热裂纹产生。
1.4目前国内外常用的镍基合金堆焊焊条有ENiCrFe-3和ENiCrFe-7，氩弧焊焊丝有ERNiCr-3和ERNiCrFe-7，埋弧焊焊带有EQNiCr-3和EQNCrFe-7。
一般选用的焊条直径为Φ3.2和Φ4 mm，焊丝直径为Φ0.9mm、Φ1.2mm和Φ1.6mm,焊带规格为30×0.5mm和60×0.5mm。
1.5接管与安全端的对接焊,根据不同的坡口形式，通常采用以下几种焊接工艺：a）手工氩弧焊加填充丝打底，再用焊条电弧焊焊接，该工艺能保证焊缝根部质量，不必去除焊根。
b）焊条电弧焊直接焊接，但焊缝根部质量较难保证，必须进行机械加工去除焊根。
c）先自动氩弧焊不加填充丝封底，然后自动氩弧焊加填充丝直接焊接。
采用此方法一般以工件固定进行横焊或全位置焊接。
1.6 接管与安全端对接焊同样采用镍基合金焊接材料,氩弧焊填充丝一般采用ERNiCr-3、ERNiCrFe-7，如Inconel 82、Inconel 52等，与隔离层堆焊材料类别相同。
镍及镍基合金焊接探讨
• (1)工业纯镍 工业纯镍色较银略微黄而有光 泽。它具有优良的塑性和韧性。还具有耐大气、 碱、淡水之锈蚀能力。在工业生产中纯镍多是以 压延型的板材用于产品结构。其镍成分占99％以 上，它的含碳量不超过O.3％。它在高温中比较 稳定，有一定的热强性。目前工业纯镍结构件在 航空飞机、宇航飞机上的燃烧室，燃烧汽轮机、 核反应堆的换热器等结构上被广泛地应用。
二、镍及镍基合金的合金化
• 1．合金元素对镍合金的作用
• (1)硫的影响 焊接镍合金时，硫对焊缝 金属的影响比其它的合金材料更为敏感。 其影响的首要问题是焊缝金属结晶裂纹的 问题。
• (2)镁的影响 镁在镍及镍合金中能形成 镁的硫化物，它的熔点比一般硫化物高得 多。因此，硫的凝固可由镁来促成，这可 以减少硫的有害作用。
镍基 过程或装置名称 温度℃
热分解过程 乙烯裂解
700-950
合在流金体条件石油组成化工 领域 构成材料
压力MPa
中
的应 装置的产 用 品或目的
0.20-0.49
碳氢化合物 蒸汽、氢、乙烯
Incoloy800合金 HK40,HP
乙烯
接触转换过程水 蒸汽接触转换 制氢装置
350-950 0.49-4.9
• 2．Байду номын сангаас边化裂纹
• 多边化裂纹是属于热裂纹中的另一 种形态，一船是微裂纹。当然在应 力作用下，严重时也可扩展成宏观 裂纹。
• 多边化裂纹是由于空位、位错的移 动和聚集，在二次边界上成核，并 扩展而成为沿多边化边界开裂的一 种裂纹。常发生在重复受热多层焊 焊缝中，其部位并不靠近熔合区。
• 3，液化裂纹
• 镍及镍基合金焊接中产生液化裂纹是 常见的一种热裂纹缺陷。它是沿奥氏 体晶界开裂的微小裂纹，多发生在焊 缝中的熔合区和多层焊的层间过热区 内。这种液化裂纹对镍基合金来说是 很敏感的，应引起重视。
核电站设备管嘴与安全端的焊接工艺
核电站设备管嘴与安全端的焊接工艺在核电站反应堆压力壳、蒸汽发生器、稳压器的结构设计中，都有管嘴与安全端焊接接头。
管嘴材料一般采用Mn-Mo-Ni型低合金高强度钢，而安全端与反应堆冷却剂管道相接，均采用316L奥氏体不锈钢。
这两种材料的物理化学性能不同，接头的设计和焊接工艺的确定要保证接头具有良好的力学性能，严格控制接头中的危险性缺陷。
一、管嘴与安全端焊接要求管嘴与安全端的焊接材料主要选用奥氏体不锈钢和镍基合金两种。
由于镍基合金焊缝能抑制低合金钢一侧熔合区碳的扩散，使扩散层减薄，冲击韧性提高，而且镍基合金焊缝金属的热膨胀系数接近低合金钢，减小了接头的热应力。
目前国内外常采用的焊条牌号有美国的Inconel 82、lnconel 152、比利时Soudonel 690、德国Thermanit 690、日本的Nic 703D、瑞典的Sanicro 71。
氩弧焊丝的牌号有美国的InconeI 182、，德国Thermanit 690、比利时Soudotig 690 “Q 5”、Soudotig 690 AUTO“Q5”、日本的TGS-701Ncb、瑞典的Sanicro 72。
一般选用的焊条直径为3.2mm和4mm，焊丝直径为0.9mm、1.2mm和1.6mm．管嘴与安全端焊接采取先在低合金钢管嘴端部堆焊8～10mm厚镍基合金作为隔离层，经消除应力热处理后加工成焊接坡口，然后与不锈钢安全端对接，焊后不再进行热处理。
接头形式见图1。
焊接方法主要采用手工电弧焊，法国近年来采用热丝TIG焊。
手工电弧焊的优点是熔合比小、焊接操作方便灵活、不受工件形状限制，但生产率较低。
热丝TIG焊的优点是熔合比小、焊缝金属杂质含量少、生产率高，但设备投资昂贵。
二、管嘴端部镍基合金堆焊工艺在管嘴端部进行手工电弧堆焊镍基合金过渡层时，主要是控制堆焊层被稀释和熔合区性能。
为此必须限制焊接线能量，一般焊接电流比焊低合金钢小10～15％。
核电蒸汽发生器管板INCONEL690镍基合金带极电渣堆焊技术
核电蒸汽发生器管板INCONEL690镍基合金带极电渣堆焊技术一、压水堆核电站蒸汽发生器管板一次侧表面需大面积堆焊镍基合金，为解决一回路水应力腐蚀裂纹问题，镍基合金材料体系正在从INCONEL 600向INCONEL690转变，二代和二代加核电技术的蒸汽发生器管板的镍基合金材料是INC0NEL 600和JNC0NEL 690共存的局面，三代核电技术蒸汽发生器管板堆焊材料均采用INCONEL 690镍基合金材料。
镍基合金材料最常用的堆焊技术为带极埋弧堆焊、带极电渣堆焊、熔化极气体(惰性)保护焊、热丝等离子堆焊和热丝TIG堆焊技术等。
由于带极埋弧堆焊、带极电渣堆焊的堆焊效率高，故适合于大面积材料堆焊，而带极电渣堆焊技术与带极埋弧堆焊技术相比较而言，其堆焊层的母材稀释率可控制在很低的水平，因此可大大提高镍基合金堆焊层的质量。
如同所有的镍基合金材料一样INCONEL 690材料堆焊主要也包括热裂纹敏感性高、堆焊金属润湿性差等问题，同时还面临着DDC问题。
这不仅要从选用合适的焊接材料(焊带、焊剂)和控制材料清洁度等方面入手加以解决，而且，还须通过工艺试验，确定最合适的工艺参数，培训技术娴熟的操作工等方面入手加以解决。
上海电气核电设备有限公司在秦山二期扩建工程蒸汽发生器管板堆焊中，首次采用了INCONEL 690带极电渣堆焊工艺，使用美国SMC公司提供的改进型：INCONEL Weldstrip 52M焊带和INCOFLUX ESS2焊剂，优化堆焊工艺，通过工艺试验和焊接工艺评定后，成功地应用于产品。
二、带极电渣堆焊带极电渣堆焊采用的是电渣熔焊方法，它是在带极埋弧堆焊和电渣焊的技术基础上发展起来的，它的熔化原理是焊剂因电弧热而熔化后形成高温熔渣，熔渣的导电率较高且大于电弧的导电率，电流通过焊带和熔渣进入工件，起焊时引燃的电弧则随之被熄灭。
电流流过熔渣产生电阻热I2R，电阻热用于熔化焊带、基材和新加入的焊剂以及维持渣池的熔化状态。
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。
Ni-Cr-Fe系镍基合金的焊接特点分析
Ni-Cr-Fe系镍基合金的焊接特点分析摘要：本文简要介绍了镍基合金的特点、分类和其在AP1000核电中的应用。
以SB168 UNS N06690镍基合金为代表，分析了Ni-Cr-Fe合金的焊接性，从焊接工艺特点和焊接接头性能方面分析了其焊接特点，针对焊接难点，总结了各难点的解决措施。
并结合SB168 UNS N06690的焊接性和工艺试验，总结了几点关于今后现场施工中应注意的建议。
关键词：Ni-Cr-Fe系镍基合金；焊接性；焊接难点；解决措施0.前言随着科技的进步，不锈钢的应用越来越广泛，但在某些特殊的领域，一般不锈钢已经无法满足其特殊要求，故一些特种不锈钢便随之而出，镍基合金就是这种特殊钢种之一。
镍基合金在海洋领域、环保领域、能源领域、石油化工领域及食品领域应用都非常广泛，这些领域中，普通不锈钢304是无法胜任的，在这些特殊的领域中，特种不锈钢是不可缺少的，也是不可被替代的。
1.概述镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。
按照性能要求，镍基合金可分为镍基耐蚀合金，镍基耐热合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金，镍基形状记忆合金。
按照化学组成，镍基合金可分为哈氏（Hasteolly）合金，蒙乃尔（Monel）合金，英科耐尔（Inconel）合金，因瓦（Invar）合金，纳什（NAS）合金等。
其中哈氏（Hasteolly）合金，蒙乃尔（Monel）合金，部分英科耐尔（Inconel）合金为耐蚀合金，以其独特的物理、力学和耐蚀性能在化学、石油、冶金和核电等领域得到了广泛应用；特别是其耐蚀性，可以解决一般不锈钢和其他金属材料无法客服的腐蚀问题，在200~1090℃，镍基耐蚀合金对各种腐蚀介质，都有很好的耐蚀性。
在核电站蒸发器管板耐蚀层堆焊，堆芯支撑块[1]等关键部位得到了广泛的应用。
2.Ni-Cr-Fe系镍基合金在AP1000核电中的应用AP1000核电反应堆堆内构件安装工作主要包括上部堆内构件、下部堆内构件（包括辐照监督管）、压紧弹簧、控制棒导向筒组件、热电偶柱组件等。
核电设备中的镍基合金带极电渣堆焊
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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
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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。
核电设备典型镍基合金焊接接头力学性能评定及焊缝金属热裂纹敏感性分析
核电设备典型镍基合金焊接接头力学性能评定及焊缝金属热裂纹敏感性分析上海交通大学硕士学位论文核电设备典型镍基合金焊接接头力学性能评定及焊缝金属热裂纹敏感性分析姓名:张茂龙申请学位级别:硕士专业:材料加工工程指导教师:陆皓;牛明安20030301海交通夫学硕士论文核电设备典型镍基合金焊接接头力学性能评定及焊缝金属热裂纹敏感性分析摘要本文以秦.二期核电站反应堆压力容器接管一安全端异种金属镍基合金接头焊接为背景。
秦山二期核电站反应堆压力容器,是我国制造的首台级的反应堆压力容器,其中的镍基合金部件及合金系统,有关的镍基合金焊接材料均采用了合金系统材料应用于反应堆压力容器在国内是首次。
其接管一安全端异种金属镍基合金焊接,即带有不锈钢堆焊层的低合金钢和不锈钢之间的焊接,一直是反应堆压力容器焊接巾最大难点之一,主要问题依然是微裂纹和力学性能塑性下降。
本课题结合秦山二期核电站反应堆压力容器的制造,在产品接管一安全端异种金属接头实施焊接前,通过试验分析研究以明确焊缝金属中产生裂纹和塑性下降的原因和影响因素,以优化焊接一艺参数。
本文主要进行了如下几方面工作:讨论了镍基合金焊接的几个主要问题,即焊接热裂纹、焊缝巾气孔和焊缝金属塑性下降等,对热裂纹产生的机理、镍基合金热裂敏感性较强、易产生气币塑性下降的原因作了初步的讨论。
进行了焊缝金属性能试验,就所选用的焊接材料和确定的自动脉冲氩弧焊工艺进行堆焊、板对接和管子对接焊接对比试验,对焊缝金属的金力学试验结果进行分析讨论。
对出现的问题:焊缝中的微裂纹、气孔和焊缝金属塑性彳足就其产生的原因进行分析,探讨焊接材料化学成分和焊接工艺参数等条件对其的影响程度。
对合金焊接热裂纹敏感性进行了分析和评价。
进行了验证试验,完全模拟反应堆雎力容器接管一安全端异种金属接头的结构特征和焊接条件,制备和焊接试件。
在焊缝金属性能试验和分析的基础上,为降低热裂纹、气孔敏感性,减少焊缝金属塑性下降量,提山优化的焊接工艺参数和辅助工艺措施。
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］:
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。
核电站核岛焊接工艺评定：反应堆压力容器顶盖驱动管座焊接
核电站核岛焊接工艺评定：反应堆压力容器顶盖驱动管座焊接1 反应堆压力容器顶盖驱动管座焊接工艺说明1.1在反应堆压力容器顶盖上焊有大量驱动管座，60万千瓦机组约有37根，用以安装控制棒驱动机构。
控制棒驱动管座一般外径Φ101mm左右，内径Φ70mm 左右，长980～1460mm，由镍基合金与不锈钢焊接而成。
压力壳顶盖厚约175 mm,驱动管座与顶盖采用冷装配合，并在内壁与顶盖焊接固定，为此，要求先在顶盖上开好坡口，并在坡口上预先堆焊＞12mm的隔离层，坡口深度约为顶盖壁厚1/5左右。
1.2隔离层堆焊一般采用手工电弧焊。
在所有管座孔的隔离层堆焊完成后,顶盖进行最终消除应力热处理。
然后将管座冷装插入顶盖，再进行管座与顶盖的焊接。
驱动管座焊缝通常采用手工电弧焊或加填充丝钨极氩弧焊。
焊后不再进行热处理。
1.3驱动管座材料以前采用Inconel 600，现在改为Inconel 690，隔离层堆焊以及堆焊层与驱动管座焊接亦采用Inconel 600和Inconel 690焊材。
1.4由于顶盖系球形结构，所以特别在边缘处的焊缝呈严重的不规则形状，因此驱动管座焊接的主要问题，一是要控制焊接变形，以保持控制棒能灵活地提升和下降，二是要避免焊缝中有裂纹出现，否则将造成泄漏事故。
1.5驱动管座焊接工艺评定可采用两种方案，一是在SA508Gr3Cl2锻板上先开坡口，再堆焊隔离层，然后与镍基合金板材进行对接，其次是模拟实物状况，先在SA508Gr3Cl2锻板上开孔并加工坡口，在坡口上堆焊隔离层，然后将镍基合金管子插人孔内，定位后进行焊接。
为了与实际情况相接近，所以本例采用后面一种焊接工艺评定方式。
由于焊接工艺评定主要研究焊接工艺、焊接材料和焊接参数等对焊接接头性能和质量的影响，所以采用平板对接接头的坡口形式也是可行的。
2 反应堆压力容器顶盖驱动管座焊接工艺评定要求2.1基本金属材料SA508Gr3Cl2低合金钢锻件或A533Gr.B钢板。
核电站施工中重要焊接技术和要求
核电站施工中重要焊接技术和要求内容摘要：本文介绍了AP1000、CPR1000核电施工现场较重要的焊接技术和要求，包括主管道和波动管焊接、堆芯仪表管焊接、控制棒驱动机构密封焊等，同时也介绍了土建、常规岛和BOP重要的焊接项目。
概述核岛主设备内主要介质为放射性核物质，其设备制造和安装焊接质量对防止核电厂泄漏造成核物质放射性污染具有特殊性，同时也关系到这些主设备在核安全状态下稳定运行的可靠性和重要性。
1、民用核安全设备焊接特殊性核岛主设备通常包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道等反应堆冷却剂系统设备，也是核电厂第二道安全屏障的组成部分。
核岛主设备的制造和安装焊接质量，直接影响反应堆冷却剂系统的完整性，焊缝又是一回路的压力边界，一旦泄漏将会使大量放射性物质向安全壳泄漏。
反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道等核岛主设备，由于长期处于高温、高压和强辐照环境下运行，要求其制造用原材料包括焊接材料具有较高的塑性和韧性，以及良好的焊接性和抗辐照、耐蚀等性能。
同时由于其焊接壁厚较大，焊接工艺较为复杂，通常焊前需要预热，焊后需要热处理，以避免冷裂纹等焊接缺陷的产生。
单条焊缝焊接工作量大，要求焊工在操作过程中严格执行焊接工艺规程，尤其是采用机械化焊接时，要克服麻痹思想，认真操作，加强自检，直至焊接完成。
控制棒驱动机构的耐压壳和热电偶法兰的焊接质量直接影响反应堆调节系统的运行状态。
当调节系统失灵时，有可能危及堆芯的安全。
安全壳是核电厂的第三道安全屏障。
一旦发生一回路管道破裂，也能将大量核放射性物质封住。
钢制安全壳和安全壳钢衬里安装焊缝质量要求较为严格，通常要进行泄漏检验。
2、民用核安全设备焊接重要性核岛主设备通常采用焊接结构，焊接接头与其结构中的母材相比加工条件相差较大，虽然现代焊接技术已使焊接接头的性能接近母材的性能，但其制作仍需要合格的焊接工艺评定才能实现,其焊接质量仍取决于操作焊工的技术水平和工艺过程的控制，因此焊接接头在其结构中属于薄弱环节。
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
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ｐ ｅ ｕ ｌ ｃ ｔ ｎ ａ ｄ ｐ ｏ ｕ ｔ ｐ ｌ ａｉｎ ｆ ｒｎ ｃ ｅ ａ ｅ ａｌ ｙ ｄ ｕ ｌ ｏ ｒ Ｉ ｃａ ｄ ｎ ｒ ｅ ｃ ｂ ｄ ｒ ｑ ａｉ ａ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｐ ｉ ｔ ｏ ｉ ｋ ｌｂ ｓ ｌ ｏ ｂ ｅ ｈ ｔ ｅ Ｔ Ｇ ｌ ｄ ｉ ｇ ａ ｅ ｄ ｓ ｒ ｅ ｉ ｆ ｏ ａ ｃ ｏ ｏ ｗｉ ｉ ｂ ｉｆ ． ｔｉ ｓ ｃ ｅ ｓ ｌｔ ａ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｏ ｉｋ ｌｂ ｓ ｌ ｙ ｄ ｕ ｌ ｏ ｒ Ｉ ｌ ｄ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｕ ｅ ｏ ｒｅ ｙ Ｉ ｓ ｕ ｃ ｓ ｆ ｈ ｔ ａ ｐ ｉ ｔ ｆｎ ｃ ｅ ａ ｅ ａ ｌ ｏ ｂ ｅ ｈ ｔｗｉ Ｔ Ｇ ｃａ ｄ ｎ ｒ ｃ ｄ ｒ ｎ ｌ ｕ ｃ ｏ ｏ ｅ
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。
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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
SCC
304L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
1Cr18Ni9Ti
20G
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、Ti
S、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。
2）裂纹多发生在重复受热的多层焊层间焊缝金属中及热影响区中，其部位并不都靠近熔合区，说明这种裂纹与晶界液化无关。
3）裂纹附近常伴有再结晶晶粒出现，所以高温低塑性裂纹总是迟于再结晶。
4）断口表面无明显的塑性变形痕迹，为低塑性断裂。
6.4 焊接
同种材料：INCONEL82焊条和INCONEL182焊条。
与碳钢、不锈钢和大多数镍铬和铁镍铬合金的异种材料的焊接时：INCONEL82焊丝、INCONEL182焊条和
INCWELDA焊条
焊接用于高腐蚀性水溶液环境，特别是合金酸洗用的硝酸和氮氟酸的混合液中的690元件时：可采用INCONEL-625
填充金属
三600合金
1 成分
Ni72% Cr16% Fe 9%
2 物理性能
3 焊接
600合金可以使用现有的焊接工艺方便地连接。
电弧焊：Inconell82焊条
氩弧焊和气体保护焊：Inconel82焊丝
埋弧焊：Inconel82焊丝,INCOFLUX 4埋弧药芯焊丝
四镍基合金的焊接
1 镍基合金焊接方法
钨极氩弧焊(GTAW或TIG)
熔化极气体保护焊(GMAW或MIG) 手工电弧焊(SMAW)
埋弧焊(SAW)
堆焊
（2）焊件和焊丝表面的清理
清理不彻底：影响焊缝的性能
在焊缝中造成微观开裂
清理方法：合适的溶剂
特殊成分的清洁剂
包括同样金属表面的氧化物打磨
（3）异种材料焊接
在核设备应用中AWSERNiCr-3类别(1NCONEL82)是一种较适用的异种材料焊接用镍基合金，无论对低合金钢材(如A508-Gr.3)或不锈钢材料(如AISI304)均有较大的适应性，即在较大的稀释情况下还能获得较好的性能和保持较好抗裂性能。
五蒸汽发生器管板镍基合金
堆焊工艺评定
1 蒸汽发生器管板镍基合金堆焊工艺
蒸汽发生器管板为Mn-Ni-Mo钢锻件，厚约500～600mm.
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。
镍基合金堆焊层较易产生热裂纹。
堆焊时，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。
2 工艺评定要求
材料：SA508Gr3C12锻板
试板形状与尺寸：100mm×300mm×500mm 堆焊方法：
带极埋弧堆焊, 共三层
第1层堆焊高度3.5~4.0mm
第2\3层堆焊高度3~3.5mm
焊道之间搭接量8~10mm
2 工艺评定要求
焊接材料
焊带：Inconel52，规格60mm×0.5mm
焊剂：Incoflux SAS2
预热温度
堆焊第一层时，预热温度≥120℃，层间温度≤170℃，第一层堆焊后在
300~350℃温度下去氢2h。
堆焊第二及第三层时预热温度≥15℃，层间温度≤130℃。
电流类型及焊接规范
焊接电流为直流反接(DCEP)
焊接规范如下：电流700~750 A，电压26~28 V，焊速115~125mm／min。
焊后热处理
600~620℃保温24h。
3 堆焊工艺评定试验项目
a．对堆焊层表面进行渗透检查及超声检查，应无超标缺陷
b．堆焊层化学分析：
从基本金属表面5mm以上进行成分取样分析，要求如下(%)
C≤0.04，Mn≤1.0，Fe7.0～11.0，Cr28.0~31.5，Ti≤1.0
S≤0.015，P≤0.020，Si≤0.50，Al≤0.10，Nb≤0.10，Ni余量
c. 横向侧弯试验D=4T,α=180°
d．晶间腐蚀试验
在堆焊层表面以下取样S=2mm，经GB4334.5晶间腐蚀试验，正、反两面均应无晶间腐蚀倾向。
e．金相检查：放大200倍，应无微裂纹。
六蒸汽发生器管子管板焊接工艺评定
1 基本金属材料
¾在SAS08Gr3C12钢板上堆焊Inconel690、焊材(带极堆焊)，试板和堆焊层应经受与产品相同的热处理，并作表面渗透检查和超声波无损探伤。
¾管子：Inconel690
2 试板形状和尺寸 试板厚≥100mm，其
中镍基合金堆焊层
6mm，管板上应钻有
至少20个孔，孔径(d)
比管径大0.2mm，试
板上的孔距(W)应与
实际管板上的孔距一致。
3 坡口尺寸
¾管子、尺寸与实际产品相同,φ19.0
mm×1.0mm.
¾管子与试板按实际生产要求微胀定位，焊接坡口形式如右
4 工艺
焊接方法：程序控制加填充丝钨极氩弧焊，全位置焊一道。
焊接材料：
焊丝：德国伯乐蒂森公司的Thermanit690，φ0.6mm
保护气体：纯氩，纯度99.99％。
焊接参数：
脉冲频率：2Hz，脉冲电流：70A，基值电流：30A，电弧电压：9～12V，焊接速度：7cm/min，送丝速度：40cm/min。
预热及焊后热处理：不预热和不要求任何模拟消除应力热处理
5 焊接工艺评定试验项目
a．VT：焊缝外形平坦，无未熔合及气孔等缺陷b.无损检验：
c．金相检验：宏观检验：无裂纹
完全焊透
截面积达到设计要求
微观检验：无裂纹
金相组织完好
谢谢！
陈忠兵
苏州热工研究院
电话: 0512-6860 3512
手机：139 **** ****
E-mail: czbing@
czbing2000@。