中国核工业第五建设有限公司 上海市 201512
摘要：不锈钢水池是核电站整个运行期间核燃料及废料运输、储存的容器，不锈钢水池覆面板材质为022Cr19Ni109（00Cr19Ni10）超低碳奥氏体不锈钢，00Cr19Ni10是一种应用很广泛的Cr18-Ni8型奥氏体不锈钢，具有良好的弯曲、焊接性，但是在低温下其塑性和韧性会有所降低。不锈钢水池覆面板安装焊缝位置主要有平缝、横缝和立缝，其焊接质量直接影响了产品的外观成型和使用性能，本文分析了核电站不锈钢水池覆面焊接缺陷产生的原因及预防措施，为控制不锈钢焊接质量提供了工艺指导和技术参考。
关键词：核电站；不锈钢水池；覆面焊接；缺陷；处理
1、引言
核电站不锈钢水池的主要功能是为核设备运行提供适宜的清洁环境，阻止放射性物质深入核电站内部混凝土结构，保护运行期间工作人员安全，方便核电站退役后清洁处理、燃料临时存放、肥料处理等，其建造质量的好坏直接影响核电站运行的安全性。目前，我国核电站中的水池主要有安全壳内换料水贮存水池（IRWST）、反应堆堆腔不锈钢水池、辅助给水箱（ASP）、穹顶外挂水箱（ASP）、堆腔注水水池（EHR）、应急给水箱、缓冲给水箱堆内换料水池和燃料厂房水池等，单台机组水池焊缝的总长约4 000m。核电站不锈钢水池质保级别为1级，焊缝等级的验收标准高于RCCM标准规范1级。按设计文件的要求需进行100%射线探伤，焊接质量要求非常严格。目前核电站不锈钢水池覆面板现场拼装主要采用后贴法工艺，即先将水池骨架固定在结构混凝土上，然后将水池覆面板安装在水池骨架上，现场采用手工TIG焊工艺。
2、核电站不锈钢水池覆面焊接方法
核电站不锈钢最常用的焊接方法是手工焊（MMA），其次是金属极气体保护焊（MIG/MAG）和钨极惰性气体保护焊（TIG）.虽然这些焊接方法对不锈钢工业的大多数人而言是熟悉的，但是我们认为这个领域值得深入探讨。
2.1手工焊（MMA）
手工焊是一种非常普遍的、易于使用的焊接方法。电弧的长度靠人的手进行调节，它决定于电焊条和工件之间缝隙的大小。同时，当作为电弧载体时，电焊条也是焊缝填充材料。这种焊接方法很简单，可以用来焊接几乎所有材料.对于室外使用，它有很好的适应性，即使在水下使用也没问题.大多数电焊机可以TIG焊接.在电极焊中，电弧长度决定于人的手：当你改变电极与工件的缝隙时，你也改变了电弧的长度.在大多数情况下，焊接采用直流电，电极既作为电弧载体，同时也作为焊缝填充材料.电极由合金或非合金金属芯丝和焊条药皮组成。这层药皮保护焊缝不受空气的侵害，同时稳定电弧.它还引起渣层的形成，保护焊缝使它成型。电焊条即可是钛型焊条，也可是缄性的，这决定于药皮的厚度和成分.钛型焊条易于焊接，焊缝扁平美观。此外，焊渣易于去除。如果焊条贮存时间长，必须重新烘烤.因为来自空气的潮气会很快在焊条中积聚。
2.2 MIG/MAG焊接
这是一种自动气体保护电弧焊接方法。在这种方法中，电弧在保护气体屏蔽下在电流载体金属丝和工件之间烧接。机器送入的金属丝作为焊条，在自身电弧下融化.由于MIG/MAG焊接法的通用性和特殊性的优点，至今她仍然是世界上最为广泛的焊接方法。它使用于钢、非合金钢、低合金钢和高合金为基的材料.这使得它成为理想的生产和修复的焊接方法。当焊接钢时，MAG可以满足只有0.6mm厚的薄规格钢板的要求。这里使用的保护气体是活性气体，如二氧化碳或混合气体。唯一的限制是当进行室外焊接时，必须保护工件不受潮，以保持气体的效果。
2.3 TIG焊接
电弧在难熔的钨电焊丝和工件之间产生。这里使用的保护气体是纯氩气，送入的焊丝不带电。焊丝既可以手送，也可以机械送.也有一些特定用途不需要送入焊丝。被焊接的材料决定了是采用直流电还是交流电.采用直流电时，钨电焊丝设定为负极.因为它有很深的焊透能力，对于不同种类的钢是很合适的，但对焊缝熔池没有任何“清洁作用”。
3、核电站不锈钢水池覆面焊接缺陷原因分析
3.1缺陷产生原因
不锈钢水池在焊接完成后，进行焊缝外观检查、液体渗透检验和射线探伤。
其中焊缝外观检查、液体渗透检验结果全部合格，但射线探伤底片显示，靠近焊缝熔合线的母材侧有大量不规则形状的异常显示，对有异常显示的位置进行打磨挖凿后，再次进行射线探伤发现缺陷依然存在。
3.2 原因分析
通过对核电站不锈钢水池焊接过程所涉及的人员、焊接工艺、焊接填充材料、焊接设备、施工环境等多方面影响焊接质量的因素进行了逐项排查，发现该条焊缝施工过程中所使用的焊接工艺和焊接材料与其他焊缝的相同，焊工为有资质且经验丰富的焊工，所用焊接设备与其他焊缝采用设备一致，但产生缺陷的焊缝在施工区域和施工时的环境有差别。主要为：核电站建设地处沿海地区，该地区焊接施工期间以阴雨天气居多，因此，现场焊接时搭设了防风防雨棚进行防护。
产生缺陷的焊缝位置为不锈钢水池天花板折弯处与墙体连接位置，且在水池覆面板焊接施工时，外部混凝土施工同时进行，同时采用小木槌对打磨后的焊缝上方进行敲击，发现有灰渣掉落，由此可知，混凝土施工产生的灰浆留在了水池龙骨框架和不锈钢覆面之间，残留的灰渣影响打底焊道局部的清洁度，最终导致焊缝射线探伤底片中有异常的影像。
直接原因：核电站不锈钢水池覆面与背部龙骨之间的混凝土灰渣是产生射线探伤底片异常影像的直接原因。
根本原因：钢衬里水池覆面在焊接前的背部清理不干净。钢衬里水池覆面在焊接时与外部混凝土施工同时开展。
3.3缺陷的处理
3.3.1 缺陷处理过程
对不锈钢水池覆面经射线探伤不合格的焊缝，优先考虑采用返修措施解决，如返修后仍不合格，再考虑采用打补丁的方式处理，主要有以下内容：
（1）焊缝的打磨采取砂轮片打磨的方式进行缺陷去除，对射线探伤发现缺陷的部位进行打磨，打磨挖凿过程中对打磨的深度进行测量。
（2）打磨后检查打磨完成后，采用高压气体吹扫设备对覆面板和底部垫板之间进行吹扫，吹扫完成后，采用射线探伤的方式进行确认，看原焊缝射线探伤底片异常部位的显示是否完全去除。
（3）打磨后的修复缺陷去除后，使用原焊接工艺（手工TIG焊）对打磨掉的熔敷金属进行填充。
（4）修复后的无损检验不锈钢水池覆面焊缝修复完成后，分别进行目视检验、真空盒检验、液体渗透检验、射线探伤。
如焊缝射线探伤依然存在不合格的情况，则采用打补丁的方式进行，方案如下。
（1）缺陷的标记根据修复后射线探伤底片缺陷显示区域，标记焊缝缺陷的位置。
（2）制作补丁补丁采用与不锈钢水池同材质的不锈钢板，厚度为4 mm，补丁的边缘距缺陷位置不小于50 mm，总体形状为圆形或椭圆形。
（3）焊缝的磨平将返修完成后的焊缝表面打磨至与母材表面齐平，并用白布蘸丙酮擦拭未焊接的表面区域。
（4）补丁的焊接补丁焊缝为角焊缝，焊脚高≥4 mm，焊道至少为2层，焊接电流在焊接工艺卡允许范围内尽量小。
（5）焊后检验补丁焊接完成后，进行目视检验、真空盒检验、液体渗透检验。真空盒检验时真空盒需覆盖到整个补丁区域。
4、结束语
核电站不锈钢水池覆面焊接过程中，对于薄板焊接，由于其自身拘束度小，焊接时热量稍大就会严重变形，变形量的大小直接影响工程质量的好坏，不锈钢薄板的拼接焊接更要严格控制线能量的输入和采取行之有效的措施，才能满足标准规范要求。对于焊接过程中出现的焊接缺陷及变形情况，从覆面焊缝坡口型式、焊接方法、焊接工艺参数和防焊接变形措施等技术细节，提出改进方案，有效地消除了焊接缺陷和构件变形，从而保证了施工质量，为今后同类核电站乏燃料水池不锈钢衬里施工提供经验借鉴。
参考文献：
[1]焊接工艺[M].北京师范大学出版社，王志华，2010