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核电站钢制安全壳自动焊与手工焊工艺研究

1.概述

钢制安全壳(C V,Containment Vessel)是核电站反应堆第三道安全屏障,也是最后一道安全屏障。我国在建的AP1000三代核电机组,现场钢制安全壳的焊接所采用的仍然是传统的手工焊,焊工劳动强度高,焊接效率低;同时,手工焊接容易受工作环境、焊工状态等诸多因素的影响,焊缝质量不够稳定。在西方发达国家,自动焊工艺已成功应用于核电机组钢制安全壳的拼装焊接。因此,为适应我国核电产业快速发展、缩短安装周期、提高焊接质量,有必要研究核电站钢制安全壳自动焊工艺,并逐步应用于工程建设中。

本研究以我国某核电机组钢制安全壳的拼装制造为背景,以钢制安全壳在立向上焊(3G)位置的焊接工艺开发为研究对象,选择在相同焊接参数下,开展CV自动焊与手工焊的工艺对比,为后续核电钢制安全壳的焊接工艺进一步优化及选择提供实验依据和指导。

市场经济深入发展过程中成本核算及管理制度的改革具有显著的同步性和协调性特点。尤其核算理论和方式在成本核算及管理制度下有着较大的变化。现阶段制造业产能的调整下机械制造成本核算及管理制度已经机械加工制造业经营管理的重要工作标准,机械加工制造业只有在不断整合优化成本核算、成本管理制度标准的基础上才能更好的进行产品加工、包装以及营销等各个流程。

2.试验方法对比分析

(1)试验设备 手工焊接设备采用国产的WSM系列逆变式直流弧焊电源,采用IGBT逆变技术,具有结构紧凑、重量轻、便携式等特点,可获得优异的起弧性能和稳定的电弧,采用手弧焊接电源如图1所示。

图1 手工电弧焊用焊接电源

自动焊接设备选用林肯焊接电源R350和某公司的焊接小车系统。焊接电源具备平特性电流及脉冲电流MIG/MAG焊功能,具有控制精度高,稳定性好,性能卓越等特点。同时,焊接电流、电弧电压及焊接速度等参数可以数字显示并连续可调。焊接小车采用有轨道式,能够满足平、横、立、仰四个位置的平稳焊接。

(2)试验材料 钢制安全壳材质为SA738Gr.B,其为美国ASME规范中的牌号,随着中国三代核电技术的引进、消化和再创新,目前我国已经具备SA738Gr.B钢板的自主制造生产技术。本文所用材料即为国内某钢厂研制的S A738G r.B钢板,供货状态为调质(淬火+回火)状态,板材规格为400mm×800mm×52mm,主要化学成分及力学性能如表1所示。

从表1可以看出,钢板性能均匀,各项性能指标均大于标准规定的数值。同时SA738Gr.B钢含碳量极低,仅有0.07%左右,碳当量约为0.42%,极大地改善了焊接性。

焊接填充材料的选择依据等强匹配的原则。手工焊填充材料采用ϕ3.2mm和ϕ4.0mm的E9018-G-H4型号焊条,该焊条具有良好的引弧性能,其化学成分及力学性能如表2所示。自动焊填充材料为ϕ1.2mm的焊丝ER90S—G,其化学成分及力学性能如表3所示。

(3)坡口形式及焊道分布 本研究主要是对比分析手工焊与自动焊的工艺情况,为了尽可能达到减少控制变形量的目的,采用相同的对称X形坡口,其坡口形式如图2所示,实际坡口形式以施工方案要求为准。同时要求组对间隙3~5mm,内错边量≤1.5 mm。焊接前采用焊条电弧焊进行点固焊接,焊接过程采取多层多道焊工艺,主要通过调整焊接次序来控制变形。具体的焊接顺序及焊道分布如图3所示。

(4)工艺方法 本研究选择手工焊及自动焊方法,焊接位置选择立向上焊(3G)。自动焊采用的熔化极气体保护焊(G M AW),保护气体采用80%Ar+20%CO2混合气体。A r+C O2混合气体具有飞溅率低、熔敷效率高;合金元素的过渡系数大;焊缝的含氧量低;工艺参数调节范围大;焊缝成形好等特点。SA738Gr.B钢板自动焊使用脉冲电流,具有焊接过程飞溅小、较小的热输入、气孔倾向小等特点。

本试验采用优化的工艺参数,试验中焊接热输入值均不超过4.0kJ/mm,且自动焊比手工焊具有更小的焊接热输入。

对比试验板选择在相同的工况环境下进行焊接,最终经无损检测合格后进行理化检测试验,检测内容包括焊缝金相显微组织、拉伸试验、冲击试验、焊接接头硬度。

企业做好财务风险的有效控制,不仅仅要关注财务风险理念的创新,除此之外,还要加强制度作用,发挥其规范作用,并且不断创新和探索有效的企业风险管理方式。在企业财务制度设置中,处理要对财务风险制度单独制定外,还需要把风险管理以及风险的预防和识别、处理等等,有效的纳入到整体的企业财务工作体系中去,不断加强制度建设的科学性,从而给财务风险管理的开展做好基础,不断推动其规范性和科学性发展。另外,要有效的落实企业的财务风险管理制度,使企业实现从“人治”到“法治”的根本改变,并且有效落实制度,使其发挥规范作用,并且加强企业的激励、约束和奖惩等等机制的运行,这样才能把财务风险管理工作做好。

3.试验结果对比分析

(1)焊接变形量 针对焊接变形的原因和种类从焊接工艺上进行改进,可以有效防止和减少焊接变形所带来的危害。

1)住院患者满意度调查问卷(天津市护理疾控中心2016修订版),共15个条目,每条目1~5分,总分为15~75分,评分越高表示患者满意度越高;2)自制肺心病疾病相关知识问卷,共20个条目,每题5分,共100分,得分越高表示疾病相关知识知晓率越高。

图2 坡口形式示意

本试验采用改进工艺的方法来防止焊接过程中的变形,即选用对称X形坡口,焊接过程中通过改变焊接顺序,可以达到有效预防变形的目的。焊接前,在组对完成的焊接试验板B侧(参照图3的焊道分布图)标记样冲测量点,以记录焊接过程中的纵向、横向变形收缩量。具体标记点如图4所示。在每层焊道焊接完成后,分别记录焊缝的横向(Y向)、纵向(X向)变形情况,变形实测值曲线如图5、图6所示。

表1 SA738Gr.B化学成分及力学性能

化学成分(质量分数,%)C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu V 0.070 0.330 1.460 0.010 0.005 0.067 1.470 0.390 0.027 0.011屈服强度/MPa实测值 629 542 31.8 580 501 23.6 319标准值 ≥585 ≥530 ≥20 ≥540 ≥360 — 平均值≥54项目常温试验 高温试验(150℃) 伸长率(%)抗拉强度/ MPa屈服强度/MPa伸长率(%)抗拉强度/ MPa平均冲击吸收能量/J(-45 ℃)

表2 E9018-G-H4化学成分及力学性能

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表3 E90S—G化学成分及力学性能

熔敷金属化学成分(质量分数,%)(实测值)C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Ti 0.081 0.400 1.590 0.005 0.001 0.051 0.920 0.140 0.094 0.008屈服强度/MPa冲击吸收能量-20℃/J≥490 ≥620 ≥19 ≥47抗拉强度/MPa断后伸长率(%)

图3 焊道分布

通过图5、图6变形曲线,可以看出手工焊的焊接横向变形要稍大于自动焊,这与手工焊的焊接热输入及焊接填充量较大有关。手工焊与自动焊两种焊接工艺的焊缝纵向变形量相当,变化都不大,可见焊接过程对纵向变形影响较小。总体而言,焊接变形可以通过改变焊接顺序控制在一定范围内,相对而言手工焊接需要频繁的更换焊接顺序来达到控制焊接变形的目的,势必会增加焊接过程的工作量。

(2)微观金相 采用金相显微镜对手工焊接头及自动焊接头试样进行金相组织观察。由于手工焊、自动焊焊接工艺都经过优化,其组织差别不明显。接头在显微镜下的金相组织对比照片如图7所示。

两种焊接工艺焊缝的金相组织如图7a所示,其中间部分是针状铁素体,周围是晶界铁素体。自动焊焊缝中的组织比手工焊分布更加均匀,晶粒更加细小。

两种焊接工艺热影响区的金相组织如图7b所示,两者都在热的作用下,晶粒长大。手工焊的热输入较大,晶粒更大甚至形成了块状粗大组织;由于自动焊热输入较小,晶粒长大不明显。

(3)力学性能 第一,拉伸试验:对比试件经过无损检测合格后,按照相关标准进行焊接接头力学性能试验取样,对手工焊及自动焊接头试板采用锯床、线切割在每件试板上截取4个常温拉伸试样、2个高温(150℃)拉伸试样。

对试样进行拉伸试验,测得在常温、150℃环境温度条件下的抗拉强度,相关标准文件要求常温拉伸试样抗拉强度不得低于585MPa,高温拉伸抗拉强度不低于540MPa,取样位置在1/2t和1/4t(t为试板的厚度),试验温度为150℃。经试验,常温、150℃下抗拉强度分别为665MPa和681MPa、607MPa和625MPa。

图4 焊接变形测量点分布示意

图5 焊接横向变形与焊接层道关系

图6 焊接纵向变形与焊接层道关系

由试验结果可以看出,自动焊接头、手工焊接头常温抗拉强度均高于高温抗拉强度。

第二,冲击试验:对焊接对比试板分别取冲击试样件。其中,焊缝区:4组(试验温度为-29℃及-45℃各2组),每组3件,共12件;热影响区:4组(试验温度为-29℃及-45℃各2组),每组3件,共12件。对冲击试样件进行性能测试,结果取平均值,最终获得手工焊与自动焊的冲击性能对比如图8所示。

结合感官品质分析结果,优选的烤制温度为220℃。此温度条件下HAAs总含量为2 989.75ng·kg-1,根据已有的研究结果表明市售一级烤鸭杂环胺含量范围为:5 266.91~13 850ng·kg-1,该条件下杂环胺含量水平得到有效的控制。

根据设计要求,在最低服役温度下,焊缝、热影响区冲击吸收能量平均值不低于54J才能满足要求。由试验结果可知,焊缝和热影响区的冲击吸收能量均满足要求,而自动焊的冲击吸收能量更高,能够满足更高的要求。

总之,根据受伤的方式、患者病史以及临床经验,应根据患者不同骨折类型选择合适的内固定方法,两种内固定方法各具特点,本研究提示对简单的横行骨折,张力带固定创伤小、手术时间短、价格便宜,应作为首选。而复杂的、粉碎性骨折,钢板内固定固定更可靠,可早期行功能锻炼,并发症更少。应根据患者的受伤机制及骨折特点,选择最佳的手术方案。

第三,硬度试验:为了研究不同焊接方法对于焊缝和近缝区母材的影响,在焊接接头及附近区域测量显微硬度,图9为测量点的分布示意。手工焊试板焊缝的硬度值为199~233HV;热影响区为210~221HV;母材为195~230HV。自动焊试板焊缝硬度值为245~254H V;热影响区为203~264HV;母材为203~218HV。从硬度测量值可以看出,母材的硬度值差别不大,而焊缝区和热影响区的硬度值自动焊接明显高于手工焊。

4.结语

图7 手工焊与自动焊微观金相照片对比

图8 不同温度下的冲击吸收能量对比

图9 硬度测量点分布示意

(1)自动焊具有较小的焊接热输入,焊接过程相对稳定,焊接变形控制易于手工焊,焊缝轴向收缩量小于手工焊,在50%焊缝厚度前,焊接热循环对焊接变形影响较大,随着焊缝厚度的增加,焊接热循环对焊接变形的影响减弱。

Dina用胶枪和编织针把笔固定在了半空中。修图时,她用仿制图章工具把编织针抹掉了。飞溅的墨水效果则是通过透明塑料实现的。她还说:“我在半空中固定了一块塑料螺旋物,把墨水倒上去,然后连拍几张。”

(2)手工焊焊缝热影响区尺寸较大,焊缝中的柱状晶发达,粗大的柱状晶垂直于熔合线由母材向焊缝金属延伸,熔合线附近的晶粒尺寸较大;自动焊焊缝熔合区尺寸较小,焊缝中的柱状晶尺寸较小,熔合线附近的晶粒粗化不明显。

(3)手工焊与自动焊焊缝强度均高于母材,同时各项力学性能指标均满足相关标准要求,这说明自动焊焊缝相比手工焊具有更优异的力学性能。

2.2.1 教练员的基本情况 教练员的学历统计结果显示,研究生学历的教练员为空缺状态,2名(占20%)教练员的学历为本科以下水平;具有本科学历的教练员有8名,占有绝大多数(80%)。对比国家体育总局下发的《“国家高水平体育后备人才基地”认定办法》(以下简称《办法》)中关于教练学历方面满分的标准:“具有本科及以上学历的教练员占教练员总数:中等体育运动学校100%;少体校85%及以上。每降低1个百分点扣1分”[2],我们可以发现武进少体校的教练员学历水平虽然已达较高标准,但还有一定的提升空间。

参考文献:

[1]高宪鹏,李少南,龚磊.CV焊接自动化在现场拼装过程中应用的研究[J].中国电业(技术版),2015,11:93-96.

[2]于立学,宋聚海. SA738 Gr.B焊接工艺研究[J]. 电焊机,2014,44(3):1-4.

[3]靳红星.长输管道自动焊接工艺研究[D].天津:天津大学,2007.

[4]阮星谊,包晔峰,石忠贤.焊接变形测量方法[J].电焊机,2008,35(5): 55-57.

[5]尹士科.焊接材料及接头组织性能[D].北京:化学工业出版社,2011.

[6]丁连征.核电AP1000钢制安全壳与附件焊接性及焊接工艺研究[D].太原:太原理工大学,2015.

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