中國核電發(fā)展20年來，盡管取得了很大的成績，但在總體發(fā)展規(guī)劃以及技術(shù)路線的確立方面走了一條曲折的道路，以至于在設(shè)計自主化和設(shè)備制造國產(chǎn)化方面均未取得突破性的進(jìn)展，這對于擁有較雄厚的核工業(yè)、電力工業(yè)和制造工業(yè)基礎(chǔ)，擁有較強(qiáng)的核工程研發(fā)力量的中國來說，這種發(fā)展現(xiàn)狀應(yīng)該說是不理想的。

根據(jù)我國核電發(fā)展的最新動態(tài)，到2020年我國核電比重預(yù)計將上升到全國電力裝機(jī)總量的4%左右，達(dá)到3200萬kw左右。國家有關(guān)部門在總結(jié)以往經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，對下一階段核電發(fā)展的技術(shù)路線和規(guī)劃進(jìn)行積極的統(tǒng)一部署，可以預(yù)見我國的核電將迎來最為重要的高速發(fā)展時期，發(fā)展核電也將成為我國未來解決大量能源缺口的一個重要途徑。

核電站壓力容器中殼體用鋼要求較高的是核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆壓力容器一般由鋼鍛件焊接而成，鍛件厚度通常在200mm以上，由于長期在高溫高壓下工作，并承受中子和γ射線輻照，因此對核反應(yīng)堆容器材料提出了很高的要求：應(yīng)具有良好的室溫綜合性能，即有較高的強(qiáng)度、韌性和防脆斷能力；沿截面應(yīng)有良好的性能均一性，特別對尺寸較大、較厚截面的鍛件更要求如此；具有良好的焊接性，再熱裂紋敏感性低；對中子輻照應(yīng)有較高的穩(wěn)定性。

圖1：核電站壓力容器焊接

一、核電站壓力容器焊接的基本要求

1、焊接材料一般要求

（1）原則上只允許經(jīng)鑒定合格的焊接材料用于核容器生產(chǎn)；

（2）部件焊接中預(yù)定使用的焊接材料的每個生產(chǎn)批量，在投產(chǎn)前均需經(jīng)焊接材料試驗評定合格；

（3）埋弧焊的焊接材料應(yīng)以焊劑一焊絲或焊劑一焊帶的組合方式進(jìn)行試驗評定；

（4）經(jīng)有關(guān)方面同意，焊接材料試驗可以與焊接工藝試驗一起進(jìn)行，但在這種情況下，供貨單位和使用單位應(yīng)密切配合，嚴(yán)格遵守焊接工藝試驗所規(guī)定的要求。

2、焊接生產(chǎn)的一般要求

在反應(yīng)堆壓力容器焊接生產(chǎn)前，必須進(jìn)行焊接工藝評定和焊工操怍技能考核，統(tǒng)稱為焊接評定。焊接工藝評定是通過試件的焊接和試樣的檢驗，對提出的焊接工藝規(guī)程正確性進(jìn)行的一種評定。合格的焊接工藝評定結(jié)果，是制訂供生產(chǎn)用的焊接工藝規(guī)程的依據(jù)。焊工技能評定是按照評定合格的焊接工藝規(guī)程評定焊工獲得合格焊接接頭的能力。未經(jīng)評定合格的焊工不得參與焊接操作。

二、核反應(yīng)堆壓力容器焊接

1、壓力容器焊接工藝流程

壓力容器內(nèi)表面均堆焊超低碳不銹鋼。頂蓋組合件由上封頭與頂蓋法蘭焊接而成。在上封頭內(nèi)壁驅(qū)動管座開孔的周圍局部堆焊鎳基合金，上封頭上裝有驅(qū)動管座、支承構(gòu)件及吊耳。筒體組合件由容器法蘭、接管段筒體、堆芯筒體、過渡段殼體和下封頭焊接而成。在接管段筒體開孔部位焊接進(jìn)出水接管，接管段與安全端連接。在下封頭內(nèi)壁徑向支承塊焊接區(qū)域和中子通量孔周圍局部堆焊鎳基合金，隨后焊妥徑向支承塊和中子通量孔管座。在頂蓋組合件的頂蓋法蘭和筒體組合件的容器法蘭上堆焊不銹鋼或硬化鎳基合金密封面。

壓力殼頂蓋組合件和筒體組合件的環(huán)縫、進(jìn)出水接管與接管段筒體的焊接，均采用自動埋弧焊。容器內(nèi)壁和法蘭平面采用帶極堆焊。進(jìn)出水接管端手工堆焊不銹鋼或鎳基合金，然后用手工焊或氬弧焊與不銹鋼安全段對接。

2、主焊縫焊接

由于反應(yīng)堆壓力殼長期在高溫、高壓下工作，并承受強(qiáng)烈的中子輻照，所以焊縫金屬有嚴(yán)重的脆化傾向。通常表現(xiàn)為沖擊韌性的顯著降低和脆性轉(zhuǎn)變溫度的明顯升高。因此，要求焊縫金屬的塑、韌性有一定的儲備量，以確保核反應(yīng)堆壓力殼能長期安全、可靠地運(yùn)行。

（1）主焊縫焊接特點

壓力殼主焊縫的焊接特點是殼壁較厚，多層焊時由于內(nèi)應(yīng)力的積累，焊縫區(qū)殘余應(yīng)力較大，需經(jīng)受多次消除應(yīng)力熱處理。因此，核反應(yīng)堆壓力容器用高強(qiáng)度低合金鋼必須具有良好的焊接性，以避免冷裂紋等焊接缺陷產(chǎn)生，并保證焊縫和熱影響區(qū)有較好的塑性和低溫沖擊韌性。

（2）焊接材料選擇

主焊縫焊材選擇通常要求焊縫及熱影響區(qū)的性能與母材等同。除拉伸性能外，特別要求焊縫及熱影響區(qū)的沖擊韌性有足夠的裕度。為了滿足這些要求，主焊縫焊接一般采用自動埋弧焊，而根部封底則大多采用手工焊。自動埋弧焊采用Mn-Mo-Ni系焊絲，其成分基本上與母材SA508 C13鋼相近。焊劑一般采用燒結(jié)型焊劑。在焊劑-焊絲的適當(dāng)組合下，熔敷金屬的化學(xué)成分一般應(yīng)滿足下列要求(%)：C≤0.10，Si 0.15～0.60，Mn 0.8～1.8，P≤0.025，S≤0.025，Ni≤1.20，Cr≤0.30，Mo 0.25～0.65，Cu≤0.25，V≤0.02。

對強(qiáng)輻照區(qū)的焊縫，則要求P≤0.008%，Cu≤0.05%，Co≤0.03%。

主焊縫經(jīng)610±10℃、保溫20h的模擬焊后熱處理，其力學(xué)性能應(yīng)達(dá)到與母材相同水平。

為了提高焊縫金屬的性能，目前已注意到采用高純度的焊絲和高堿度的焊劑相匹配。由于焊接坡口較深，要求在較窄坡口內(nèi)焊接具有良好的工藝性能。當(dāng)前國際上常用的焊劑-焊絲匹配為瑞士Oerlikon的OP4lTT-S3NiMo1，日本神戶制鋼的MF27X-US56BX等。上述匹配能滿足ASME SFA5、23對核級焊縫金屬規(guī)定的要求，并且在經(jīng)過長期的消除應(yīng)力處理后，仍具有優(yōu)越的力學(xué)性能。如 MF27X-US56BX的焊縫金屬，經(jīng)288℃、1.5×1019n／cm2(>1MeV)的中子輻照試驗后，按吸收能量60J考核增溫僅18℃，按側(cè)向膨脹1mm考核增溫僅28℃。

（3）焊接工藝

主焊縫焊接一般采用埋弧焊，U形坡口角約為10～15℃，根部半徑通常取8～10mm，對厚度200mm的主焊縫，坡口上端開口大約為45～55mm。近年來，為了縮短焊接周期和提高接頭性能，已愈來愈多地采用窄間隙埋弧焊工藝。決定窄間隙焊接質(zhì)量的技術(shù)關(guān)鍵有三方面：一是導(dǎo)電嘴的結(jié)構(gòu)和焊絲的自動對中；二是引弧技術(shù)；三是根部焊接技術(shù)。對厚度220～280mm的焊縫，坡口上端開口一般取16～20mm。這種坡口采用每層焊兩道的工藝，在深坡口中脫渣容易，焊縫質(zhì)量與焊道形狀容易控制，特別是焊縫與側(cè)壁的熔合比較好，并使下道晶粒細(xì)化。窄間隙埋弧焊要求采用脫渣性良好的焊劑，還要求合理地選擇焊接參數(shù)。選用的焊接線能量比較低，一般在15～35kJ/cm范圍內(nèi)，如焊接線能量高于此范圍，韌性會下降。最好能將焊接過程一次完成，而不要中途停頓，任何中止焊接過程的操作都易造成未熔合等缺陷。

窄間隙焊接的坡口角一般取1°或更小，目前常用的坡口形式如圖2a所示，先正面(外側(cè))焊接，后反面(內(nèi)側(cè))挑焊根，用手工焊填滿。為了減少內(nèi)側(cè)焊接的工作量，也有采用全部從外側(cè)焊的坡口形式，如圖2b所示，坡口填滿后，根部用機(jī)械加工去除。這種坡口形式雖然對保證焊縫根部質(zhì)量有好處，但也在一定程度上加大了鍛件的重量。