摘要：ACP1000核电厂核反应堆厂房环形吊车用于安装反应堆厂房内的重型设备，环形轨道为环吊主要部件，其焊接质量要求较高。本文从工程建设实践角度出发，对ACP1000核电厂环形吊车轨道焊接技术要点进行阐述和分析，通过采用合理的焊接顺序，并采取刚性固定和反变形结合的措施控制焊接变形，从而保证了环吊轨道焊后尺寸和焊缝质量满足设计要求，证明了焊接工艺是可行的。
关键词：环吊；轨道；焊接
前言
ACP1000核电厂核反应堆厂房环形吊车用于安装反应堆厂房内的重型设备，环形轨道为环吊主要部件，其焊接变形不易控制，整体尺寸和焊接质量要求较高。本文主要对ACP1000核电厂环形吊车轨道焊接技术要点进行阐述和分析。
1、概述
ACP1000核电厂核反应堆厂房环形吊车(以下简称环吊) 用于安装反应堆厂房内的重型设备，例如蒸汽发生器、反应堆压力容器、稳压器、上下部堆内构件及其它轻载设备。环吊主要由桥架及旋转机构、安装小车、运行小车、环形轨道及其支承梁、电气控制设备等部件组成，其中环形轨道为环吊主要部件，安装在反应堆厂房安全壳筒体标高+41.65m处45个牛腿上，轨道直径为45m，环轨型号为 A150，其安全等级为NC级，质保等级为QA2级。
环轨共有12个焊接接头（直接口）和5个45°伸缩接头（斜接口），焊接接头和伸缩接头的相对位置见图一，设计要求焊后轨道直径方向上两个对应点的最大高低差≤10mm，轨道中心线方向上2m范围内的径向误差±1mm，轨道圆度差≤5 mm。
图一 环轨接头分布示意图
2、焊接方法和焊材选用
焊接方法采用手工电弧焊，采用E5015（Φ4.0mm）焊条打底焊接，后续底部焊接选用 E5015（Φ5.0mm）焊条，环吊轨道中部及表面焊接采用 E8515G（Φ5.0mm）焊条。
所有焊材均应有质量证明文件，并经验收合格方能使用。焊条使用前必须在 300-400℃的温度下烘干1小时，烘干后的焊条应立即放入保温桶，随用随取（焊条在空气中暴露超过3小时，使用时必须重新烘干）。
3、组对
3.1 环轨是由17段长短不一的弧段通过12道直接头（需现场焊接的）和5个斜接头连接起来的圆。17 个弧段到场后需先测量17个弧段的总弧长，根据环轨理论总弧长、斜接头组对间隙（6-10mm）以及焊接收缩量经验数据，确定每个直接头的组对间隙，按确定后的组对间隙先焊接接前面11个直接头（分别是 A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A12，这11个直接头焊接顺序根据现场实际情况而定）。直接头（A11）作为调整接头最后焊，需整圈环轨在环梁上预组对后，根据斜接头组对间隙与焊接收缩量经验数据，确定组对间隙。
3.2 为了确保环规焊接质量，轨道接口处间隙必须均等，此项不符合要求时轨道不得进行焊接。组对前应将环轨接口端面及其边缘50mm范围内的铁锈、油污、水分等杂质清除干净。组对后，进一步检查清洁度。
3.3 组对时，采用紫铜板（10×200×240）作为焊接垫板，以保证焊缝底部获得良好的背面成形。紫铜板下部还需垫上四块宽度大于紫铜托板的石棉布，以防止散热过快。
4、焊接
4.1 环轨材质为A150，属中碳钢、焊接性较差，需焊前预热和焊后消除应力热处理。加热方法采用普通气焊围绕轨头、轨腰和轨底反复进行加热。环轨预热温度为300～350℃，预热长度为接头两侧不小于 200mm。根据现场情况，采用 2 个气焊喷嘴对环轨加热。加热时，应尽可能使钢轨全截面加热均匀，尤其注意轨底加热要均匀，以免局部应力过大。预热温度可通过红外测温仪来监测。
4.2 环轨接头分3个区域焊接，其中Ⅰ区域为轨底区域，Ⅱ区域为轨腰区域，Ⅲ区域为轨头区域，如图二所示。
图二 环轨接头示意图
4.3 待轨道预热温度达到300-350℃时，进行Ⅰ区域焊接时，打底焊接使用E5015（Φ4.0mm）焊条，焊接约5-8mm厚度，后续填充焊接使用E5015（Φ5.0mm）焊条，尽量采用工艺规程电流下限值进行焊接。焊接时注意在前边焊道的边缘处进行引弧，减少后续去除紫铜垫块的困难，焊后用扁铲清除焊渣。Ⅰ区域应焊满焊平，两侧不得有凸起部分，否则Ⅱ区域焊接时，两侧的紫铜胎板无法装夹。底部焊接时应在靠近钢轨两侧的焊接坡口一侧先各焊一道，去渣后，在该处焊缝再向坡口中心加焊一道。首先保证熔敷金属与两侧的母材融合，然后逐步向坡口中心焊接，直至底部堆焊完成。紫铜胎板与轨道之间需留4mm左右的间隙，以便焊接时不断增多的熔渣流出。该间隙用Φ4.0mm的焊条芯或其他方式进行控制，用4根焊条芯煨成轨道侧面形状，分别放于胎板与轨道夹紧处，用一个弓形卡兰将紫铜胎板夹持在轨道上，弓形卡兰位于接口附近。紫铜胎板夹装时，动作要快，以保证层间温度不低于预热温度，否则应对其重新进行预热。
4.4 待轨道两侧紫铜胎板装好后，立即进行轨道Ⅱ区域的焊接。轨道Ⅱ区域的焊接是在高温条件下进行的，采用不清渣连续密封焊接法（即强迫成型法），用E8515G（Φ5.0mm）焊条进行Ⅱ区域的焊接。焊接时，要求更换焊条的速度要快，焊至轨道两侧时应多停留一会，以避免熔池两边熔渣凝固太快造成夹渣。有条件时，最好两名焊工交替连续进行焊接。Ⅱ区域焊至离轨道表面约 8～10mm 时，停止焊接。
4.5 轨道Ⅱ区域焊好后，待轨道上部温度降至300℃时，开始焊接轨道Ⅲ区域（即轨道顶部）。焊接方法采用窄焊道快速运条多道堆焊法。焊条为E8515G（Φ5.0mm）。5、焊接变形控制措施
为防止环轨焊后翘曲变形，每组装一个焊接接头都采用反变形结合刚性固定法来控制轨道的翘曲变形。采用在石棉布下放置一定厚度的碳钢板将轨道接头垫高进行反变形控制。轨道的变形量主要取决于轨道的截面面积、组对间隙和拘束度等几个因素，轨道的截面面积和拘束度基本相同，轨道的变形量主要根据组对间隙确定。第一个口的反变形高度根据环轨焊接工艺试验测得的反变形量与组对间隙确定，后面的焊口组对时，碳钢板的厚度根据前面已焊接焊口的变形规律和现场实际情况确定。
6、焊后热处理工艺
焊后需加热温度达到600℃后，用四层石棉布将轨道接口处盖好，使轨道缓冷至常温。
7、焊后检查
7.1 焊后需对焊接接头进行100%目视检验和液体渗透检验；
7.2 环轨整体尺寸检查
需对环轨任意均分角度的直径上两点的标高差及任意均分角度半径差进行测量，结果应符合设计要求，具体要求如下：
轨道直径方向上两个对应点的最大高低差≤10mm；
轨道中心线方向上2m 范围内的径向误差±1mm；
轨道滚动面相对于理论位置的倾斜度，不得超过0.3%；
轨道圆度允差5mm。
8、总结
通过上述焊接方案和工艺的制定，以及采用合理的焊接顺序，并采取一定的刚性固定和反变形结合的措施控制焊接变形，从而保证了环吊轨道焊后尺寸和焊缝质量满足设计要求，焊后检查结果表明，环轨焊后整体尺寸和焊缝质量满足设计文件的要求，证明了焊接工艺是可行的。
参考文献
[1]0712G6001 环吊技术规格.
[2] 0712AT1001 EM1安装工作规格书 重型起重设备安装.
[3]环吊设备安装程序.
论文作者:唐宏伟,李双波
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第9期
论文发表时间:2018/8/27
标签：轨道论文; 焊条论文; 紫铜论文; 区域论文; 间隙论文; 环形论文; 核电厂论文; 《建筑学研究前沿》2018年第9期论文;