中国核工业华兴建设有限公司
摘要:本文以CPR1000堆型核电站安全壳钢衬里壁板安装钨极氩弧自动焊工艺为基础，对某核电站安全壳钢衬里的安装焊接工艺进行改进，根据其结构特点进行工艺应用可行性分析及焊接工艺研发，研发了SMAW+TIG组合自动焊工艺，并成功应用于核电站4号机组安全壳钢衬里壁板现场安装焊接施工。
关键词:钢衬里；安装；自动焊；工艺
引言
核电站安全壳钢衬里（以下简称“钢衬里”）是核岛反应堆厂房的密封内衬金属结构，其主要功能是防止事故状态下放射性物质外泄，是核电站防止核泄漏的第三道屏障，属于核质保一级、核安全二级设备。国内核电站建造中，CPR1000堆型核电站已实现钢衬里安装的自动化焊接，而某核电站钢衬里外侧（即反应堆安全壳侧）加劲角钢与焊缝位置相距仅100mm，不便于自动焊轨道铺设，且钢衬里安装焊接施工与外侧安全壳钢筋绑扎同时进行，操作空间狭窄，不满足自动焊操作要求。通过工艺改进、科研攻关，研发了钢衬里壁板安装SMAW+TIG组合自动焊工艺，并成功应用于某核电站4号机组钢衬里施工，填补了某核电站钢衬里壁板安装自动焊的空白。
1焊接工艺
1.1焊接性分析
（1）选择国际焊接学会对于碳当量的定义公式来计算碳当量（Ceq ）
计算出焊接冷裂纹敏感指数约为0.17%。
（3）钢衬里用P265GH钢板屈服强度≥265MPa，抗拉强度在410～530MPa之间，含硫（S）≤0.030，含磷（P）≤0.018；
分析表明：钢衬里用P265GH钢板焊接性好，不易产生裂纹。
1.2焊接接头的设计
设计合理的焊接接头，是保证质量、提高生产效率的重要环节。实际上，一定的焊接工艺参数与对应的焊接接头，两者是不可分割的。通过焊接工艺试验，最终确定焊接接头。
1.3焊接材料的选择
根据焊接材料的选择原则，选用核电专用焊材：ER50-3型实心焊丝、E5018-1型碳钢焊条。材料的化学成分见表1：
1.5焊接工艺评定
按照ASME-1998第Ⅸ卷进行焊接工艺评定。试件焊接后依据ASME 第Ⅴ卷（1998年）进行焊缝的无损检验，均符合要求，焊缝外观成形如图1所示。
b.立缝母材-400X d.立缝焊缝-400X f.立缝热影响区-400X
图2 焊缝显微组织
2施工工艺
2.1施工工艺流程
施工前准备→钢衬里壁板组对→焊前清理及检查→焊接→焊缝清理及无损检测
2.2施工要点
2.2.1施工前准备
技术人员对参与钢衬里壁板安装施工的作业人员进行施工前的培训及交底。参与壁板安装焊接施工的焊工应取得《民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定》HAF603相应的焊接资格。
施工前，组织开展焊接工艺评定，并编制相关施工方案、程序、工艺等技术文件。
2.2.2钢衬里壁板组对
根据钢衬里壁板布置图将每块壁板布置在相应的位置，先调整其中一块板的垂直度和位置，并进行环缝的定位焊，以此板为基准组对两侧壁板立缝，组对时应同时调整单块板上口的垂直度和下口的环缝，两者都符合要求后再调整与相邻壁板的立缝，最后一块板留有余量，其立缝不组对，用作“伸缩缝”。采用间隙板和加强肋上的调整装置（见图3）调整立缝的焊缝间隙，在下口部位用间隙板（见图4）保证环缝的焊缝间隙，间隙板每隔300~500㎜设置一个，根据壁板的局部平整度可缩小至200㎜。安装过程中利用全站仪通过对每一块壁板上口的测控点进行监测，通过加强肋上的调整装置调节壁板的垂直度（见图3）。
图3 壁板安装调节装置示意图 图4 壁板安装焊缝间隙调整示意图
采用E5018－1 Ф3.2mm直径的碳钢焊条进行钢板定位焊缝的焊接，定位焊缝高度为3～4mm，长度不小于40mm，间距为300mm。
2.2.3焊前清理及检查
焊接前应将待焊区域及坡口附近20mm范围的铁锈、油污、氧化物等进行机械打磨及清理。
用温湿度计检查焊接区域环境的温湿度，焊接环境温度低于0℃但不低于－10℃时，应使用氧乙炔气(或其他加热措施)进行加热，确保接头焊接处各方向不小于100mm范围内的母材温度不低于20℃，且在焊接过程中不应低于这一温度。焊接作业区的相对湿度大于90%，或钢衬里壁板表面潮湿或暴露于雨、冰、雪中，严禁焊接。
2.2.4焊接
采用HS-TIG-BUG-Ⅱ型自动焊焊机、ZX7-400S型直流焊机进行壁板的焊接施工，按照焊机的操作规程进行焊机调试及轨道铺设后，焊工须对焊机进行空载试运行，严格按照焊接工程师选定的焊接工艺参数进行焊接，并做好施焊记录。
立缝采用由上至下分段退焊法进行焊接，先焊接外侧（安全壳一侧）焊缝，外侧焊缝焊接完成后进行内侧焊缝的焊接,为防止焊接变形，内侧焊缝焊接过程中采用防变形工装进行加固。
立缝焊接完成后（伸缩缝除外）进行环缝的组对、焊接，环缝焊接时，由数名焊工均布在圆周上同时进行逆向对称分段退焊法施工，最后进行伸缩缝的焊接。
焊接过程中须严格控制层间温度(≤200℃)。
2.2.5焊缝清理及无损检测
钢衬里壁板安装自动焊结束后，对焊缝进行表面清理或修补，并进行焊缝的无损检测：目视检验（VT）、真空盒检漏（LT）、液体渗透检验验PT、射线探伤（RT）（RT为2%，丁字焊缝为100%，其他检测比例均为100%）
3主要经济效益及社会效益
应用钢衬里壁板安装自动焊工艺后，施工效率、施工质量明显提高，缩短了施工工期，减少了核级焊工的投入，降低了施工成本，缓解了核电大发展对高技能焊工的大量需求瓶颈。
4结论
通过工艺改进，研发了钢衬里壁板安装SMAW+TIG组合自动焊工艺，并成功应用于钢衬里焊接施工，焊接质量、施工效率明显提高，填补了某核电站钢衬里壁板安装自动焊的空白。
参考文献
[1]锅炉及压力容器规范,ASME,1998年.
[2]焊接手册 (第2版),北京：机械工业出版社,2001.8.
[3]民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定,国家环境保护总局，2007年.
[4]民用核安全设备无损检验人员资格管理规定,国家环境保护总局,2007年.
论文作者:徐运波
论文发表刊物:《防护工程》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/26
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