中国核工业第五建设有限公司 上海 201512
摘要：本文通过对AP1000波动管焊接标准规范、方案程序研究的基础上，结合现场施工情况，对波动管焊接施工要素及焊接过程提出了控制要求，对可能出现的焊接施工质量问题进行了分析，并提出了预控措施，能对后续AP1000波动管焊接施工质量控制提供借鉴。
关键字： AP1000波动管，焊接，质量控制
1、 AP1000核电站波动管简介
AP1000核电站反应堆冷却剂系统波动管（简称波动管）是除主管道外最重要的安全1级管道，由五段长度不等的超低碳不锈钢TP316LN锻造无缝弯管组成，管径φ457.2×45.2mm，将反应堆冷却剂系统主管道的热段L001A与稳压器下封头连接起来，整个波动管以最小2.5°角的坡度保持连续向上，其整体结构呈空间螺旋上升形状，降低了管道的交变应力的疲劳累积使用因子。
2、 AP1000波动管焊接工艺分析
2.1 波动管焊接工艺介绍
根据波动管焊接方案以及波动管焊接工艺规程，波动管焊接设备为采用加拿大LIBURDI公司GT-Ⅵ型焊机电源和美国PCI公司窄间隙焊机机头，该套设备包括焊机电源、触屏操控系统和遥控器、焊接机头和轨道、可编辑逻辑控制器PLC箱，具有性能稳定、操作简单、适用管径范围宽等优点。
2.2 波动管焊接质量控制难点
（1） 焊接变形及焊接应力控制
波动管以不小于2.5°角度连续向上形成空间螺旋结构，最后三道焊口属于刚性固定焊口，焊接过程中会产生焊接变形及焊接应力，如何控制变形及降低焊接应力，是焊接质量控制的重点。
（2）层间温度及热输入控制
波动管焊接时间持续时间长，总体热输入量大，波动管焊接过程中容易产生热裂纹，所以层间温度及焊接热输入控制是整个焊接施工的重点控制内容。
3、 波动管焊接施工前质量控制
波动管焊接施工前质量控制表见表1，包括检查要素、验收标准、依据的方案程序、检查时机、检查方法及工具等。
表1 波动管焊接施工前质量控制表
4、 波动管焊接施工过程质量控制分析
4.1 坡口检查清理工序质量控制
AP1000核电波动管坡口加工尺寸要符合图纸APP-PL01-V8-001 Rev.3及技术规格书CPP-PL01-VW-203，坡口尺寸见图1。坡口加工后要对加工表面进行100% VT+PT检查。
图1：波动管坡口尺寸图
4.2 组对点焊工序控制
波动管在吊运和组对时应避免坡口碰伤，点焊时应严格检查焊工资质以及焊接参数与WPS的符合性。
组对焊口时不允许强行对口，组对及点固过程中，为调整组对参数需要而进行外力调整时，可采用橡皮锤从母材侧壁进行敲打，严禁用金属榔头或其它硬物进行调整。
组对完成后点固工装区域要进行标识，确保点固工装去除后仍可进行跟踪、识别；点焊焊缝不得有裂纹、气孔等缺陷；装配间隙检查，装配间隙0-2mm。装配间隙使用塞尺（楔形或普通类型）进行验收；错边不得大于0.8mm。
4.3 变形监控措施检查与控制
4.3.1 横向收缩变形控制
为确保波动管焊接前后的管道水平度或垂直度基本一致，在波动管焊口点固焊并检查合格后，应对所有焊缝在焊接前建立波动管焊缝横向收缩量监测装置。
（1）变形测量点位置
波动管焊缝横向收缩量测量点分别处于12点、3点、6点、9点钟位置，每个钟点位置测量1组点，如图2所示，1-1¢对称分布，各点与坡口外端面距离为80mm。
图2 横向收缩测量点分布
（2）测量时机
焊口横向收缩量测量包括五个阶段：焊口组对点固焊完成后；热焊层焊接完成后；焊缝填充金属厚度达到约15mm；焊缝焊至约50%厚度；焊缝焊至100%厚度。
（3）测量人员及测量工具控制
测量人员经过方案交底，清楚测量要求及测量流程，能够熟练使用测量工具。现场采用非数显游标卡，检查游标卡尺的的标定有效日期。
（4）测量控制要点
每道焊口的横向收缩测量必须定人、定检查工具进行测量，以保证测量数据的一致性，避免检查要素的改变导致测量数据的不稳定。
（5）数据偏差及处理
每个阶段测量完成后，如果数据超出预定偏差值时，QC检查员将数据提交焊接技术员进行后续纠偏处理。
4.3.2 端部挠曲控制
为保证最后三道焊口对中要求，应进前三道焊口的端部挠曲变形监控及控制，对SLW004、SLW003、SLW002三个焊口焊接时建立管段挠曲变形监测装置。
（1）变形测量点位置
固定焊口的较短的一段，使另一端在焊接过程处于自由状态，在处于自由状态的一段非焊接端设置包括4只百分表及固定表架组成的监测仪，百分表分别安装在A1、A2、A3、A4点位置，见图3所示
图3 百分布分布
（2）测量时机
根据波动管焊接方案要求，每层焊接完成后，均需对百分表进行测量，记录数据变化。
（3）测量人员及测量工具控制
测量人员经过方案交底，清楚测量要求及测量流程，能够熟练使用测量工具。检查现场用百分表是否在标定有效日期内。
（4）测量控制要点
百分表均是固定在框架上，如果人员来往时碰到框架极易造成百分表数值的变化甚至损坏百分表，所以现场一定要求施工队有效隔离保护框架，保证百分表数据的真实准确性。
（5）数据偏差及处理
除打底及热焊层外，当百分表测量值超出允许偏差时，QC检查员将数据提交焊接技术员进行后续纠偏处理。
4.4 焊缝背面充氩工序控制
充氩焊口组对结束后，准备焊接之前，为了保证焊缝背面成型和焊缝质量，在波动管内部安装充氩保护装置，直到焊缝熔敷金属大于15mm后方可停止充氩。
根据焊接工艺要求，背面氩气流量为：15-20L/Min，在充氩过程中要检查氩气流量是否符合要求，充氩效果应保证焊接区域里的空气被排除干净，利用测氧仪测量焊接区域氧气含量小于1%，充氩工序完成后要检查现场充氩装置是否取出（15mm厚度RT检测合格后可以取出充氩装置）。
4.5 焊接过程控制
现场焊接时焊工资质胸卡（ASME、HAF）、WPS、施焊单以及ITP均需放在现场，以便焊工参考，以备检查及验收需要；
焊接过程中每层均需核实焊接参数（电流、电压、焊接速度）是否符合WPS要求，以确保焊接过程的线能量不超过规定值；
焊接检查员每个班次至少抽查二次焊接过程参数，每班结束前及时焊接过程记录的完整性，并在焊接过程记录上签字每道工序完成后必须及时消点签字。
4.6 最终焊缝打磨抛光控制
打磨过程中就检查打磨工具是否为不锈钢专用工具，控制切削速度和切削量，防止部件过热，避免材料处于敏化温度区间，打磨时严禁减薄局部壁厚。
为满足在役焊缝体积检测，波动管焊接完成后应对最终焊缝表面进行打磨及抛光，经过打磨后的表面粗糙度应小于3.2μmRa，完工焊缝余高应为0-1.6mm。
结束语：本文通过对波动管焊接施工要素的要求与控制基础上，进而分析波动管焊接施工中各工序的控制难点，并提出了检查要求与控制措施，通过精心的施工前准备工作以及后续的严格施工控制，能够确保AP1000波动管的焊接施工满足标准、设计及技术规格书的各项要求，保证波动管的焊接质量，为后续AP1000波动管的焊接质量控制提供参考。
参考文献：
[1]孙汉虹 第三代核电技术 中国电力出版社 2010
[2]ASME Ⅱ卷/Ⅲ NB分卷/Ⅴ卷/Ⅸ卷 美国机械工程师协会
[3]HAF 601民用核安全设备设计制造安装和无损检验监督管理规定
论文作者:苏军
论文发表刊物:《建筑科技》2017年9期
论文发表时间:2017/10/18
标签：测量论文; 百分表论文; 质量控制论文; 过程论文; 工序论文; 数据论文; 横向论文; 《建筑科技》2017年9期论文;