摘要：控制棒驱动机构是核电站关键设备之一，其Ω密封焊缝会因泄漏而发生硼结晶，威胁核电站的安全稳定运行。本文分析了AP1000 Ω密封焊缝结构改进及焊接难点，提出焊接过程中的质量控制措施，提高该焊缝的焊接质量，避免Ω密封焊缝发生泄漏，具有重要意义。
关键字：AP1000；控制棒驱动机构；Ω密封焊缝；核电站
Quality Improvement and Control Measurements for AP1000 Control Rod Drive Mechanism Ω Weld
HE Qiu-liang
(Sanmen Nuclear Power Company; Procurement Department; Taizhou, Zhejiang)
Abstract: The control rod drive mechanism is one of the key equipments in nuclear power plant, and the Ω seal weld will produce boron crystallization due to leakage, which threatens the safe and stable operation of nuclear power plant. This paper analyses the improvement of Ω seal weld and the welding difficulties, and proposes the quality control measures in welding process to improve the welding quality of Ω seal weld to avoid leakage by structural optimization of AP1000 CRDM Ω seal weld, has important significance.
Keywords: AP1000, Control Rod Drive Mechanism（CRDM）; Ω Seal Weld ; Nuclear Power Plant
1.引言
控制棒驱动机构（Control Rod Drive Mechanism，简称CRDM）是一种磁力提升式步进机构，是反应堆主回路系统主要设备之一，也是反应堆本体唯一的动设备。CRDM Ω密封焊缝作为一回路压力边界，对焊缝材质、焊缝质量均有很高的要求。
2.AP1000 CRDM Ω密封焊缝结构
2.2.11233.13.2
图1 Ω密封焊缝位置及坡口尺寸
Fig.1 Ω Seal Weld Location & Dimension
AP1000 CRDM通过设计改进优化减少了高风险的Ω焊缝的数量，对最终保留的一道Ω焊缝也提出更高的设计、制造要求。AP1000 CRDM Ω焊缝位置及坡口尺寸如图1所示。
图2 M310堆型CRDM三道Ω密封焊缝示意图
Fig.2 3 Ω Seal Welds of M310 CRDM
与M310机组相比，AP1000机组CRDM的Ω密封焊缝在结构上有以下改进：
（1）密封壳体组件与顶盖贯穿件采用双金属全焊透对接焊缝（316不锈钢与690镍基合金,见图3）代替了原来采用的螺纹加Ω焊缝结构；
图3 AP1000密封壳组件 图4 行程套管底部排气孔
Fig.3 Seal Housing Assembly Fig.4 Bottom Vent in Travel Tube
（2）驱动杆行程套管组件由原来的驱动杆行程套管与端塞的螺纹连接加Ω焊缝结构改为驱动杆行程套管盲孔结构，并在行程套管底部加开了单壁穿透排气孔，如图4所示。
钩爪壳体与行程壳体组件还是采用螺纹连接加Ω焊缝的结构。上述两处变更，将原先三处Ω焊缝减少到一处（取消了传统CRDM上、下部Ω密封焊缝）。
3.AP1000 CRDM Ω密封焊接过程的质量控制措施
1233.1Ω焊缝焊接难点分析
国内运行核电厂CRDM的三道Ω焊缝要么在现场焊接，要么在CRDM制造厂家完成。而AP1000机组Ω焊缝要在压力容器制造厂进行焊接，对压力容器制造厂来说是首次进行Ω焊缝的焊接工作。同时采用φ0.9mm的ER 308L不锈钢焊丝GTAW填充焊技术，在国内属首次实施。再加上Ω焊缝本身结构特点，使其在焊接过程中存在如下难点：
（1）坡口间隙变化大，对于GTAW填丝焊，坡口间隙的微小变化很可能导致未熔合、未焊透、咬边、穿丝等焊接缺陷；
（2）填壁厚薄，焊缝母材壁厚为2.29～2.41mm，如此薄的壁厚，由于填丝焊不如填充环形式焊接稳定，极易在起弧阶段、电流波动或坡口间隙不均等情况下，发生熔穿现象；
（3）需要单面焊双面成形，背面气体保护困难，不能深入氩气保护罩或进出管接头。需采用特制气体保护罩通过焊缝间隙充入腔内，对送气时机、送气位置等均要求严格；
（4）要求必须采用填丝焊方式进行焊接。国内以前都是采用的填充环的方式进行焊接。与填充环焊接方式相比，填丝焊的难点在于：填充焊丝受干扰因素较多，如送丝设备的稳定性（包括摩擦力、扰动等各种干扰因素）、送丝位置对坡口间隙的适用性等，由于干扰因素多，给焊接过程的稳定性造成极大风险，易发生塌陷；
（5）无法进行体积检验，只能通过过程控制、辅之水压试验、外表面PT进行质量控制；
（6）Ω焊缝要求可以切割重焊两次，以便于CRDM现场更换/修复，因而工艺评定时需进行切割重焊试验；
（7）操作空间极为狭小，焊缝成形情况不易观察。
3.3.13.23.2焊接质量监督
3.2.1焊前准备
制造厂在充分分析Ω焊缝结构特点的基础上，经过对200多件模拟件的焊接练习，使焊接操作工熟练掌握这一焊接技术，并在练习过程中对Ω焊缝焊接难点提出了有效解决措施：
（1）针对无内置保护气渠道的实际产品结构，确定了前置内通保护气装置原则；
（2）针对填丝焊易发生穿丝、未熔合等缺陷特点，经过反复调试，确定了采用后置送丝的方式进行焊接；
（3）针对上述提出的各项干扰因素，如：焊接间隙，焊接电流参数，送丝参数等，确定了一套非常稳定的焊接参数；
（4）焊接操作工通过模拟件焊接，熟练掌握焊接方法。
3.2.2焊接过程的质量监督
（1）待焊坡口表面进行液体渗透探伤，确保坡口表面无缺陷。焊接前，对于坡口表面应清洁干净，不允许存在油脂等影响焊接质量的杂质；
（2）钩爪壳体组件、行程壳体组件制造及焊接过程满足清洁度要求，保证氯离子等易促进应力腐蚀的有害元素残留值在限值以下；
（3）注意焊接车间清洁，特别是制造厂的碳钢部件、设备较多，注意防止碳钢粉尘对不锈钢部件的污染，诱发应力腐蚀；注意防止碳钢工具不恰当使用在不锈钢上；
（4）焊接过程关注焊接参数的稳定性，控制好层间温度，以控制焊接残余应力；
（5）关注坡口间隙，保证坡口间隙满足要求后再进行焊接；
通过采取以上措施，国内制造厂首次对AP1000 CRDM Ω密封焊缝的焊接质量得到了保证，不仅积累了宝贵经验，也为国内同行业制造厂家提供了可借鉴经验案例。
4.结论
AP1000 CRDM Ω密封焊缝经过设计改进和结构优化，减少了高风险的Ω密封焊缝数量，从而降低发生硼结晶泄漏的概率。为了获得高质量的Ω密封焊缝，制造过程中的质量监督和质量控制就显得尤为重要。
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论文作者:何秋良
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/22
标签：控制棒论文; 间隙论文; 机构论文; 壳体论文; 结构论文; 套管论文; 行程论文; 《电力设备》2017年第28期论文;