（中国能源建设集团广东火电工程有限公司 广州 510000 ）
摘要：汽水分离再热器（以下简称MSR），是压水堆型核电二回路常规岛“四器一冷”中最关键的组合式、一体化大型设备。台山核电（以下简称台核）MSR采用分部到货形式在现场安装，上封头和筒体需以焊接形式组合成封闭式的容器。在保证MSR上封头现场组装质量的前提下，降低其现场焊接的变形量，保证较高的焊接一次合格率尤为关键。我司采取了有效措施来保证组对质量，控制焊接变形，施工严格按照焊接工艺、预热和热处理作业指导书执行，最终高质高效的完成了台核一期4台MSR上封头现场安装，取得较为理想的效果。
关键词：MSR；一次合格率；控制焊接变形；严格按照
1.概述
台山核电厂为EPR三代核电机组，是目前国内所采用的最新核电技术，为目前世界上单机容量（175万千瓦）最大的核电机组，目前在建一期，共两台压水堆核电机组，远期规划将达到六台发电机组，其MSR也是目前国内项目最大的。台核MSR由ALSTOM设计，东方电气（广州）重型机器有限公司（以下简称东重）制造，每台机组汽轮机厂房设计有两台MSR，对称安装于汽轮机高中压缸两侧，采用立式布置，吊装及安装难度增大。在现场安装时，MSR本体不是以整体的形式到货，而是分为筒体（包含分离器）、再热器第一级管束、第二级管束、上封头以及筒体内部散件五部分到货，故现场安装时需要对MSR本体进行组装，设计标准为ASME标准。上封头和筒体需以焊接形式组合成一个封闭式容器，其焊缝直径达5800mm，大壁厚且两侧壁厚不等，组对时存在张口、错边等缺陷，我司采取了有效的工具和措施进行组对，施工过程严格按照焊接工艺参数和要求执行，规范焊接操作方法，合理的人员分布及焊接顺序，有效的预热和焊后热处理措施，减少了张口、错边等带来的影响，焊接变形得到了有效控制，且保证了较高的焊接一次合格率。最终两台机组4台MSR整体射线检验一次合格率达到98%以上，其余各项检验均符合ASME标准，各项试验顺利达到设计、东重和业主的要求，台核MSR现场组装焊接取得了圆满成功，获得了业主及东重的一致赞可。
2.MSR上封头焊接形式和焊材使用
MSR上封头形似一个拱顶，在现场和筒体以焊接形式组合，形成一个封闭式容器，详见图1。上封头规格：φ5800×50mm，筒体规格：φ5800×42mm，材质均为SA516 Gr70，上封头侧适当削边后与筒体以对接形式焊接，坡口形式为U型坡口，详见图2。 MSR焊接所使用的焊材为E5015，由东重直接提供，此焊材按照东重验收规范进行验收，焊材入库、烘焙及发放管理都严格按要求进行，专人管理、专人发放，避免现场焊材使用不当，影响焊接工艺。
3.控制难点分析
台核MSR安装执行较为严格的ASME制造标准，采取现场组装形式，由于上封头和筒体壁厚不一致，且如此大的部件其生产成型也不可避免的出现形变，为不规则圆。在现场组对时，上封头与筒体的组对坡口出现张口、错边量大等缺陷，此缺陷将会影响上封头和筒体的现场组装焊接质量，其焊接变形也不可忽视；坡口为U型坡口，外侧焊接完成后，内侧需进行清根后再进行焊接，施工空间狭窄，且焊接过程内外持续加温，内部有限空间内温度难扩散，作业难度加大；筒体和上封头板材厚，受热难以均匀。众多因素影响焊接变形和焊缝质量，如果焊接一次合格率偏低，将大大增加相应的工程成本及影响施工进度，同时也影响到我司的总体企业形象。在保证设备组装质量的前提下，降低其现场焊接的变形量、保证较高的焊接一次合格率是一个比较严峻的问题。
4.工艺实施
4.1工艺参数及相关要求
焊接方法采用手工电弧焊（SMAW），焊接工艺卡、热处理规范、焊工要求以及检验要求均严格按照东重要求执行，具体如下：
①焊接工艺卡，参数见表1
②热处理规范
焊前预热，加热方式：火焰(点焊)、电加热(焊前) ，温度：≥100℃；
焊后热处理，保温温度范围：610±15℃，保温时间：2h~2.5 h，加热/冷却速率：≤120℃/ h。
③焊工要求
按照要求我司安排焊工由东重在ASME标准下进行考核，满足要求后方可授予参与焊接工作，施工前由技术人员进行技术交底。
④检验要求
按照东重检验方案，对口前坡口进行PT检验，焊接完成并打磨清理后进行MT 、UT、 RT检验，以上合格后进行热处理，然后才进行最终的MT 、UT检验 （PT：渗透检验、MT：磁粉检验、UT：超声波检验、RT：射线检验），具体检验步骤与细节按检验方案执行。
4.2工艺要点
①组对措施
针对MSR上封头对口的缺陷问题，我司及时反馈到核电业主、东重、设计方（ALSTOM），组织相关技术人员现场讨论分析。经多方共同讨论后决定采用机械固定的方法，分段使用夹具微量调节坡口间隙和错边余量，先对满足焊接要求的地方用焊条进行点固焊（如图2所示）。而对错边量大的采用装焊加强筋板并用千斤顶对错边量进行调整，对间隙较大的地方进行坡口焊接修复处理，使其满足焊接要求，设置刚性固定加强筋板是对口问题顺利实施的重要措施，坡口调整合格后再点焊，焊缝长度在50~100mm之间，点焊间隔约300mm，焊缝厚度为5~6mm，点焊顺序根据实际错口情况与对口调整位置而定，需调整区域可适当加长点焊焊缝长度和增加点焊厚度。点焊或坡口焊接修复前必须对其附近母材区域采用火焰加热方式充分预热，且适当增加预热范围和时间，温度保证不低于100℃，加热范围不小于坡口两侧各100mm。实施过程由专人监督，配备红外测温仪随时监测点焊温度。点焊完成后拆除夹具和一部分加强筋板，对点焊和坡口区域打磨合适后再统一进行渗透检验，合格后方可进行下一步操作。
②预热措施
严格按照热处理作业指导书的要求执行，采用整体电加热的方式预热。考虑到上封头和筒体板材厚，范围广，散热快且受热难以均匀，决定采取增加受热范围、热电偶的数量的措施，使得升降温有效、平稳。实施时在坡口两侧大约100mm范围外缠绕一定数量的绳式加热器，加热宽度不低于100mm。再用保温棉进行隔热防护处理。加热器的调节温度按筒体坡口两则90mm范围内的温度不低于100℃为准，建议保持在130~150℃之间，升温过程安排专人配备红外测温仪随时监测坡口及附近两侧母材温度。当整体预热温度平稳一段时间后，才统一要求焊工同时开始焊接。
③控制焊接变形
焊接安排A、B、C、D四名焊工相隔90度位置分布同时进行焊接作业，每个焊工均按各自区域的数字序号顺序进行焊接，如图3所示，由专人全程监督及指导工艺实施，适时对焊接变形量的监控，根据实际状况及时采取措施。四名焊工应尽可能同步，避免受热不均匀产生变形或增加应力；每层焊缝全部焊接完毕后，打磨并检查合格后，再开始下一层的焊接；每层道之间的搭接处要错开10~15mm，起弧及收弧点需要有效错开；外侧焊缝全部完成后，再到内侧进行焊缝清根，打磨深度为4~6mm。若使用碳弧气刨进行清根，则必须保证预热温度达到100~150℃之间，碳弧气刨后必须用砂轮机打磨去除约1.5mm厚的气刨区域渗碳层直至露出金属光泽；清根完成后，PT检验无缺陷后再进行根部焊缝的施焊；所有焊缝完成后，自然冷却后拆除加热及保温设备，打磨清理焊缝至符合无损检验要求，焊工先进行自检，随后由QC人员按照东重检验方案进行目视检验，合格后进行MT检验，检验合格后进行UT和RT检验，以上检验均合格后，焊缝将进行焊后热处理；
④焊后热处理措施
严格按照热处理作业指导书的要求执行，采用整体电加热的方式进行焊后热处理，跟预热措施一样是采取增加受热范围、热电偶的数量的措施，使得升降温有效、平稳。热处理作业人员熟练掌握热处理作业必要的规范标准和硬性参数要求，结合自身丰富的热处理作业经验，采用专用热处理包炉工装，也通过合理的包炉工艺，保证了热处理作业标准化、规范化。通过前期全方位的准备和预见，热处理作业一气呵成，一步到位，其经典规范的热处理曲线意示着热处理作业取得了圆满成功，热处理完成48小时后，重新进行MT和UT检验。
5.检验结果
台核一期四台MSR上封头现场组装在保证质量的前提下，组合尺寸均符合要求，焊接变形也得到了有效控制，上封头环焊缝全部顺利焊接完成，总RT检验拍片244张，其中241张合格，整体射线检验一次合格率为98.8%，其他检验顺利一次检验合格，达到设计、东重和业主的要求，台核一期MSR上封头现场组装焊接取得了圆满成功，获得了业主及厂家的一致赞可。
6.结束语
我司结合技术及施工人员对MSR上封头的安装过程进行了探讨，总结了其焊接顺利通过的几个重要因素：
①对于大型压力容器的现场组装焊接，在焊缝处设置刚性固定加强筋板是保证顺利组对和焊接变形得到有效控制的重要措施；
②对于大型厚壁部件焊接其预热和热处理方式采用整体电加热方式，适当增加受热范围和热电偶的数量对控温的有效平稳，受热均匀起到关键作用，保证焊接的质量，有助内应力的释放，可减少及避免产生焊接裂纹、气孔等缺陷；
③合理分配焊接人数，采用对称同步进行焊接方式，多层多道焊的方法，是控制焊接变形的重要且有效措施；
④焊接过程中严格按照工艺参数实施执行，由专人全程监督及指导工艺实施，监控温度、适时对焊接变形量的监控，根据实际状况及时采取措施，避免焊接完后变形量大及内部质量的不可控。
以上总结为台核后续工程和今后同类型机组MSR上封头安装提供经验和借鉴。
参考文献：
[1]陈祝年，焊接工程师手册[M],北京:机械工业出版社,2002.
[2]付荣柏 焊接变形的控制与矫正[M],北京:机械工业出版社,2006.
[3]张金玲, 苗金. 核电机组中的汽水分离再热器(MSR)[J]. 汽轮机技术, 1994(4):208-211.
作者简介：
梁准鹏，男，汉族，1987年4月出生于广东佛山。现就职于中国能源建设集团广东火电工程有限公司，自2009年至今先后参与岭澳核电二期、台核一期的建造，主要从事焊接技术管理工作。
论文作者:梁准鹏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/12
标签：封头论文; 作业论文; 点焊论文; 核电论文; 焊工论文; 现场论文; 措施论文; 《电力设备》2017年第22期论文;