核電站主管道焊接技術(shù)的分類及應(yīng)用

劉昕迪

【摘 要】核電站主管道是連接主回路壓力容器、蒸汽發(fā)生器和主泵管道，是核反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的主動(dòng)脈，其內(nèi)部流經(jīng)高溫、高壓、高放射性的介質(zhì)，屬于回路承壓邊界。其焊接技術(shù)一直以來(lái)都是核電站安裝工作中的重中之重。本文分析了EPR焊接工藝、CPR焊接工藝以及AP1000焊接工藝，為核電站主管道自動(dòng)焊工藝研究提供了重要的參考。

【關(guān)鍵詞】主管道；自動(dòng)焊；焊接工藝

0 引言

核電站反應(yīng)堆冷卻劑主管道簡(jiǎn)稱核電站主管道，是核電站核島部分的關(guān)鍵部件之一，屬于核安全一級(jí)、QA1級(jí)設(shè)備。連接著反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器和主泵，是一回路反應(yīng)冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的重要組成部分，運(yùn)行中長(zhǎng)期承受反應(yīng)堆冷卻劑的高溫、高壓，其安裝焊接質(zhì)量直接關(guān)系到核電站的運(yùn)行安全。本文將對(duì)現(xiàn)在主要的焊接技術(shù)做一個(gè)整理分析。

1 EPR焊接工藝

EPR核電站主回路系統(tǒng)由對(duì)稱布置的四環(huán)路組成[1]，每個(gè)環(huán)路包括一臺(tái)蒸汽發(fā)生器、一臺(tái)主泵以及相連的主管道冷段、熱段和過(guò)渡段，每個(gè)環(huán)路6個(gè)現(xiàn)場(chǎng)焊口，一共24個(gè)。

1.1 施工邏輯分析

EPR主管道焊接實(shí)施涉及壓力容器、蒸汽發(fā)生器、主泵以及主管道回路設(shè)備，包含測(cè)量計(jì)算、坡口加工引入組對(duì)和焊接等工作[2]，各項(xiàng)工序具有嚴(yán)格的邏輯關(guān)系。EPR主管道由于采用自動(dòng)焊工藝，其施工邏輯有了較大的改進(jìn)。

1.2 施工工藝分析

自動(dòng)焊工藝組對(duì)間隙要求為0-1mm[3]，相比傳統(tǒng)手工焊1-4mm更為嚴(yán)格。因此，EPR核電站主管道施工引入了工裝，以實(shí)現(xiàn)主管道的精確調(diào)整和組對(duì)，因此需要通過(guò)對(duì)主設(shè)備竣工尺寸進(jìn)行精密測(cè)量；另外，為盡量消除安裝公差對(duì)主管道組對(duì)影響[4]，主管道在組對(duì)調(diào)整過(guò)程中，需通過(guò)緊密測(cè)量嚴(yán)格控制設(shè)備安裝位置，以滿足自動(dòng)焊組對(duì)的要求。

2 CPR1000焊接工藝

CPR1000焊接工藝[5]采用二代加一回路百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電站技術(shù)路線。一回路系統(tǒng)通過(guò)主管道將反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、主泵、穩(wěn)壓器連接構(gòu)成3個(gè)封閉的環(huán)路[6]。

2.1 焊接工藝評(píng)定

通過(guò)分析產(chǎn)品焊縫的母材材質(zhì)、規(guī)格、坡口形式、焊接位置及焊接方法，主管道工藝評(píng)定母材選用與產(chǎn)品同鋼號(hào)，且母材硼含量小于0.0018%，氮含量小0.08%的不銹鋼材料；由于主管道屬于大壁厚管道，采用氬弧自動(dòng)焊，坡口形式加工為窄間隙[7]U型。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)焊接

CPR1000 壓水堆核電站每個(gè)環(huán)路由熱段、過(guò)渡段和冷段組成，熱段連接壓力容器和蒸汽發(fā)生器；過(guò)渡段連接蒸汽發(fā)生器和主泵泵殼；冷段連接主泵泵殼和壓力容器[8]。每個(gè)環(huán)路現(xiàn)場(chǎng)焊口8道，3個(gè)環(huán)路共有24道焊口。3個(gè)環(huán)路的焊接順序及焊接施工活動(dòng)彼此不受影響，可以同時(shí)開(kāi)展焊接活動(dòng)。

3 AP1000主管道焊接工藝

3.1 AP1000核電站主回路介紹

AP1000核電站主回路系統(tǒng)分2個(gè)環(huán)路組成，包括1條熱段和2條冷段，穩(wěn)壓器通過(guò)波動(dòng)管與1環(huán)熱段相連，每個(gè)環(huán)路有6道主管道焊口，每臺(tái)機(jī)組共12道焊口[9]。

3.2 AP1000核電站主管道安裝施工邏輯

AP1000主管道的安裝施工邏輯順序：1）壓力容器、蒸發(fā)器、主泵泵殼、主管道就位；2）主管道壓力容器側(cè)焊口坡口檢查，焊口組對(duì)，內(nèi)部使用點(diǎn)固塊進(jìn)行固定；3）RV側(cè)焊接至主管道壁厚50%，并執(zhí)行相應(yīng)的過(guò)程檢查；4）SG側(cè)測(cè)量定位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合切割，加工坡口；5）坡口檢查，焊口組對(duì)，點(diǎn)固焊，焊接至約50%厚度，執(zhí)行過(guò)程檢查；6）焊接RV側(cè)焊口50%～100%，焊接SG側(cè)焊口50%～100%[10]。

3.3 AP1000核電站主管道焊接過(guò)程

AP1000核電站主管道冷段每道焊口由三部分組成[11]，熱段焊口由四部分組成。其中冷段焊縫組成包括根部焊道、填充層焊道、蓋面層焊道，熱段焊縫組成包括根部焊道、內(nèi)部填充焊道、填充焊道、蓋面焊道。焊接組對(duì)要求：組對(duì)間隙0～2mm，內(nèi)錯(cuò)邊量0～0.8mm。

4 結(jié)語(yǔ)

在焊接順序上，EPR沿用的是蒸汽發(fā)生器引入前，其他焊口全部焊接完成，然后引入蒸發(fā)器，最后進(jìn)行蒸汽發(fā)生器出入口焊接；CPR沿用手工焊工藝下主要設(shè)備安裝邏輯。

三代核電EPR與AP1000核電站中的主管道采用窄間隙坡口設(shè)計(jì)，具有減小焊接殘余應(yīng)力和變形、提高焊接質(zhì)量、減少填充量、降低生產(chǎn)成本的優(yōu)點(diǎn)。主管道自動(dòng)焊工程技術(shù)的成功研發(fā)與應(yīng)用是我國(guó)核電工程建設(shè)領(lǐng)域的一項(xiàng)自主創(chuàng)新成果。主管道自動(dòng)焊技術(shù)滿足了批量化建造核電站的需要，該技術(shù)對(duì)提升核電站主管道焊接質(zhì)量，提升電站安全性，提升施工效率有重要價(jià)值。

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