核電站不銹鋼貯罐焊接變形控制

賈連斌

摘要：不銹鋼換料水箱由于材料的焊接特性和換料水箱結構特點等因素，導致換料水箱焊接過程中焊接變形不容易控制。因此，必須嚴格控制焊接過程的每個環節，如板材的預制加工、組對焊接等，嚴格執行焊接工藝參數及焊接順序。按照提出的焊接變形控制方法。

關鍵詞：核電站；不銹鋼貯罐；焊接

1 換料水箱簡介

1.1 換料水箱功能

換料水箱在核電廠的功能是在停堆換料時向反應堆換料水池中充水。在反應堆裝置出現失水事故的意外情況下，換料水箱為安全噴淋系統（EAS）和安全注入系統（RIS）提供所需的含硼水。

1.2 換料水箱設計要求

換料水箱的核安全等級為2級，質保等級為QA1，清潔度等級為 A1 級的核安全設備，主體材料為00Cr19Ni10（304L），焊接材料為E308L，有效容積1600 m3，設計壓力為常壓。

1.3 換料水箱組成

該水箱為圓筒立式貯罐，由一個球冠形封頭（上封頭）、一個由7 段不同壁厚壁板焊制成的圓柱形筒體、一個平封頭（下封頭）、檢修平臺和梯子組場拼裝采用倒裝法。通過帶緊線路的水平拉桿，將均布設立在貯罐筒壁內側的數根起吊立柱和罐體中心的平衡柱點焊固定在壁板上，并與下口的脹圈、組合叉鉤及手拉葫蘆等連接在一起以形成吊裝能力。

2 產生焊接變形的原因

焊接過程中，焊縫及其附近的溫度很高，而遠處金屬隨距離增加，熱量傳導遞減，導致構件上溫度分布不均勻，使得不等量膨脹，冷卻后，構件就產生了不同程度的收縮和縱向變形以及橫向變形，造成了構件形狀的改變。貯罐中腹板厚度較薄、面積大、焊縫數量多，如果焊接時焊縫收縮控制不當，易造成底板內部應力分布不均而產生波浪變形，因此采用分散、對稱焊接是控制波浪變形的必要手段。

3 焊接變形控制措施

3.1 環形邊緣板與底層壁板角焊縫的焊接

貯罐底層壁板厚31mm，該T型焊縫為雙面坡口的全焊透焊縫。焊接填充量大，如不加以控制，焊后變形勢必很大，因此在罐壁板吊裝就位后，需在罐內、外側交錯設置三角形筋板（間距lm左右，直角位置倒角以不妨礙焊接為宜），點焊進行剛性固定，待底板全部焊縫完成，冷卻24h后方可去除。

3.2 中腹板的焊接

中幅板焊接時，焊工應均勻分布，由中心向外施焊，先焊短縫后焊長縫。焊接長縫時，應采用由中間往兩端分段跳焊方法（前兩層或三層必須采用分段跳焊法），相距宜300mm。同時焊長縫還必須采用隔縫跳焊法，以便將底板因焊接引起的整體凹凸變形控制到最小程度，無論長縫還是短縫，施焊到末端時應預留出500～800mm的一段暫不焊接。中腹板內側500mm預留焊縫應在中腹板搭接長焊縫完成后進行，中腹板外側800mm預留焊縫應在邊緣板與中腹板之間的搭接焊縫焊接前完成。

3.3 環形邊緣板的焊接

環形邊緣板組焊力一式為加墊板的對接焊，組對點焊時須保證兩邊緣板與墊板緊密接觸，防}卜焊接時出現未熔合等缺陷；在內、外側靠近板頭處分別加引弧板和收弧板，保障端頭焊縫質量，待焊接結束冷卻后切劑去除。焊接時采用隔縫跳焊法，把奇數（偶數）焊縫預留作為伸縮縫，偶數（奇數）焊縫先焊接。在第一層打底焊縫后，將邊緣板對接焊縫與焊接變形相反的力一向墊高160mm左右，施焊力向由外向里分段退焊，在焊接過程中觀察變形大小，逐步調整減少墊起高度，以達到最仕效果。

3.4 環形邊緣板與中腹板之間搭接焊縫的焊接

環形邊緣板與中腹板的連接縫（俗稱最終焊縫）焊接前，應先將中腹板外側800mm預留焊縫焊完，之后將環形邊緣板與中腹板之間的夾具松開，再對最終焊縫進行點焊、焊接。施焊時焊工沿圓周方向均勻、對稱分布，第一層焊道采用分段同步跳焊，其后沿同一方向采用連續焊。

4 焊接工藝參數

焊接熱輸入是影響變形量的關鍵因素。在焊接方法確定的情況下，可通過調節焊接參數來控制制熱輸入，在保證熔透和焊縫無缺陷的前提下，焊接熱輸入盡可能小。換料水箱底板和頂板焊接工藝參數如表 1 所示。

5 焊接變形的控制原則

（1）采用小電流多層多道焊，快速焊接，層間溫度控制在 100 ℃以下，減少敏化溫度區間停留時間，避免晶間腐蝕。（2）先焊收縮量較大的焊縫，使焊縫能夠自由地收縮。（3）先焊在工作時受力較大的焊縫，使內應力合理分布。（4）先焊短焊縫，后焊中長焊縫，最后焊接長焊縫，使焊縫有較大的橫向收縮余地。（5）對于長焊縫，一般采用分段跳焊法；對于環焊縫，焊工對稱分布沿同一方向同步焊接。（6）罐壁縱向、環向焊縫采取雙面焊接，與介質接觸的內側焊縫最后施焊。（7）底板與第一層壁板角焊縫：先焊內側角焊縫，再焊外側角焊縫，打底焊由數名焊工沿周向均布同向施焊。

結束語

核電站大型貯罐質保等級高，焊接質量要求嚴格，在電站運行期間占有舉足輕重的作用，焊接變形雖然容易發生，但通過采取合理的焊接順序、分段退焊和跳焊法、反變形法等綜合措施，有效的控制了焊接變形，保證了核電高標準的焊接質量。

參考文獻：

[1]趙凌燕.核電焊接接頭裂尖力學特征及環境致裂裂紋擴展速率研究[D].西安科技大學，2014.