核電站不銹鋼水池覆面薄板焊接變形控制

何云志 賈海濤

【摘要】本文主要闡述了不銹鋼薄板采用手工氬弧焊拼接的焊接控制措施，以核電站不銹鋼水池為例，對出現的薄板焊接變形問題進行分析總結，提出了針對性的解決方案。

【關鍵詞】核電；不銹鋼薄板；焊接變形；控制

1、引言[1]

對于薄板焊接，由于其自身拘束度小，焊接時熱量稍大就會嚴重變形，變形量的大小直接影響工程質量的好壞，不銹鋼薄板的拼接焊接更要嚴格控制線能量的輸入和采取行之有效的措施，才能滿足標準規范要求。

為了合理控制施工工期，國外某ACP1000堆型核電項目取消了常規的堆腔不銹鋼水池“后貼法”施工工藝，創新采用了模塊化整體吊裝的“先貼法”施工。覆面鋼板厚度僅為3mm，且面積較大，加上手工氬弧焊的焊接效率和質量對人為因素依賴性較大，焊接過程中容易因主觀因素產生焊接變形和缺陷[2]。故該構件預制過程中，需采取措施，控制焊接變形，提高焊接效率，保證焊縫質量。

該不銹鋼水池覆面的焊接變形為施工的核心控制因素，本文將從人員、機具設備、施工工藝和工裝等四個方面闡述不銹鋼薄板的焊接變形質量控制。

2、工程概況

堆腔不銹鋼水池覆面模塊為不規則的七邊形截面柱狀體。依據其結構特點，其模塊設計專用的胎膜框架，以滿足吊裝要求，同時作為外側墻體砼澆注模板使用。

不銹鋼覆面模塊由6個子模塊、封口鋼架和內部支撐鋼架組成，每個子模塊由不銹鋼覆面、內框架支撐模板、外側固定胎膜三部分組成。

3、施工難點

堆腔不銹鋼水池模塊化工藝在核電領域的首次應用，存在很多不可預知的施工風險。該模塊每面墻的不銹鋼覆面需要在車間預先由若干個小塊拼焊成一塊大覆面模塊，即使很小的熱輸入，也易造成波浪變形和角變形，同時因覆面背后的龍骨角鋼較單薄，在焊接作用下，本身也發生變形，因此使得覆面模塊的焊接變形控制比較困難。

4、焊接變形控制要點

焊接變形主要從人員（焊工技能）、機具設備（焊接設備、外胎膜）、施工工藝（鋪貼、焊接工藝）和工裝（剛性固定）四個方面進行控制。對于3mm不銹鋼薄板覆面加工制作來說，人員、施工工藝和工裝是影響焊接變形的關鍵因素。

5、焊接變形控制措施

根據設計技術規范要求，覆面板必須安裝在由兩平行平面所限定的區域內，兩平面距施工圖規定的理論距離為允許偏差±10mm，局部偏差為在任何方向沿1米長度測量時，不應超過±5mm；在相鄰兩覆面板的焊縫連接處，兩板間的水平坡度不應超過1/20，任何一側的錯位偏差不應超過0.8mm。但當采用有墊板焊接時，兩塊鋼板的錯位偏差可忽略不計。為滿足要求，需從以下四個方面控制焊接變形。

5.1焊工技能

依據國家核電法規，施焊焊工資格須經過HAF603規定的考試認證，方能上崗。因此制定了專項考試培訓計劃，要求參與考核的焊工參加至少三個月的培訓，通過全部HAF603規定的認證考核。

為保證焊縫質量，焊工均要進行模擬試驗件的焊接，焊完后進行無損檢測，檢測合格的焊工為最終施焊人員。并且做好行技術交底，使其掌握不銹鋼薄板的施工要領和相應技術要求。

焊接過程中，對合格率進行實時分析統計，若出現波動，及時查找分析原因，制定相應的解決措施。

5.2施工機具和設備

施工機具設備是影響焊接變形的關鍵因素，因此對焊接設備、槽鋼外胎膜等方面進行要求，保證不銹鋼覆面的加工制作質量。

對于焊接設備，定期對焊接電源檢驗標定，保證電流輸出精度；正式施焊前，檢查焊接附屬構件是否完好，工作是否順暢，及時更換損壞的零件、修復故障。

根據背肋角鋼的定位，制作用于固定不銹鋼覆面、使其能保持剛性平面的槽鋼外胎膜，必須保證胎膜的平整度和尺寸精度。槽鋼采用背靠背方式布置，沒有背肋角鋼的位置采用單槽鋼。

5.3施工工藝

施工工藝是影響不銹鋼薄板焊接變形的核心要素，通過總結以往施工經驗和大量的焊接試驗，從不銹鋼覆面鋪貼和焊接工藝兩方面進行控制，減小焊接變形量。

5.3.1 不銹鋼覆面鋪貼

根據設計文件和標準規范要求，在槽鋼外胎膜上定位放線，將背肋角鋼依次鋪貼在胎膜上，完成后進行垂直度和水平度檢查。

背肋角鋼鋪貼時先點焊固定，整體拼接完成后，整體平整度及幾何尺寸檢查合格，再進行角鋼焊接。

背肋角鋼鋪貼完后，根據圖紙要求在槽鋼外胎膜上確定邊緣覆面板的邊線位置，然后進行背肋角鋼上不銹鋼覆面的鋪貼。鋪貼完成后及時固定，搭接在背肋角鋼位置的覆面點焊固定，在覆面板上施加配重塊壓實，搭接在邊緣處不銹鋼條上的覆面用不銹鋼角鋼壓合固定，保證整塊覆面形成閉合區域。

5.3.2不銹鋼覆面的焊接工藝[2]

焊接變形的原因是局部加熱不均所引起的，因此控制措施主要是減少焊接熱量和使受熱盡量均勻。

對接焊縫進行打底焊時采取對稱施工，有5條焊縫，需要5名焊工，先打底長焊縫，從焊縫中部向上打底，完畢后從中部向下打底，進度不可相差過大。完畢后，再進行橫焊縫的打底焊。

打底焊完畢后，按照打底時順序進行填充、蓋面。注意在十字接頭處連續施焊，避免停弧。每層焊道的接頭避免在同一處，至少錯開15mm。在施焊過程中，可采用適宜的方法加快焊接熱量的散出。焊完后，在背面增加角鋼背肋，減少波浪變形。

選用不同的工藝參數進行工藝試驗，對每組焊縫外觀成型和焊接變形量比較，最終確定手工氬弧焊電流參數，多人同步對稱焊接，每人焊接采用小分段分步退焊的方式，用于對接縫焊接。

對上述確定的工藝參數和焊接方式，根據工藝評定標準和技術規范要求進行焊接工藝評定試驗，試驗結果完全滿足設計和規范要求。

5.4施工工裝

為減小焊接變形，要從合理布置焊接工裝進行控制。工裝作為控制減小焊接變形的有效手段，根據施工情況合理選用，增加覆面的約束，減小焊接變形。

防止焊接變形的固定工裝主要包括：一是通過每個子模塊的桁架內支撐鋼模與槽鋼外胎膜的連接固定，減小薄板變形，確保砼澆注后滿足平整度要求；二是不銹鋼覆面采用螺栓固定卡鎖緊在內支撐鋼模上；三是在內支撐鋼模上固定完成后，將槽鋼外胎膜移除，然后觀察裸露的不銹鋼覆面的平整度，對局部不滿足平整度要求的增加適當的背肋角鋼。防變形工裝可有效減少焊接產生的波浪變形，提高構件焊接質量，加快施工進度。

結論：

通過工程實踐，該核電站堆腔不銹鋼水池覆面的薄板焊接變形得到有效控制，混凝土澆注后的不銹鋼覆面的平整度，滿足設計規范和標準要求。

參考文獻：

[1]劉瑞欣，薄板焊接變形的控制[J].城市建設理論研究：電子版，2013（15）.

[2]王鋒，張嘉順，減少不銹鋼薄板焊接變形的方法[J].科技致富向導，2014（15）.

[3]王長生，薛小懷，薄板焊接變形的影響因素及控制[J].焊接技術，2005，34（4）：66-68.