核電站上部堆內構件存放架安裝階段焊接變形控制

盧其海

摘要：核電站上部堆內構件存放架安裝精度要求高，焊接變形控制困難。本文介紹了堆內構件上部存放架安裝過程中焊接變形的控制方法，通過改變坡口形式和焊接順序，加強焊接過程中的監控和調整，有效控制了焊接變形。實踐證明，該方法在實際的工程施工中是可行的。

關鍵詞：上部堆內構件；存放架；支撐環；焊接變形；控制

1 概述

核電站上部堆內構件存放架安裝在核島反應堆廠房的核燃料換料水池內，在反應堆安裝、換料及在役檢修期間，用于存放上部堆內構件及其吊具；在反應堆運行期間，用于存放堆內構件吊具及壓力容器密封面保護環。上部堆內構件存放架的安裝質量不僅直接影響上部堆內構件等重要設備的存放安全，更關系到核電機組安全運行和在役檢修工作的正常進行。

2 安裝技術要求

上部堆內構件存放架由4根立柱、1個支撐環、3個導向柱、2個水平支承和3個密封面保護環支座組成。4根立柱下端固定在換料水池面上，立柱上端與支撐環固定；2個水平支承分別位于90°位置和203.5°位置，每個位置有上下兩塊支承板，通過焊接的方式把支撐環固定到換料水池墻壁上；3個密封面保護環支承座布置在支撐環上；3個導向柱組件通過其下端的法蘭與支撐環上的導向柱固定板聯接。

上部堆內構件存放架本體就位固定完成后，通過在立柱下法蘭面和調整板之間插入薄墊片，調整4個支撐面 S1、S2、S3、S4的標高，確保4個支撐面的總水平度不大于0.2㎜。在后續水平支承的安裝與焊接工作中，則要通過控制焊接變形使4個支撐面的總水平度維持在要求范圍內，并保證墻板與土建預埋板的間隙為0㎜。

3 工藝試驗及實施驗證

（1）安裝控制難點。上部堆內構件存放架的支撐環與水平支承為對接單面V形坡口，其中水平支承側的坡口須根據安裝實際情況現場加工。設計規定了水平支承兩邊的焊接順序，即先焊接水平支承與墻板，再焊接支撐環與水平支承。據以往核電機組的安裝施工經驗，支撐環與水平支承的單面V形坡口設計，水平支承兩側焊縫的焊接順序要求均不利于焊接變形控制，極易導致S面水平度和墻板與土建預埋板的間隙超差。如何控制水平支承的焊接變形，是保證上部堆內構件存放架安裝質量要求的關鍵。

（2）工藝試驗。選用與水平支承規格相同的兩塊不銹鋼試板，加工坡口，坡口形式為雙面V形，鈍邊厚度2㎜，坡口角度30°，在車間完成組對并焊接。焊接采用手工焊條電弧焊的方法，工藝參數根據已有的焊接工藝平定選擇，電流80～115A，層間溫度控制在150℃以下，不需進行熱處理。焊接前，在試板兩端和中間各取一組測量點。焊接時，上下側焊縫交替焊接，每一焊道焊后均測量試板的變形量和收縮量并做好記錄。焊接時注意平焊與仰焊的電流選擇，以及層間溫度的控制，自始至終保持試板的上下變形量盡可能相同。焊接完成后，收集整理記錄的數據，得到結論：采用雙面V形坡口，嚴格控制好上下側焊縫的線能量輸入，可以有效控制試板的變形；根據試板的收縮量大小，可初步計算出水平支承的加工余量。

（3）實施驗證。先將支撐環側的坡口加工成雙V形，鈍邊厚度2㎜，坡口角度30°，并計算出其減少量，再結合試驗數據計算得出的水平支承加工余量，加工水平支承側的坡口。改變水平支承兩側焊縫的焊接順序，先焊接水平支承與支撐環。焊接前，測量支撐環S面的水平度，將水平支承臨時組對點焊在墻板上，組對間隙0㎜；用千斤頂推開支撐環，使支撐環與水平支承的間隙約為3㎜；測量支撐環S面水平度，組對點焊支撐環與水平支承；將水平支承與墻板的臨時焊點打磨掉，測量支撐環S面水平度。在這個過程中，需保證支撐環S面水平度不超過0.35mm，若支撐環S面水平度超差，則通過立柱下法蘭面和調整板間的墊片進行調整。做好收縮量測量標記點，根據支撐環S面水平度的實際情況，開始焊接。焊接時，90°位置和203.5°位置的焊縫交替焊接，同一焊縫上下兩側交替焊接。每焊接完成一層后測量S面水平度和焊縫收縮量，發現偏差隨時通過焊接的方式進行調整。最終焊接完成后，測量S面水平度。焊接過程中，千斤頂需根據測量的S面水平度情況適當松開。水平支承與墻板的焊接。焊接前，根據水平支承與支撐環焊后測量的S面水平度，確定千斤頂推開支撐環的距離，使水平支承與墻板間隙約2㎜；測量S面水平度，組對點焊水平支承與墻板；測量S面水平度，根據S面水平度的實際情況決定先焊90°還是203.5°位置的焊縫，然后開始焊接。焊接時，90°位置和203.5°位置的焊縫交替焊接，同一焊縫上下兩面交替焊接。每焊接完成一層后，測量S面水平度和墻板與預埋板間隙。最終焊接完成后，測量S面水平度和墻板與預埋板的間隙。焊接過程中，千斤頂需根據測量的S面水平度情況適當松開。焊接完成后，最終測得支撐環S面水平度為0.1mm，墻板與預埋板的間隙為0mm，滿足上部堆內構件存放架安裝的質量要求。

4 結語

上部堆內構件存放架安裝階段焊接變形控制的方法是：改變水平支承與支撐環的坡口形式，不同位置焊縫交替焊接，可降低局部焊接應力對支撐環水平度的影響；同一焊縫上下兩側交替施焊，使水平支承上下變形相抵消，進而有效控制支撐環S面水平度；調整水平支承兩側焊縫的焊接順序，充分利用水平支承的加工余量與焊接收縮的相互抵消關系，減少水平方向應力對墻板的作用，控制墻板與預埋板的間隙。焊接過程中實時監測S面水平度和墻板與預埋板間的間隙，如有偏差應及時調整。實際應用證明，上部堆內構件存放架安裝階段焊接變形控制的方法是有效可行的，可為其他核電機組上部堆內構件存放架安裝提供參考。