核電站環(huán)行起重機(jī)環(huán)梁焊接變形超差分析與研究

尹曉輝 劉榮(大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司,遼寧大連 116000)

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核電站環(huán)行起重機(jī)環(huán)梁焊接變形超差分析與研究

尹曉輝 劉榮
(大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司,遼寧大連 116000)

【摘 要】核電站環(huán)行起重機(jī)沿著位于反應(yīng)堆廠房上部的環(huán)形軌道行駛,它是核電站中的重要起重設(shè)備之一。針對(duì)核電站環(huán)行起重機(jī)環(huán)梁焊接變形超差的現(xiàn)象,從環(huán)行起重機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及環(huán)梁焊接過程中涉及的人員、設(shè)備、焊接數(shù)據(jù)包、焊接過程入手,找出環(huán)梁焊接變形超差的原因,并針對(duì)原因提出了解決對(duì)策,有效解決了環(huán)梁焊接變形超差的問題。

【關(guān)鍵詞】核電站環(huán)行起重機(jī) 環(huán)梁 變形 焊接順序 火焰矯正

1 概述

核能是地球上儲(chǔ)量最豐富、高度濃集的能源，核能發(fā)電具有不排放CO2等溫室氣體的優(yōu)勢，還有燃料價(jià)格穩(wěn)定，可確保能源安全的優(yōu)點(diǎn)。目前隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國已進(jìn)入了核電的快速發(fā)展期，我國核電站的年建造數(shù)量位居世界第一。核電站中需要大量的起重運(yùn)輸設(shè)備搬運(yùn)物料，其使用的起重設(shè)備有10余種類型，數(shù)量多達(dá)250余臺(tái)，環(huán)行起重機(jī)位于核反應(yīng)堆安全殼廠房的頂端(見圖1)，用于吊運(yùn)蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆壓力容器等反應(yīng)堆廠房內(nèi)所需的吊運(yùn)服務(wù)。

環(huán)行起重機(jī)一旦發(fā)生故障，只能對(duì)小部件進(jìn)行維修，環(huán)梁做為承軌梁，根本不可能對(duì)其進(jìn)行更換維修，由于這種高可靠性的要求，一旦環(huán)梁發(fā)生質(zhì)量問題，將導(dǎo)致整個(gè)核反應(yīng)堆封堆，并且永不再使用，這將會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能導(dǎo)致核安全事故。

2 結(jié)構(gòu)組成

圖1 環(huán)行起重機(jī)

圖2 環(huán)行起重機(jī) 環(huán)梁

環(huán)行起重機(jī)在環(huán)行軌道上運(yùn)行，由工作小車、安裝小車、橋架、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和水平輪、環(huán)軌、環(huán)梁及電控設(shè)備等組成。環(huán)梁是核電環(huán)行起重機(jī)的承軌梁，環(huán)梁的中心直徑在Φ35000mm以上，見圖2，環(huán)梁為梯形箱型梁形式，上蓋板安裝環(huán)軌，下蓋板采用厚板兼做水平輪軌道，上下蓋板厚度差較大且梁內(nèi)各筋板為貫穿腹板式。整個(gè)環(huán)梁安裝由六段環(huán)梁單體組成，對(duì)各段環(huán)梁單體的焊接變形要求較嚴(yán)，制造難度較大。環(huán)梁單體焊后要求扭曲小于等于5mm，環(huán)梁整體組裝后要求上蓋板平面度為10mm。

3 焊接變形超差原因排查

在對(duì)兩臺(tái)環(huán)行起重機(jī)共12個(gè)環(huán)梁單體焊后的檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，有5個(gè)環(huán)梁單體焊后變形超差，其余7個(gè)環(huán)梁單體尺寸合格，根據(jù)這一現(xiàn)象，對(duì)可能造成焊接變形的幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了原因排查：

(1)環(huán)梁焊接工藝確認(rèn)：組織公司內(nèi)焊接方面專家對(duì)環(huán)梁的焊接數(shù)據(jù)包進(jìn)行評(píng)審，首先CO2氣體保護(hù)電弧焊在平焊、橫焊、立焊時(shí)選取的焊材及對(duì)應(yīng)的電流、電壓及焊接速度，其次是焊前預(yù)熱溫度及焊接時(shí)層間溫度的選取，通過評(píng)審認(rèn)為環(huán)梁以上的焊接數(shù)據(jù)是適用的。(2)環(huán)梁單體焊接設(shè)備確認(rèn)：所有的設(shè)備都在核電專用設(shè)備臺(tái)賬上，并且定期維護(hù)保養(yǎng)，相關(guān)的記錄都能及時(shí)提供，而且7個(gè)尺寸合格的環(huán)梁單體也都是使用這些設(shè)備焊接的，因此，認(rèn)為環(huán)梁焊接時(shí)使用的設(shè)備是合格的。(3)環(huán)梁單體焊接人員確認(rèn)，所有焊接人員都在核電產(chǎn)品焊接人員臺(tái)賬上，都取得了相關(guān)的焊接從業(yè)資質(zhì)證書，因此，認(rèn)為環(huán)梁焊接人員合格的。(4)焊接及火焰矯正實(shí)施過程的確認(rèn)，通過檢查焊接過程記錄卡及火焰矯正記錄卡，發(fā)現(xiàn)焊接時(shí)個(gè)別位置焊接順序與焊接工藝方案中的不完全一致，焊接變形后進(jìn)行火焰矯正時(shí)，選取的烤火點(diǎn)，存在的不合理現(xiàn)象。(5)環(huán)梁焊縫大部分為探傷焊縫，經(jīng)統(tǒng)計(jì)環(huán)梁探傷焊縫焊后首次探傷合格率為92%，而環(huán)行起重機(jī)整體產(chǎn)品的焊縫焊后首次探傷合格率為大于97%，環(huán)梁探傷焊縫的焊接質(zhì)量較低，焊縫的返修量比較大，增加了焊接變形。

根據(jù)以上的排查，環(huán)梁單體焊接變形超差的原因?yàn)橐韵氯c(diǎn)：

(1)探傷焊縫的首次探傷合格率為92%，低于要求的97%，焊縫的返修量比較大，增加了焊接變形。(2)焊接時(shí)的焊接順序未與焊接工藝方案完全一致。(3)火焰矯正時(shí)，烤火點(diǎn)的選取，存在不合理現(xiàn)象。

4 解決對(duì)策

(1)根據(jù)焊接過程記錄表，對(duì)每名環(huán)梁焊接人員的探傷焊縫首次探傷交檢合格率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)共涉及到的9名焊工中，其中有4名焊工的合格率大于97%，其余5名焊工的合格率均低于90%，為減少焊縫的返修量，減少焊接變形，對(duì)環(huán)梁的焊接人員進(jìn)行固定，只有探傷焊縫首次交檢合格率大于97%的4名焊接人員可進(jìn)行環(huán)梁焊接，如需培增加人員，需提前對(duì)其焊接資質(zhì)及從業(yè)水平進(jìn)行確認(rèn)，達(dá)到要求方可進(jìn)行名單增加，而且在焊接時(shí)，在給定的焊接參數(shù)范圍內(nèi)選

用下限值，以盡量小的焊接電流施焊。(2)環(huán)梁焊接時(shí)，按焊接工藝規(guī)程規(guī)定的焊接順序、方向進(jìn)行施焊，對(duì)焊接順序、方向有疑義時(shí)需進(jìn)行評(píng)審確定最終方案。(3)在Π型梁完成后及環(huán)梁腰縫焊接前，進(jìn)行符地樣檢查其變形情況，如變形超差，制定火焰矯正工藝，提前進(jìn)行修理矯正，避免在全部焊接完成后再進(jìn)行烤修。(4)采用火焰矯正焊接變形時(shí)，對(duì)于烤火點(diǎn)的選取由工藝人員確定，火焰矯正工藝經(jīng)評(píng)審后方可下發(fā)，矯正時(shí)用紅外測溫儀對(duì)加熱溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并記錄。

5 效果跟蹤

對(duì)策實(shí)施情況：

(1)環(huán)梁焊接人員為確定的4名焊接人員，未有人員增加。(2)環(huán)梁焊接時(shí)，完全按焊接工藝規(guī)程規(guī)定施焊，未進(jìn)行改動(dòng)。(3)Π型梁完成后及環(huán)梁腰縫焊接前，符地樣檢查其變形情況時(shí)，第二個(gè)環(huán)梁需進(jìn)行火焰矯正，經(jīng)矯正后合格。(4)三個(gè)環(huán)梁單體焊后有兩個(gè)進(jìn)行了火焰矯正，矯正時(shí)完全按工藝進(jìn)行，經(jīng)矯正后合格。(5)三個(gè)環(huán)梁單體焊接最終的扭曲變形檢測結(jié)果為：

第一個(gè)環(huán)梁單體：扭曲為4.0mm；第二個(gè)環(huán)梁單體：扭曲為4.3mm；第三個(gè)環(huán)梁單體：扭曲為3.6mm。三個(gè)環(huán)梁單體均合格，而且后期環(huán)梁在制造過程中，也未再發(fā)生焊接變形超差的現(xiàn)象。

6 結(jié)語

通過對(duì)核電站環(huán)行起重機(jī)環(huán)梁焊接變形超差的問題分析，不僅找到了問題的原因，而且通過所確定的解決對(duì)策，起到了預(yù)防問題再發(fā)生的作用，在后期的環(huán)梁制造過程中，取得了很好的成果，不僅降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，而且提升了集團(tuán)公司在核電行業(yè)中企業(yè)形象。