CAP1400鋼制安全殼筒體焊接質(zhì)量控制

李漢勝，唐 識

（國核示范電站有限責任公司，山東榮成264312）

CAP1400鋼制安全殼筒體焊接質(zhì)量控制

李漢勝，唐 識

（國核示范電站有限責任公司，山東榮成264312）

CAP1400示范工程首臺核電機組的鋼制安全殼的鋼板材料研制時間短，板材厚度大，相應的焊接工藝開發(fā)、應用尚不成熟，現(xiàn)場施工過程中出現(xiàn)了組對困難，焊接變形不易控制，焊縫質(zhì)量控制難度大的情況。本研究以鋼制安全殼焊接應用實踐為依托，研究了焊接前組對、焊接順序優(yōu)化、焊接參數(shù)控制以及無損檢測實施等焊接過程控制要素。施工期間雖有環(huán)境溫度較低等不利因素，但采取保證措施后，焊接變形量遠小于1倍母材壁厚，無損檢測一次合格率達97％以上，較好地完成焊接結構質(zhì)量控制的目的，為后續(xù)工程項目提供了借鑒。

安全殼；焊接工程；質(zhì)量控制

0 前言

CAP1400型壓水堆核電機組是在消化、吸收、全面掌握AP1000非能動技術的基礎上，通過再創(chuàng)新開發(fā)出的具有我國自主知識產(chǎn)權、功率更大的非能動大型先進壓水堆核電機組。CAP系列大型鋼制安全殼容器（簡稱CV）是隔離安全殼內(nèi)、外部環(huán)境的邊界，在事故工況下起限制裂變產(chǎn)物釋放的作用，并且為安全殼冷卻系統(tǒng)提供換熱面，構成安全相關最終熱阱，執(zhí)行非常重要的安全功能[1]。CV由上下封頭及中間筒體組成，屬于ASME第Ⅲ分卷MC級部件。

CV筒體板材質(zhì)為SA738Gr.B，筒體內(nèi)徑43 m，總高42.8 m，由11圈板組成，每圈由12塊環(huán)板組成，總重約2 375 t；焊接方法為焊條電弧焊（SMAW），焊材選擇E9018-G-H4焊條。焊縫總長約1 867 m，其中縱焊縫132條、環(huán)焊縫10條，均是雙面坡口熔透焊縫，其中縱縫及環(huán)縫坡口形式如圖1所示。

圖1 筒體焊縫示意

由于焊縫自身的力學性能不均勻性、材料不均勻性以及焊縫設計、焊接質(zhì)量控制等多種因素的影響，焊接接頭容易發(fā)生缺陷[2]，并在隨后的電廠運行中，在應力、溫度、輻照、氫吸附、腐蝕、振動和磨損等各種因素的作用下，引起接頭材料性能的變化，甚至造成缺陷的萌生和擴展，成為核電廠部件、設備和系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。

本研究簡要介紹了核電工程安裝現(xiàn)場CV筒體焊接實施及質(zhì)量控制過程，為后續(xù)項目提供借鑒。

1 工程特點及難點

CV鋼制安全殼筒體由3段拼裝而成，分別簡稱為CV第1環(huán)筒體、CV第2環(huán)筒體和CV第3環(huán)筒體。CV第1環(huán)筒體由5圈環(huán)板拼裝組成，第一圈環(huán)板（簡稱CY1）壁厚55 mm，其余壁厚均為52 mm，高度19.34 m，質(zhì)量1 080 t；CV第2環(huán)筒體由4圈環(huán)板拼裝組成，其壁厚均為52 mm，高度15.64 m，質(zhì)量864 t；CV第3環(huán)筒體由2圈環(huán)板拼裝組成，其壁厚均為52 mm，高度7.82 m，質(zhì)量432 t。

CV筒體結構各板塊均由設備制造廠分片壓制成型后運送至現(xiàn)場組裝場地，然后在現(xiàn)場采用分段組裝焊接成形，再運輸?shù)跹b至核島安裝。

CV筒體的結構尺寸大，板材厚，露天施工場地容易受天氣等條件影響，如何控制焊接變形是現(xiàn)場施工的難點。

根據(jù)ASMEⅨ材料分組，SA-738Gr.B屬于PNO.1組3，最小抗拉強度為85 ksi（約585 MPa），焊接淬硬、冷裂傾向較大，必須進行焊前預熱及焊后熱處理，以防止出現(xiàn)裂紋。

CV筒體焊接施工和焊縫返修主要操作流程如圖2所示。

圖2 CV筒體焊接及返修施工流程

2 焊接過程管理

2.1 組對

焊縫組對調(diào)整采用組對器或其他調(diào)整工裝進行調(diào)整固定，使其組對間隙為0～10 mm，組隊間隙在5～10 mm時應使用陶瓷襯墊。

焊接組對錯邊量、坡口尺寸公差應符合設計要求和焊接工藝規(guī)程要求，CV相關焊縫錯邊量要求如表1所示。

表1 CV筒體錯邊量技術要求

定位焊完成后復查定位的尺寸，在縱縫、環(huán)縫允許的錯邊量范圍內(nèi)應修整成平滑過渡，在完工的焊接寬度范圍內(nèi)的斜度至少為3∶1。

2.2 定位焊

定位焊原則采用焊條電弧焊，在焊縫清根一側進行定位焊接。CV筒體縱縫、環(huán)縫的定位焊在筒體內(nèi)側進行定位焊接。縱縫定位焊縫長度80～100 mm，間隔200～300 mm；環(huán)縫定位焊縫長度80～100 mm，間隔250～400 mm；定位焊的預熱溫度和道間溫度應與正式焊縫相同。

以CV1環(huán)為例，CV筒體每環(huán)的焊接順序見圖3。

圖3 CV 1環(huán)筒體焊接順序

注：（1）焊后無損檢測及熱處理根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行安排；（2）根據(jù)設計技術文件要求，焊后無損檢驗時機（除熱處理后RT抽檢外）必須在焊后熱處理前完成。

2.3 CY1縱縫焊接細則

相鄰的筒體板就位調(diào)整后，按要求預熱，然后進行定位焊接；定位焊檢查合格后，再次預熱進行縱縫焊接。每一工位焊縫的焊接方向為從下向上，每條縱縫焊接順序如圖4所示。

圖4 CY1縱縫焊接順序

2.3.1 焊接順序

（1）焊縫內(nèi)外側前三層焊縫焊接時焊接工位順序為：1、2、3、4、5、6。

（2）其他填充焊縫工位焊接時焊接工位順序為：2、1、6、4、3、5。

（3）焊縫蓋面時，焊縫焊接工位順序為：6、4、2、1、3、5。

（4）CY1縱縫上端約500 mm處焊縫可根據(jù)現(xiàn)場實際情況安排焊接。

現(xiàn)場焊接過程中，焊接工程師可根據(jù)焊縫的變形隨時調(diào)整焊縫內(nèi)外側焊接順序或調(diào)整工位焊接順序。

2.3.2 縱縫焊接注意事項

（1）焊接時采用多層多道，正、反面交替，接頭錯開焊，接頭錯開不小于30 mm。

（2）先焊接外側打底層和部分填充層。

（3）完成打底層和部分填充層焊接后，背面碳弧氣刨清根，打磨后進行PT檢測。

（4）PT檢測合格后，完成剩余焊縫的焊接。

焊接過程中技術人員及施工班組檢查焊接變形，采用全站儀進行過程監(jiān)測變形檢查。待焊縫焊接完成后，采取全站儀測量焊縫兩側筒體板構件半徑，若其形狀半徑與理論外形半徑誤差不超過1倍板厚，則焊接變形控制符合設計要求。

2.4 環(huán)縫焊接順序

環(huán)縫上下兩側的縱縫焊接完成后，調(diào)整該圈環(huán)縫的組對間隙及錯邊量，并進行定位焊。環(huán)縫同側焊接采用分段同向焊的方法，由多名焊工均布進行焊接，現(xiàn)場焊接過程中保持對筒體構件尺寸的監(jiān)控，焊接工程師根據(jù)焊接變形隨時調(diào)整焊接順序。

焊接時，可先對環(huán)縫T型接頭處焊接3～4層，以防止T型接頭處應力過大造成焊縫開裂等缺陷。焊縫工位約每1 m設成1個工位。內(nèi)側所有工位按順時針方向進行焊接，外側所有工位按逆時針方向進行焊接。焊接順序如圖5所示。

圖5 環(huán)縫焊接順序

2.4.1 環(huán)縫焊接注意事項

（1）環(huán)縫組對調(diào)整符合要求后，同時安排多名焊工均布同時焊接。

（2）焊接時采用多層多道，正、反面交替，接頭錯開焊，接頭錯開不小于30 mm。

（3）完成打底焊道和部分填充焊縫后，背面碳弧氣刨清根，打磨后100％PT檢測。

（4）PT檢測合格后，進行后續(xù)焊縫焊前整備及焊接工作。

焊接過程中技術人員及施工班組檢查焊接變形，采用全站儀進行過程監(jiān)測變形檢查。待焊縫焊接完成后，采取全站儀測量焊縫兩側筒體板構件半徑，若其形狀半徑與理論外形半徑誤差不超過1倍板厚，則焊接變形控制符合設計要求。在焊接過程中，焊接工程師根據(jù)焊接變形，適當調(diào)整內(nèi)外側焊接順序。

2.4.2 無損檢驗

（1）外觀檢查：焊接完畢，焊工應清理焊縫表面并檢查外觀成形，必要時對焊縫進行局部修整；焊接檢查員檢查外觀，焊縫表面應沒有粗糙的波紋、溝槽、焊瘤、咬邊、錯邊及突起的凸塊和凹坑等缺陷。

（2）打磨清根及焊接完成后，進行100％PT檢查，經(jīng)PT合格的焊縫進行100％RT。

（3）對工裝夾具、臨時支架等的臨時焊點打磨去除后，進行100％PT檢驗并測量厚度。若去除后母材厚度低于最小設計厚度，需進行焊接修補，并打磨至圓滑，對修補區(qū)域進行PT檢驗。當打磨深度大于10 mm或母材厚度的1/10（取較小值）時，應按照NE-5000的要求對修補區(qū)域進行RT檢驗，處理過程進行相應記錄。

3 結論

CV筒體1環(huán)焊接完成后，焊縫RT一次合格率超過97％，證明焊接工藝及過程質(zhì)量控制滿足工程需求；同時CV構件整體尺寸測量結果顯示，最大焊接變形量為37mm，小于設計要求的1倍壁厚（52mm），可見工程現(xiàn)場焊接質(zhì)量及變形控制是成功的。

（1）CAP1400 CV板材厚度大，存在一定的焊接淬硬性，在焊接過程中采取預熱及保持焊接層間溫度非常必要。

（2）CV焊接過程中控制及調(diào)整焊接順序是減少焊接變形的重要手段。

（3）CV現(xiàn)場組裝過程中焊接錯邊量控制是難點，同時是影響構件整體應力狀態(tài)的重要因素。

[1]林誠格，郁祖盛.非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.

[2]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

Welding quality control of containment vessel for CAP1400

LI Hansheng，TANG Shi
（State Nuclear Power Demonstration Plant Co.，Ltd.，Rongcheng 264312，China）

The containment vessel plate material used in CAP1400's first unit was newly developed.Due to the large thickness and immature welding process of this material，a number of difficulties，including assembly，welding deformation control and weld quality control were encountered in site.Based on the practice of welding of steel containment vessel plate，this article studied some essential factors，like assembly prior to welding，optimization of welding sequence，welding parameters control and application of NDE and developed some control measures.After these measures were employed，the results were perfect：welding deformation far smaller than the thickness of the plate and the first pass yield of NDE over 97％.These measures can be used in the subsequent projects to control the welding quality.

containment vessel；welding engineering；quality control

TG457

B

1001－2303（2016）12－0108-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.12.24

獻

李漢勝，唐識.CAP1400鋼制安全殼筒體焊接質(zhì)量控制[J].電焊機，2016，46（12）：108-111.

2016-08-31；

李漢勝（1983—），男，河南濮陽人，工程師，主要從事焊接施工管理工作。