CAP1400核島廠房主設(shè)備關(guān)鍵焊接技術(shù)研究

武妍 林磉熙

1．中核檢修有限公司三門分公司 浙江臺(tái)州 317109 2．中核檢修有限公司海鹽分公司 浙江嘉興 314300

目前我國(guó)在建的石島灣核電站采用的是CAP1400核電技術(shù)，是以AP1000為設(shè)計(jì)原型，簡(jiǎn)化的兩回路設(shè)計(jì)，60年設(shè)計(jì)壽命。采用的設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)是ASME2007版+2008補(bǔ)遺。技術(shù)要求高，制造難度大，多種焊接工藝方法相結(jié)合。

1 主設(shè)備焊接工藝介紹

1.1 反應(yīng)堆壓力容器制造焊接工藝介紹

核反應(yīng)堆壓力容器主體是由低合金高強(qiáng)度鋼鍛件組焊而成的高壓容器，在產(chǎn)品制造焊接過(guò)程中所采用的焊接方法主要包括：帶極電渣堆焊（ESW）或帶極埋弧堆焊（SAW）、窄間隙埋弧自動(dòng)焊（NSAW）等。為了防止高溫水對(duì)容器內(nèi)壁的腐蝕，在內(nèi)表面堆焊具有耐腐蝕性能的奧氏體不銹鋼，通常采用ESW和SAW，由于核反應(yīng)堆壓力容器的壁厚比較厚，直徑比較大，故主環(huán)焊縫的組焊通常采用焊接效率高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定的NSAW[1]。

1.2 蒸汽發(fā)生器制造焊接工藝介紹

蒸汽發(fā)生器產(chǎn)品制造焊接過(guò)程中，采用了手工電弧焊、手工鎢級(jí)氣體保護(hù)焊、窄間隙絲極埋弧自動(dòng)焊、帶極埋弧自動(dòng)焊、自動(dòng)冷絲、熱絲氣體保護(hù)焊等多種焊接工藝方法，用于產(chǎn)品接頭的角焊縫、對(duì)接焊、密封焊、堆焊和補(bǔ)焊。產(chǎn)品制造中，窄間隙絲極埋弧自動(dòng)焊由于其線能量比較低，可使焊縫晶粒細(xì)化，熱影響區(qū)減小，焊接接頭綜合性能提高，主要用于殼體焊縫焊接；自動(dòng)熱絲鎢級(jí)氣體保護(hù)焊由于其熔合比?。ㄏ♂屄实停?、焊縫金屬夾雜含量少，焊接質(zhì)量穩(wěn)定效率高，主要用于水室封頭接管隔離層堆焊以及上封頭鎳基合金堆焊，自動(dòng)冷絲鎢級(jí)氣體保護(hù)焊由于其焊縫金屬夾雜含量少，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，主要用于水室封頭接管安全端對(duì)接焊；帶極埋弧自動(dòng)焊由于其焊接效率高、母材稀釋率低，主要用于管板和水室封頭大面積耐蝕層堆焊。同時(shí)，手工電弧焊，埋弧焊不用于全焊透焊縫的根部焊道的焊接，除非進(jìn)行雙面焊接且焊縫根部在清除后進(jìn)行磁粉檢測(cè)或液體滲透檢測(cè)，部件焊后熱處理后不使用回火焊道法進(jìn)行補(bǔ)焊[2]。

1.3 穩(wěn)壓器焊接工藝介紹

穩(wěn)壓器是核電站核島主設(shè)備中I級(jí)設(shè)備。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用手工焊接較為困難，一是由于手工焊接質(zhì)量波動(dòng)大，容易損壞比較昂貴的材料。二是無(wú)法實(shí)現(xiàn)背面焊縫的保護(hù)。因此采用全自動(dòng)鎢極惰性氣體保護(hù)焊。惰性氣體保護(hù)焊電弧燃燒穩(wěn)定，無(wú)飛濺，焊后無(wú)需除渣，焊縫成型美觀，能實(shí)現(xiàn)全位置焊接，是實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型的理想焊接方法，焊接電源采用Gold Track VI，機(jī)頭采用H型機(jī)頭，該電源為電腦編程控制，焊接過(guò)程中無(wú)需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)焊接。

1.4 反應(yīng)堆冷卻劑泵焊接工藝介紹

反應(yīng)堆冷卻劑泵為反應(yīng)堆冷卻劑提供驅(qū)動(dòng)壓力，保證足夠的強(qiáng)迫循環(huán)流量通過(guò)堆芯，把反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量送至蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生推動(dòng)汽輪機(jī)做功的蒸汽。泵殼外形呈準(zhǔn)球狀的不銹鋼鑄件，其出入口接管焊接在一回路系統(tǒng)管道上，采用窄間隙鎢極氬弧自動(dòng)焊工藝。泵軸承由斯太立合金堆焊的不銹鋼軸頸和石墨環(huán)構(gòu)成的套筒組成。

1.5 堆芯補(bǔ)水箱（CMT）焊接工藝介紹

堆芯補(bǔ)水箱（CMT）的焊接特點(diǎn)：焊縫厚度大，最厚處達(dá)244mm；材料種類多，涉及低合金鋼、不銹鋼和鎳基合金鋼等同種和異種金屬之間的焊接；CMT不銹鋼耐蝕堆焊要求多，如不銹鋼堆焊過(guò)渡層309需要取樣分析；采用的焊接工藝方法較多，且技術(shù)等級(jí)較高，如窄間隙埋弧自動(dòng)焊、帶極埋弧堆焊、手工焊條焊、手工鎢級(jí)氬弧焊、自動(dòng)鎢級(jí)氬弧堆焊[3]。

1.6 安注箱焊接工藝介紹

安注箱用于核電堆芯的冷卻，是安全系統(tǒng)中重要的組成部分。安注箱為球形結(jié)構(gòu)，其主要材料為低合金鋼，球內(nèi)表面覆有一層不銹鋼材料，底部由裙?fàn)畹鬃巍０沧⑾浣尤胂到y(tǒng)后，內(nèi)盛有硼水，硼水被壓縮氮?dú)飧采w，以便在必要的情況下快速注入反應(yīng)堆堆芯，對(duì)反應(yīng)堆堆芯進(jìn)行充分冷卻，是安全系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分。安注箱基本采用自動(dòng)焊。通常采用的工藝是先平板拼焊，球冠成型后將焊縫金屬去除，再重新焊接。

1.7 非能動(dòng)余熱排出熱交換器焊接工藝介紹

非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)在主泵失效時(shí)，可以依靠自然循環(huán)由非能動(dòng)余熱排出交換器堆芯衰變熱帶走。系統(tǒng)簡(jiǎn)單且不依賴于交流電源，可將嚴(yán)重事故損壞的堆芯保持在壓力容器內(nèi)，避免放射性釋放，確保核電站安全。非能動(dòng)余熱排出熱交換器產(chǎn)品制造難點(diǎn)在于：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料種類多，涉及到低合金鋼、不銹鋼和鎳基合金等同種和異種金屬之間的焊接，焊接難度大[4]。

1.8 堆內(nèi)構(gòu)件焊接工藝介紹

堆內(nèi)構(gòu)件焊縫較多，焊接接頭用母材牌號(hào)（不銹鋼和鎳基合金）、母材形狀和尺寸（1．5～75mm）、焊接方法、焊接填充材料和保護(hù)介質(zhì)、焊接接頭型式（U、V、雙U、X、J、T、I形）、焊接位置（平、橫、立）和焊接方向、焊接工藝參數(shù)以及熱處理制度等存在不同，此外還包括增厚堆焊、硬質(zhì)合金耐磨堆焊等、焊接方法涉及手工電弧焊、手工TIG焊、埋弧自動(dòng)焊、熱絲TIG焊、電子束焊、氧乙炔焊、激光焊等。這些決定了堆內(nèi)構(gòu)件焊接工藝的復(fù)雜性。

2 結(jié)語(yǔ)

核電核島廠房的主要設(shè)施包含廣泛的內(nèi)容，產(chǎn)品種類繁多，涉及的主要制造技能除了本文所述的內(nèi)容外，還包含一些主要技能，隨著核電廠技能的不斷發(fā)展，各項(xiàng)主要技能也迅速實(shí)現(xiàn)有效發(fā)展。主要制造技能也在逐步發(fā)展與推進(jìn)，以提高技能穩(wěn)定性，提高加工精度，提高檢測(cè)靈敏度，提高自動(dòng)化與智能化。