AP1000項目核電穩(wěn)壓器重型支撐制造工藝研究

王 偉，陳 洪，徐文鏡

（1.中國東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司，四川自貢 643000；2.中廣核工程有限公司，廣東深圳 518000）

1 穩(wěn)壓器支撐結構介紹

AP1000項目穩(wěn)壓器支撐包括上部支撐和下部支撐兩大部分，主要功能是穩(wěn)壓器在核島內的安裝、定位，保障穩(wěn)壓器穩(wěn)定，對設備的安全、穩(wěn)定運行起到固定和支撐作用，其位置和基本結構如圖1所示。

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因中國哲學是儒教、漢學，可以想象其所受到的重視而被設立為科目，實際上已有漢文學的科目，佛教則被稱為“印度哲學”[注]為何不用“佛教哲學”一詞，而稱“印度哲學”？宇井伯壽說明其理由：“當時認為，若用‘佛教哲學’，則在與基督教的關系上有困難，于是，由于佛教為起源于印度的哲學，而最后‘印度哲學’一詞被發(fā)明。因此在當時，‘印度哲學’一詞實即指佛教哲學，而后來其成為講座的名稱?！?宇井伯壽：《インド哲學から佛教へ》，東京：巖波書店，1976年，第500頁。) ，這至今并無在大學教育的相關爭議中成為議題。由此而言，加藤扮演了關鍵角色。

上部支撐外徑為3 492 mm，總重約為6 256 kg。由兩個半環(huán)梁主體，8個護架，8個吊耳組件，8個帶球軸承吊耳，連接用螺栓螺母以及環(huán)形支撐中間的若干調整墊組成，其主要部件材料為A588Gr.B。其中半環(huán)梁成形后，內、外徑為公差±0.5 mm，內外表面輪廓度1.5 mm；環(huán)梁表面平面度0.13 mm；8個護架豎板相對端板基準面的傾斜度0.8 mm。上部支撐主要承擔水平方向的載荷，并吸收水平和豎直方向的位移。

下部支撐由8個剛性支撐桿、下部焊接座、4個支腿主體組成。其中4個支腿主體由長度4 m工字梁裝焊而成。組件成型后要求直線度≤3 mm。主要材質為A588Gr.B，其主要承擔豎直方向所有載荷，吸收水平方向的位移。

圖1 AP1000核電穩(wěn)壓器支撐示意圖

2 穩(wěn)壓器支撐制造工藝流程

上部支撐主要制造工藝流程如下：板材備料→環(huán)梁主體裝焊→一次熱處理→一次加工→裝焊8個護架→二次熱處理→二次加工→裝焊端板、吊耳→最終熱處理→最終加工→裝焊內圈附件→裝球軸承、緊固件→噴砂、油漆。圖2為上部支撐結構示意圖。

圖2 AP1000穩(wěn)壓器上部支撐示意圖

下部支撐主要制造工藝流程為：板材備料→支腿工字梁裝焊→一次熱處理→一次加工→支腿主體裝焊→二次熱處理→最終加工→裝焊附件→裝剛性支撐桿組件→噴砂、油漆。其結構示意圖見圖3。

圖3 AP1000穩(wěn)壓器下部支撐示意圖

3 制造工藝難點

穩(wěn)壓器上部支撐的結構相相較于下部支撐復雜得多，特別是大量的焊縫連接和裝配，特別是環(huán)梁的裝配和焊接是整個制造過程中的重點和難點。

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（4）環(huán)梁與護架焊縫凸臺預堆焊及裝配控制

環(huán)梁部件中全焊透T型接頭包括：底、頂環(huán)與內、外環(huán)焊縫，護架豎板與環(huán)梁外環(huán)機加面焊縫，環(huán)梁箱體與環(huán)梁端蓋焊縫。這些T型接頭焊縫均需焊透并進行100%超聲檢查。對于一般T型接頭的焊縫可以采用背面清根的方法實現(xiàn)焊透，但環(huán)梁這三處焊縫背面均為封閉結構，無法采用清根方法保證焊透和根部焊接質量。經過工藝試驗，試圖單純利用氬弧焊實現(xiàn)單面焊雙面成形，但其根部的成形質量無法得到保證，根部有大量未熔合缺陷存在，無法滿足焊透的要求。那么如何保證此類焊縫能夠焊透并檢查合格成為生產制造難點，從坡口設計入手，找到了一種可以解決這種背面封閉型T型接頭背面成形的方法。對這種T型接頭設計了對接凸臺的坡口形式，并采用氬弧焊單面焊雙面成形方法保證根部成形，焊縫質量達到相關要求。設計的坡口型式如圖4所示。

圖4 環(huán)梁T型接頭坡口示意圖

6）按照對稱焊的方法完成焊縫1、2的氣保焊填充；

2012、2013、2014和2015年11月1～30日溫室內的氣象數據如圖5a～c所示,溫室內各年日總輻射、平均溫度和平均相對濕度均表現(xiàn)出一定的差異,其中,2012、2013、2014年11月日總輻射均值分別為5.54、6.07和4.29 MJ/m2/d,相比2015年分別增大了132.93%、155.22%和80.23%;日平均溫度分別為15、17.41和16.05 ℃,比2015年分別增加了11.06%、29.53%和19.42%;日平均相對濕度分別為84.09%、85.77%和80.92%,相比2015年分別減小了11.17%、9.4%和14.52%。

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由于環(huán)梁采用圖4中所示焊接坡口形式，其中止口對接間隙3～4 mm，錯邊量≤1.5 mm，對于直徑約3.5 m的圓環(huán)，這給裝配帶來了極大的難度，裝配質量的好壞直接影響后續(xù)焊接根部的成形質量。為此，采取以下工藝措施保證環(huán)梁坡口對接。

1）環(huán)梁組件備料時對公差進行過程控制，凸臺尺寸根據內外環(huán)坡口實際加工直徑配車。

8個護架組件將與環(huán)梁周向8個位置進行裝焊，由于環(huán)梁外徑較大（3 492.6 mm），每個護架與環(huán)梁配合傾斜角度也不同，若采用在環(huán)梁上加工凸臺，不僅工作量大，且很難保證環(huán)梁上凸臺與護架的對接傾斜度。因此采用在環(huán)梁上的護架裝焊位置預堆焊凸臺，通過精確配磨的方法實現(xiàn)護架組件與環(huán)梁的對接。

打底焊道和過渡焊道采用氬弧焊打底加焊條電弧焊，考慮到氣體保護焊更小的焊接線能量，采用藥芯焊絲活性氣體保護焊填充及蓋面，典型的焊接參數如表1。將焊接打底和過渡同時進行，并采用合理的焊接順序。

（3）焊接方法及工藝參數選用

在裝配過程中，首先利用星型支撐輔助液壓千斤頂進行錯邊量調節(jié)，錯邊量保證后，利用環(huán)內外放置多個千斤頂撐開3 mm間隙。對接合格后，為防止焊前預熱，氬弧焊打底造成局部間隙收縮變形，影響整體焊接，在環(huán)縫焊道內，周向均布點焊圓鋼墊固定間隙與錯邊量。最后，裝點完成后止口間隙均勻：3～4 mm，錯變量≤1 mm，很好地保證了后續(xù)焊接質量。

在制造時暫將兩個半環(huán)作為一個整環(huán)來進行制造，在各環(huán)板預留一定的加工余量，并將環(huán)梁上、下板，內、外環(huán)同時進行焊接，熱處理后再拆分為兩半環(huán)。這樣利用了組件自身束縛力，更好的控制焊接變形。

表1 環(huán)梁四條主焊縫焊接工藝參數

1）兩名或四名焊工底板焊縫（焊縫1、焊縫2）同時在環(huán)梁周向方向對稱對點同時打底、過渡施焊，按對稱、對點焊接，如圖5所示，環(huán)梁周向分為8個對稱焊區(qū)域；

圖5 環(huán)梁周向8個對稱焊區(qū)域

2）環(huán)梁翻身，按同樣順序完成焊縫3和4的打底和過渡；

3）拆除焊縫3和焊縫4的定位圓鋼后完成剩余圓鋼間隙部分的打底和過渡；

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4）按照對稱焊的方法完成焊縫3、4的氣保焊填充；

5）環(huán)梁2次翻身后拆除焊縫1、2的定位圓鋼按對稱焊原則完成間隙部分的打底和過渡；

（2）環(huán)梁的整體裝焊

7）以此類推，每填充三層后環(huán)梁翻身直到焊縫焊妥。

（1）環(huán)梁的全焊透T型接頭焊縫坡口的設計

2）合理安排內、外環(huán)，底、頂環(huán)的裝配順序。在焊道中間加圓鋼墊固定間隙與錯邊量，設計環(huán)板專用星型支撐，保證裝配質量。

4 結束語

AP1000核電穩(wěn)壓器重型支撐首次國產化制造過程中，遇到的一些困難和問題，經過廠家工藝人員的摸索和試驗，取得了一些經驗措施，對于后續(xù)項目支撐產品的制造具有較好的指導作用，同時也對后期我國自主開發(fā)CAP1400、華龍1號我國第三代核電類似產品的制造提供了一定的技術儲備和借鑒作用。

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