華龍一號核島鋼襯里預(yù)制防變形控制方法研究

周健宇

（中國能源建設(shè)集團廣東火電工程有限公司，廣東廣州510735）

0 引言

華龍一號具有自主知識產(chǎn)權(quán)，屬于三代百萬千瓦級核電技術(shù)，充分體現(xiàn)了安全性與經(jīng)濟性的均衡、先進(jìn)性與成熟性的統(tǒng)一、能動與非能動的結(jié)合，是可持續(xù)發(fā)展的自主三代核電技術(shù)。核島鋼襯里是涉及核安全的一道重要屏障，華龍一號安全殼采用雙層混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)層混凝土的內(nèi)壁采用6 mm厚、材質(zhì)為P265GH的鋼襯里，容積大，焊接、吊裝變形傾向較大。因此，在鋼襯里預(yù)制過程中，防變形控制是重點、難點。筆者所在施工團隊，從最初胎模制作開始，克服諸多困難，逐步摸索分析，對拼裝、焊接、翻身、吊裝、存放等各個環(huán)節(jié)嚴(yán)格實施變形控制。

1 華龍一號鋼襯里預(yù)制工程概述

華龍一號核島鋼襯里預(yù)制工作包括：底板、截錐體、筒體及相關(guān)貫穿件、套筒預(yù)制等工作。其中底板為直徑43.6 m的圓形，車間共計拼裝28塊底板；截錐體下口直徑43.6 m、上口直徑45.0 m、高度5.2 m，車間共計預(yù)制12塊截錐體板；筒體9層，直徑45 m、高度48.1 m，車間共預(yù)制110塊筒體板；穹頂4層，直徑45.0 m、高度13.5 m，車間共預(yù)制30塊穹頂板。

鋼襯里預(yù)制工藝流程：制作圖→領(lǐng)料→放線下料→坡口加工→標(biāo)記移植→組對→埋弧自動焊焊接→焊縫無損檢驗→放線、二次下料、坡口加工、加勁肋角鋼彎曲→上胎模成型→加勁肋組對→加勁肋焊接→連接件定位、焊接→走道平臺螺套定位、焊接→檢查校正→無損檢驗→整體尺寸檢查→編號→噴砂油漆→存放。

2 鋼襯里預(yù)制防變形控制

2.1 準(zhǔn)備工作

為保證鋼襯里預(yù)制防變形工作的有效實施，須對下述幾點作業(yè)提前統(tǒng)一進(jìn)行控制：胎模設(shè)計要考慮鋼襯里承受變形受力，弧度要滿足設(shè)計要求，預(yù)留加防變形工裝位置，制作過程中反復(fù)測量，保證胎模強度弧度滿足設(shè)計要求。鋼襯里加勁肋角鋼彎曲弧度偏差不能超過1%，加工量滿足兩個月生產(chǎn)即可（長時間存放“回彈”導(dǎo)致尺寸超差）。P265GH鋼襯里板材必須采用專用鋼板夾進(jìn)行吊裝，避免鋼板折彎。

2.2 鋼板拼接過程防變形控制

鋼板在拼板過程中變形類型有：鋼襯里板凹凸變形、焊縫波浪變形。其主要原因有：組對過程中未按設(shè)計要求組對拼縫，導(dǎo)致拼縫間隙過大、拼縫板面不平整，焊工未按焊接參數(shù)進(jìn)行焊接。

因此，采取如下措施進(jìn)行控制：鋼板拼接采用埋弧自動焊，焊接過程按工藝要求的電流參數(shù)、焊接速度進(jìn)行。鋼板拼接時一定要與平臺貼合，拼接縫預(yù)留1 mm間隙，拼接縫保持平整（必要時采用配重塊施壓）。焊接工程師在現(xiàn)場指導(dǎo)，確認(rèn)防變形措施落實到位，合格后才能開始施焊。拼接過程中QC人員隨時監(jiān)控變形控制，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題立即停止作業(yè)。拼板遇到丁字口位置，從丁字口位置向兩邊開始焊接，切忌一焊到底。單面拼接完成后翻身，采用扁擔(dān)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，翻身吊耳要與卡環(huán)位置對應(yīng)。

2.3 加勁肋（角鋼）焊接過程防變形控制

加勁肋焊接過程中產(chǎn)生的變形是鋼襯里預(yù)制的難點，因為鋼襯板里成型的關(guān)鍵在于角鋼焊接，角鋼縱橫交錯在鋼襯里上，角鋼焊接過程中角鋼受熱膨脹應(yīng)力無法釋放，將直接導(dǎo)致板材變形。

因此防變形主要是讓壁板始終與胎模貼合，主要采取以下措施進(jìn)行控制。

（1）鉚工控制：鋼襯里上胎模后一定要用U型卡固定，使鋼板與胎模貼合。角鋼組對后至少加三條H型鋼壓梁壓住環(huán)形角鋼，使鋼板與胎模貼合。角鋼加勁肋焊接完成并冷卻后去除夾具，檢查襯里板是否與胎模貼合，如不貼合則采用火焰校正，根據(jù)實際情況加熱角鋼加勁肋，加熱溫度絕不允許超過600℃。

（2）焊接控制：角鋼焊接有二氧化碳保護(hù)焊、手工電弧焊兩種焊接方法，其中二氧化碳保護(hù)焊在焊接變形控制方面尤為突出，條件允許情況下多采用二氧化碳保護(hù)焊焊接。焊接過程按相應(yīng)的電流參數(shù)、焊接速度進(jìn)行。角鋼焊接順序為先焊環(huán)向角鋼、再焊豎向短角鋼，先立焊、再平焊。焊接要進(jìn)行分段退焊，多個焊工焊接時，要盡量分散開，避免焊接熱量集中，造成壁板不可逆的變形。環(huán)向角鋼組對定位時，每隔約500 mm（可根據(jù)實際需要調(diào)整）點焊一塊限位角鋼，限位角鋼也與環(huán)向角鋼點焊，防止環(huán)向角鋼焊接時變形。正式焊接角鋼和錨釘前，為防止壁板在寬度兩端口處出現(xiàn)波浪型變形，在距離端口邊緣等于或大于50 mm處各點焊一條10#槽鋼，槽鋼長度與壁板寬度值基本一致。

2.4 下胎翻身過程防變形控制

下胎翻身變形位置主要產(chǎn)生于吊點周邊，嚴(yán)重時會導(dǎo)致鋼襯里折彎。

因此吊點周邊要按如下措施進(jìn)行控制：將斷開的環(huán)形角鋼進(jìn)行臨時加固，確保翻身過程不變形。壁板在胎膜壓制成型后，完成附件焊接，再從胎模上拆卸成型的鋼襯里，使用行車吊裝襯里板翻身，運到存放架上臨時存放。

吊裝襯里板的防變形措施關(guān)鍵點在于吊點的加固，具體措施方法如下：

分別在鋼襯里板豎向角鋼處焊接2個吊耳及加強筋板，在水平角鋼開2個吊裝孔。在上端口最近的水平角鋼上開吊裝孔，普通板塊孔間距為4.5～5 m，最大板孔間距約為7 m，在水平角鋼外側(cè)加強角鋼長度為150 mm，開孔位置及加強角鋼位置示意圖如圖1所示。

圖1 上端口開孔示意圖

下端口在與上端口吊點相對應(yīng)豎向角鋼處焊接吊耳及加強角鋼和防護(hù)板，吊耳、防護(hù)板不與壁板焊接，連接焊縫hf=6 mm，示意圖如圖2所示。

圖2 下端口開孔示意圖

2.5 存放防變形控制

鋼襯里板存放變形主要是由于存放架不合理、不按要求進(jìn)行存放等因素導(dǎo)致的。

因此采取如下措施進(jìn)行控制：存放架嚴(yán)格按設(shè)計圓弧度進(jìn)行制作。鋼襯里板翻身后立即存放于存放架上，切忌長時間放置于地面。截錐體、筒體、穹頂存放架尺寸有差異，因此要專用存放。每個存放架存放筒體板不超過6塊，避免擠壓變形。

2.6 其他防變形改進(jìn)措施

以往核電工地鋼襯里加強筋板是采用車間對接焊接的方法，其焊接變形量很難控制。本工程設(shè)計變更為整體加工成型，免去了焊接環(huán)節(jié)，不用考慮防變形控制。

以往核電工地鋼襯里底板拼裝工作主要依賴在現(xiàn)場采用手工電弧焊進(jìn)行焊接，導(dǎo)致焊接變形嚴(yán)重。本工程將通過多方位深入策劃，將大量的鋼襯里底板拼裝工作安排在預(yù)制車間使用埋弧自動焊，可大大減少整個鋼襯里底板的焊接變形。

3 結(jié)語

筆者所在團隊不囿于固有經(jīng)驗，在保證質(zhì)量、安全的前提下，拓展思路、積極嘗試新方法，認(rèn)真分析總結(jié)，不辭辛苦，經(jīng)過兩年的艱苦實踐，本工程鋼襯里預(yù)制質(zhì)量持續(xù)得到改進(jìn)，最終鋼襯里整體的變形量較以往核電工程有了明顯改善，所有鋼襯里板結(jié)構(gòu)預(yù)制尺寸驗收一次合格。筆者回顧各個環(huán)節(jié)采取的防變形措施細(xì)節(jié)，特此進(jìn)行分析和總結(jié)，以期為后續(xù)華龍一號鋼襯里建設(shè)提供有價值的參考。