核電站常規(guī)島主蒸汽管道焊接施工管理

摘? 要：AP1000核電站主蒸汽管線是連接蒸汽發(fā)生器與汽輪機(jī)的主干線，分為3個(gè)部分：核島內(nèi)的主蒸汽管道、超級(jí)管道、常規(guī)島內(nèi)的主蒸汽管道。核島主蒸汽隔離閥之后的超級(jí)管道為核三級(jí)管道;質(zhì)保級(jí)別為QA1;超級(jí)管道末端為一段約3800mm長(zhǎng)的直管段，材質(zhì)為ASME A335-P11、規(guī)格為965×44.2mm，與常規(guī)島主蒸汽管道的大小頭進(jìn)行焊接連接。常規(guī)島主蒸汽管道不執(zhí)行核安全功能，屬于非核級(jí)管道;質(zhì)保等級(jí)為常規(guī)島質(zhì)保等級(jí)的最高級(jí)QR1級(jí)，執(zhí)行GB/T 19001-2008標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：主蒸汽管道? 焊接? 熱處理? 無(wú)損檢測(cè)

中圖分類號(hào)：G252? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（b）-0128-03

Abstract： AP1000 main steam pipeline of nuclear power plant is the main line connecting steam generator and steam turbine， which is divided into three parts： main steam pipeline in nuclear island， super pipeline and main steam pipeline in conventional island. The super pipe after the main steam isolation valve of nuclear island is the nuclear three-stage pipeline; the quality assurance grade is QA1; the end of the super pipe is a section of about 3800 mm long straight pipe section， the material is ASME A335-P11， specification is 965×44.2 mm， welding connection with the size head of the conventional island main steam pipe. Conventional island main steam pipeline does not perform nuclear safety function， belongs to non-nuclear class pipeline;? The insurance grade is the highest level of the regular island quality assurance grade QR1， the implementation GB/T 19001-2008 standard.

Key Words： Main steam piping; Welding; Heat treatment; Non-destructive testing

1? 常規(guī)島主蒸汽管道現(xiàn)場(chǎng)焊接過(guò)程控制

常規(guī)島主蒸汽管道通往汽輪機(jī)高壓缸、汽水分離再熱器、凝汽器共有32條管線，分為174個(gè)管段，其中現(xiàn)場(chǎng)焊接位置有2G、5GT與6GT、焊口數(shù)量有203道，采用拋線施工優(yōu)先安裝。

2? 焊接工藝評(píng)定管理

根據(jù)焊接工藝評(píng)定是指在新產(chǎn)品、新材料投產(chǎn)前，為制定焊接工藝規(guī)程，通過(guò)對(duì)焊接方法、焊接材料、焊接參數(shù)等進(jìn)行選擇和調(diào)整的一系列工藝性試驗(yàn)，以確定獲得標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定焊接質(zhì)量的正確工藝[1]。

在企業(yè)具有同一標(biāo)準(zhǔn)體系核電項(xiàng)目的焊接施工管理經(jīng)驗(yàn)之后，對(duì)焊接工藝評(píng)定可以進(jìn)行轉(zhuǎn)移。焊接工藝評(píng)定轉(zhuǎn)移是在符合焊接技術(shù)規(guī)格書和圖紙要求的情況下，焊接工藝評(píng)定由承包商的一個(gè)車間或現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)車間或現(xiàn)場(chǎng)的活動(dòng)[2]。焊接工藝評(píng)定的轉(zhuǎn)移必須是同一企業(yè)，同一個(gè)質(zhì)保體系內(nèi)。

3? 焊工資格管理

焊接人員資格考核作為一項(xiàng)職業(yè)資格行政許可，要充分發(fā)揮資格許可的杠桿作用，立足資格管理的基本定位，以考核推動(dòng)焊接人員技能水平和核安全文化素養(yǎng)的提高。企業(yè)作為焊接人員管理的責(zé)任主體，承擔(dān)焊接人員選拔、培養(yǎng)、使用和管理的主體責(zé)任，具體負(fù)責(zé)與產(chǎn)品需求相適應(yīng)的技能評(píng)定和崗位授權(quán)，確保焊接人員技能滿足產(chǎn)品焊接工作的需要[3]。在核電常規(guī)島項(xiàng)目管理中，焊接施工不允許外包的范圍包括主蒸汽、熱再熱蒸汽、凝結(jié)水、疏水、主給水管道。

4? 焊接材料管理

采購(gòu)管理。根據(jù)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、ASME標(biāo)準(zhǔn)，以及技術(shù)規(guī)范編制焊接材料的采購(gòu)技術(shù)說(shuō)明書，由合格供應(yīng)商按要求進(jìn)行提供。

現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。正式工程用焊接材料的質(zhì)保等級(jí)QR1級(jí)，進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備、管道、風(fēng)管及其支架的焊接材料，按采購(gòu)技術(shù)說(shuō)明書的要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收與復(fù)驗(yàn)。

5? 焊接設(shè)備管理

焊接設(shè)備（Welding Equipment）實(shí)現(xiàn)焊接工藝所需要的裝備，包括焊機(jī)、焊接工藝裝備和焊接輔助器具。

焊接電纜的長(zhǎng)度通常不宜超過(guò)30m。當(dāng)焊接電纜長(zhǎng)度小于20m時(shí)，焊接電纜截面積以4-10A/mm2進(jìn)行計(jì)算選擇為宜[4]。

焊接線能量（Weld Heat Input）的選擇不僅與焊接電流的大小有關(guān)，更重要的是有利于焊接操作。

6? 焊接作業(yè)重點(diǎn)

常規(guī)島主蒸汽管道焊接作業(yè)的難點(diǎn)在于與超級(jí)管道之間對(duì)接焊縫的焊接，確保熔敷金屬的沖擊韌性符合要求。焊接工藝為焊前預(yù)熱，鎢極氬弧焊打底填充至少5mm，焊接完成后進(jìn)行焊后熱處理。

6.1 坡口制作

超級(jí)管道為雙U型復(fù)合坡口，有長(zhǎng)度為0.5mm的平臺(tái)與半徑為1.6mm的圓弧，為了達(dá)到達(dá)到加工精度要求，常規(guī)島主蒸汽管道為雙V型復(fù)合坡口（見圖1）。

6.2 坡口組對(duì)

為避免在母材原始表面進(jìn)行引弧定位焊，可以采用直徑為Φ40mm的點(diǎn)固棒，將管道坡口分為四等分進(jìn)行組對(duì)定位焊接。

6.3 焊接材料的選擇

超級(jí)管道材質(zhì)為ASME A335-P11，焊接尺寸為Φ965×44.2mm;P4類鋼，公稱成分1.25Cr-0.5Mo-Si。在DL/T1117-2009中屬于P1類。

常規(guī)島主蒸汽管道材質(zhì)為ASME A106B，焊接尺寸為Φ965×44.2mm;P1類鋼，公稱成分為C-Mn-Si。在DL/T1117-2009中屬于F1類。

按照ASME QW-424工藝評(píng)定試件對(duì)母材的要求，同一類別鋼的焊接工藝評(píng)定可以用于相同類別鋼的焊接，即按照ASME的規(guī)定，超級(jí)管道的焊接工藝評(píng)定可以直接用于超級(jí)管道與常規(guī)島主蒸汽管道的焊接。而常規(guī)島主蒸汽管道的焊接工藝評(píng)定不可以直接用于超級(jí)管道與常規(guī)島主蒸汽管道的焊接[5]。同時(shí)按照DL/T1117-2009工藝評(píng)定母材由不同類別鋼材組成的焊接接頭需進(jìn)行組合評(píng)定。

6.4 熱處理工藝

6.4.1 預(yù)熱溫度的確定

美國(guó)金屬學(xué)會(huì)提出的計(jì)算預(yù)熱溫度的碳當(dāng)量CE經(jīng)驗(yàn)公式，當(dāng)CE<0.45%時(shí)，可不預(yù)熱;當(dāng)CE在0.45～0.60%之間時(shí)，預(yù)熱100℃～200℃;當(dāng)CE>0.60%時(shí)，預(yù)熱200℃～370℃。

CE=C+Mn/6+Ni/15+（Mo+Cr）/4+Cu/13（%）

根據(jù)焊口兩側(cè)母材的化學(xué)成分（見表1）進(jìn)行計(jì)算，CEA106B=0.448、CEA335P11=0.655，則焊接前預(yù)熱溫度范圍為200℃～370℃。

6.4.2 焊后熱處理規(guī)范的確定

焊后熱處理的恒溫溫度不超過(guò)鋼材的原來(lái)的回火溫度（最高710℃），具體的溫度由鋼材在不同溫度下的屈服強(qiáng)度確定與焊接應(yīng)力大小確定[7]。當(dāng)溫度在600℃～650℃范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)生塑性變形，應(yīng)力得以消除或降低。

7? 焊接施工的難點(diǎn)

7.1 焊接收縮量控制

在主蒸汽管道焊接過(guò)程中，熔敷金屬與母材熱影響區(qū)的膨脹與收縮，在焊接工藝評(píng)定、以往施工經(jīng)驗(yàn)確定焊接收縮量，或按管段順序施工，待上道焊口自由收縮定位后，進(jìn)行下道焊口的坡口尺寸加工。

焊接收縮量隨坡口組對(duì)間隙、坡口角度、拘束程度的增大而增加，隨著焊條直徑的增加而減少;焊接收縮量通常在0.3mm左右[8]。

7.2 接管焊接

主蒸汽管道上的積液罐是在主蒸汽管道上開孔，采用馬鞍形坡口進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接。主蒸汽管道（Φ1067×54mm）接管管線的疏水罐材質(zhì)為20（控Cr）、規(guī)格為Φ285×49mm的焊口，在現(xiàn)場(chǎng)四周為鋼結(jié)構(gòu)的條件下，進(jìn)行仰焊位置的焊接，容易產(chǎn)生未焊透、未熔合等焊接缺陷。

采取措施如下：

（1）坡口加工與組對(duì)。

接管的馬鞍形坡口加工時(shí)，坡口角度在40°～50°范圍內(nèi)逐漸變化，使母管表面與接管坡口加工面之間的夾角保持在50°左右。母材表面進(jìn)行打磨，去除對(duì)焊接質(zhì)量有害的雜質(zhì)。組對(duì)間隙為0～4mm。

（2）焊接過(guò)程控制。

母管待焊表面呈圓弧形，焊接操作時(shí)避免電弧保護(hù)罩在上部破裂，產(chǎn)生氣孔、夾渣和側(cè)壁未熔合等焊接缺欠。優(yōu)先排列仰焊位置的焊道;在母管直徑周向兩側(cè)的焊道，對(duì)稱同時(shí)施焊。道間溫度接近預(yù)熱溫度后，再進(jìn)行下一焊道的焊接，最終焊縫成略微凸起的飽滿形態(tài)。

7.3 異種鋼焊接管理

主蒸汽管線中，各有一個(gè)不銹鋼孔板流量計(jì)，在主蒸汽管道吹掃工作完成后進(jìn)行異種鋼對(duì)接焊。異種鋼焊接規(guī)格為φ219.1×12.7mm，焊接位置為5GT，焊材為異種鋼焊絲ER309L與異種鋼焊條E309L;異種鋼接頭焊接焊縫內(nèi)面充氬保護(hù);熔敷金屬厚度超過(guò)5mm后才允許背面停止充氬。異種鋼打底焊接時(shí)，從碳鋼一側(cè)起弧;多層多道焊接時(shí)，優(yōu)先焊接碳鋼一側(cè)的焊道，控制減少不銹鋼側(cè)的溫度在敏化溫度帶停留的時(shí)間;相鄰焊道的接頭相互錯(cuò)開15～20mm。

7.4 困難位置

主蒸汽管道與主汽閥接管之間的焊縫，在混凝土構(gòu)筑物墻體側(cè)下方約200mm，離7.5m層樓板面約5.3m。高空焊接作業(yè)時(shí)，采用腳手架搭設(shè)焊接操作平臺(tái)，利于焊工進(jìn)行操作。

8? 結(jié)語(yǔ)

AP1000常規(guī)島主蒸汽管道采用拋線施工法，使管道在安裝過(guò)程中處于自由低應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)焊接過(guò)程控制嚴(yán)格，有針對(duì)性地處理現(xiàn)場(chǎng)施工中的難點(diǎn)與重點(diǎn)，同時(shí)區(qū)別對(duì)待不同工況下焊接接頭的熱處理工藝，達(dá)到母材與熔敷金屬的最佳使用狀態(tài)。

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