核电站钢衬里穹顶埋弧自动焊质量控制

核电站钢衬里穹顶埋弧自动焊质量控制

何云志贾海涛

中国中原对外工程有限公司北京市100044

摘要：本文主要阐述了碳钢弧形板采用埋弧自动焊拼接的焊接质量控制措施,以核电站钢衬里穹顶为工程实例,从焊缝质量和焊接变形两个方面进行总结分析焊接质量控制的主要措施。

关键词：穹顶埋弧自动焊；焊接质量；焊接变形

1.引言

埋弧自动焊工艺在工程实践中主要适用于低碳钢及合金钢的中厚板平面焊接和大直径管道对接,极少用于核电站钢衬里穹顶车间预制焊接。

钢衬里穹顶的预制通常采用传统的手工电弧焊，以保证穹顶的焊接质量，但穹顶的球面弧度较大，加上手工电弧焊的焊接效率和焊接质量对于人为的因素依赖性较大，在穹顶的焊接过程中容易因主观因素产生焊接缺陷，使得穹顶的焊接质量不易保证[1]。因此，广东台山三代核电EPR堆型钢衬里穹顶预制选用埋弧自动焊工艺，提高了焊接效率，保证了焊缝质量，焊缝成型美观。

2.工程概况

钢衬里是由底板、截锥体、筒体及穹顶四大部分构成的一个密封壳体，与核电站内安全壳一起组成核岛的第三道安全屏障，具有极端事故下防止核泄漏的作用，其质量好坏直接影响了核岛的土建施工周期和核电站在运行过程中的安全性、可靠性及使用寿命[2]。

台山核电站钢衬里穹顶为椭圆球状结构，由上部的球缺和下部的球带组成。穹顶的上部球缺半径R=32000mm，下部的球带内径R=8000mm，其中球缺高度为7457mm，球带高度为6135mm，总高度H=13592mm，穹顶下口内径φ=46800mm，与钢衬里筒体壁板上口直接对接。穹顶壳体是由锚固板、σ=6mm的碳钢板及焊接在外侧的角钢、焊钉组成的带肋双曲面壳体。

3.施工难点

钢衬里穹顶的下口外径为46.812m，总重量为234.857t，车间预制拼接焊缝长1230m，工程量大；穹顶的球面弧度较大且存在变化，穹顶预制用胎膜数量多且复杂，焊接难度大；焊缝必须进行10%焊缝+100%交叉焊缝接头的射线检测，质量控制要求严格。

制作出的穹顶胎膜，必须保证胎膜的弧度要求和尺寸精度及分块板的焊缝没有悬空，埋弧焊焊缝务必位于胎膜的弧度角钢上，另外加工的分块板尺寸满足设计规范的精度要求。穹顶分块板的焊缝长度大部分位于4500mm～8500mm区间，板材选用6mm碳钢薄板，焊接变形难于控制。

核电厂建造技术规范对于焊接变形控制要求极高，穹顶的球面的允许偏差应符合下列要求：

（1）用球面构件相应的设计半径、弦长为3m的弧形样板检查，其最大间隙为6mm；

（2）局部凹凸不得大于5mm；

（3）周边不允许有皱褶。

4.焊接质量控制要点

钢衬里穹顶车间预制时，焊接质量主要从焊缝质量和焊接变形两个方面进行控制。

4.1焊缝质量控制

焊缝质量从人（焊工技能）、机（大型叉车、焊接设备、穹顶胎膜）、料（焊接材料）、法（焊缝组对、焊接工艺、无损检测）和环（施工环境）五个方面进行控制。

4.2焊接变形控制

焊接变形主要从焊接工装方面进行控制。

5.焊缝质量控制措施

焊缝质量，根据设计技术规范要求，焊缝目视要求达到EN25817B级（最高级）外，焊缝余高不允许超过1.6mm，错边量不允许超过0.6mm，不允许存在咬边、裂纹、未焊透、未熔合等缺陷，RT射线检测必须满足EN125171级的要求。为满足上述要求，主要从以下五个方面控制焊缝质量。

5.1焊工技能

钢衬里穹顶属于核二级设备，参与施焊焊工资格必须经过HAF603规定的考试认证，且每名焊工进行为期少于三个月的焊接培训。

为保证焊缝质量，每名焊工均要进行模拟试验件的焊接，焊接完成后，无损检测合格的焊工才可最终施焊。且进行交底，为焊接预制做好技术准备。

焊接过程中，对焊工的合格率进行动态分析统计，如果合格率出现波动，及时查找和分析出现问题的原因，制定相应的解决措施。

5.2施工机具和设备

施工机具和设备是影响焊缝质量的关键因素，主要从实际施工角度，对于大型叉车、焊接设备、穹顶胎膜等方面进行要求，保证穹顶预制的施工质量。

对于提升胎膜高度的大型叉车，要求其额定起重量不低于10吨，最大提升高度不小于3.5米，起升速度控制在1.5米每分钟以内。

对于焊接设备，定期对焊机的焊接电源进行检验标定，保证电流输出精度；正式施焊之前，对焊接机头进行检查，及时更换损坏的零件和修复故障。

对于穹顶胎膜的制作，必须保证胎膜的弧度要求和尺寸精度，及分块板的焊缝没有悬空，埋弧焊焊缝务必位于胎膜的弧度角钢上。

5.3焊接材料

焊接材料是保证焊缝质量的基础因素，采购验收必须遵循严格的流程和技术规范，编制焊材技术规格书和验收程序，严格依照进行甄选。焊材进行场后，需进行复验程序，全部合格后才能投入使用。

5.4焊接工艺

焊接工艺是影响焊缝质量的核心要素，通过焊接试验，制定出一套合理有效的焊接工艺规范，保证焊缝质量。

5.4.1焊缝坡口的选用[3]

钢衬里穹顶埋弧自动焊工艺试验选用双面对接焊的“I”型坡口，组对间隙为0～1mm。

5.4.2穹顶埋弧自动焊的工艺原理[4]

根据穹顶设计文件要求，制作与壁板相吻合的胎模，控制等分板的拼接。通过工装和卡具以及点焊组对的方式，把预制好的等分板与胎模可靠固定。利用大型叉车，升高胎模一端，使胎模上等分板的焊缝焊接位置处于与水平面的夹角<30°的状态。对等分板的焊缝采用埋弧自动焊进行焊接，焊接过程中，缓慢升降胎模，直至等分板凸面的焊缝全部焊完。

穹顶构件壁板凸面进行加劲角钢的焊接，加劲角钢构成防止壁板变形的支架。将穹顶壁板从胎模上取下，翻转180°，重复凸面埋弧自动焊的步骤，利用叉车与焊接操作的配合，焊接壁板凹面的焊缝直至焊接工作全部完成。

5.4.3穹顶埋弧自动焊的工艺参数优化

焊接试验时，焊材选用核电专用埋弧焊丝H08MnHR（φ2.4）+焊剂SJ14HR组合，焊机选用埋弧焊机DC-1000，试验材料选用压力容器钢板P265GH（δ=6mm），针对弧形板选用不同的焊接参数进行试验。

经过4组焊接工艺试验，确定试验3（焊接电流：第1层400A，第2层440A；焊接电压：第一层31V，第二层34V；焊接速度：第一层35～55cm/min,第二层45～60cm/min）和试验4（焊接电流：第1层410A，第2层430A；焊接电压：第一层31V，第二层34V；焊接速度：第一层40～55cm/min,第二层45～60cm/min）选用的参数适用。通过焊缝外观成型比较，试验4选用的参数更有利于焊缝焊透，外观成型、焊接质量稳定，故选用第4组参数，试验结果满足设计技术标准要求。

5.5施工环境

穹顶埋弧自动焊对施工环境的要求较高,风速不得大于2m/s。如果风速过大或者湿度过高，焊缝中将会出现气孔、夹渣等缺陷。所有焊接必须在车间内进行，避免“穿堂风”的形成；壁板组对后，先用火焰进行烘干，再行焊接操作。

6.焊接变形控制措施

为减小等分板的薄板焊接变形,主要从布置焊接工装进行控制。根据施工实际情况，合理选用工装，增加大板覆面的约束，大大减小焊接变形。采用两种固定工装：一是楔帖+U型板，将分块板与穹顶胎膜固定；二是采用工艺槽钢或工艺板，在焊接变形的分块板边缘进行点焊固定。

7.结论

通过工程实践，台山核电站钢衬里穹顶埋弧自动焊的拼接焊缝的质量得到保证，焊缝的射线检测合格率达到99.3%以上，预制构件的焊接效率得到提高，焊接变形得到有效控制，满足设计规范和标准要求。

参考文献

[1]吴敢生，埋弧自动焊，沈阳：辽宁科技出版社，2007：78-79

[2]NB/T20159-2012，压水堆核电厂反应堆厂房安全壳钢衬里施工技术规程

[3]GB/T985.1-2008，气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡

[4]何云志，陈明国，徐涛，王立国，核电站钢衬里穹顶第一层制造方法：中国，ZL201110351452.0，2011-11-09