AP1000蒸汽发生器制造中的焊接与焊后热处理

AP1000蒸汽发生器制造中的焊接与焊后热处理

鲁巍

(国核工程有限公司上海200030)

摘要：对于AP1000蒸汽发生器来说，其焊接材料、焊接方法、焊接工艺评定、预热、后热、临时性附件、焊接顺序、焊后热处理等，比之前大的蒸汽发生器的要求更多。为了保证蒸汽发生器的制造质量，在整个制造过程中电气核电设备企业务必需要采用多项焊接和焊后热处理创新技术。

关键词：AP1000蒸汽发生器；制造；焊接；焊后热处理

引言：APl000是美国西屋公司在AP600的基础上开发的第三代先进核电技术，与传统成熟的压水堆核电技术相比，最大的优点是其安全系统采用了“非能动”技术，提高了安全性和经济性以及建造中大量采用模块化建造技术，大大缩短建设周期。为了将其更好的利用，在接下来的文章中，将围绕AP1000蒸汽发生器制造中的焊接与焊后热处理方面展开详细分析。

一、AP1000蒸汽发生器相关内容简析

（一）AP1000蒸汽发生器制造特点

APl000蒸汽发生器型号为△125型，主要由以下组件组成：下封头组件、管束组件和下筒体组件、旋风分离器和板式分离器和上筒体组件。采用倒U形管立式布置，自然循环，结构非常紧凑。蒸汽发生器外壳分上段、中段、下段3部分，上段由椭球封头、上筒节E&D组成；中段由锥形筒节、下筒节C&B&A和管板组成；下段是下封头。

（二）AP1000蒸汽发生器设计规范

AP1000为单堆布置两环路机组，电功率1250MWe，设计寿命60年，主要安全系统采用非能动设计，布置在安全壳内，安全壳为双层结构，外层为预应力混凝土，内层为钢板结构。AP1000主要的设计特点包括：第一，主回路系统和设备设计采用成熟电站设计。AP1000堆芯采用西屋的加长型堆芯设计，这种堆芯设计已在比利时的Doel4号机组、Tihange3号机组等得到应用；燃料组件采用可靠性高的Performance+；采用增大的蒸汽发生器，和正在运行的西屋大型蒸汽发生器相似；稳压器容积有所增大；主泵采用成熟的屏蔽式电动泵；主管道简化设计，减少焊缝和支撑；压力容器与西屋标准的三环路压力容器相似，取消了堆芯区的环焊缝，堆芯测量仪表布置在上封头，可在线测量；第二，严重事故预防与缓解措施。AP1000设计中考虑了以下几类严重事故：堆芯和混凝土相互反应；高压熔堆；氢气燃烧和爆炸；蒸汽爆炸；安全壳超压；安全壳旁路。为防止堆芯熔融物熔穿压力容器和混凝土底板发生反应，AP1000采用了将堆芯熔融物保持在压力容器内设计。在发生堆芯熔化事故后，将水注入到压力容器外璧和其保温层之间，可靠地冷却掉到压力容器下封头的堆芯熔融物。在AP600设计时已进行过IVR的试验和分析，并通过核管会的审查。对于AP1000，这些试验和分析结果仍然适用，但需作一些附加试验。由于采用了IVR技术，可以保证压力容器不被熔穿，从而避免了堆芯熔融物和混凝土底板发生反应。对于蒸汽爆炸事故，由于AP1000设置冗余多样的自动卸压系统，避免了高压蒸汽爆炸发生。而在低压工况下，由于IVR技术的应用，堆芯熔融物没有和水直接接触，避免了低压蒸汽爆炸发生。对于由于丧失安全壳热量排出引起的安全壳超压事故，AP1000非能动安全壳冷却系统的两路取水管线的排水阀在失去电源和控制时处于故障安全位置，同时设置一路管线从消防水源取水，确保冷却的可靠性。事故后长期阶段仅靠空气冷却就足以带出安全壳内的热量，有效防止安全壳超压。由于采用了IVR技术，不会发生堆芯熔融物和混凝土底板的反应，避免了产生非凝结气体引起的安全壳超压事故。针对安全壳旁路事故，AP1000通过改进安全壳隔离系统设计、减少安全壳外LOCA发生等措施来减少事故的发生。

二、AP1000蒸汽发生器制造中的焊接工艺

（一）主环缝的焊接

环缝焊接主要采用窄间隙、单丝直流电源埋弧自动焊，焊接位置平焊，坡口采用UV形窄间隙坡口。焊接时先进行环缝内壁手工电弧焊，外壁清根后再埋弧自动焊，整个焊接过程中均保持预热，包括清根阶段。焊接材料采用d-3.2mm、d-4.0mm和d-5．0mm的E9018-G焊条与d=4.0mm的EM2-M2埋弧焊丝／焊剂。焊前预热，焊后去氢处理，焊后和热处理后对焊缝进行无损检测，检测结果合格。

（二）管板堆焊与管子一管板密封焊

APl000蒸汽发生器管板材料为锰一镍一钼低合金钢，一回路侧堆焊Inconel690镍基合金和不锈钢材料。大面积堆焊的镍基合金材料热裂纹敏感性高、堆焊金属润湿性差，在管板堆焊后进行的液体渗透检测和超声检测过程中容易出现一些不超标缺陷或不易发现的一些微小夹渣缺陷，管子一管板密封接头的焊接对管口附近的堆焊层表面质量非常敏感，这些微小缺陷在管子一管板密封接头焊接过程中被翻卷出来，在接头表面产生焊瘤或气孔，部分存在于焊缝中形成缺陷，从而引起管子一管板密封焊缝的质量问题，造成焊后返修。堆焊质量的优劣将直接影响到管子与管板间焊缝的综合性能。

三、AP1000蒸汽发生器产品热处理工艺

（一）预热、后热、层间温度控制

蒸汽发生器本体材料为SA508Gr．3C1．2锻件，属于Mn—Ni—Mo系高强度低合金钢，焊前必须预热。最低预热温度为121℃，且预热温度保持至整个接头焊接完成。若焊完之前需中止焊接和预热，焊缝至少焊完25mm厚或焊缝厚度的25％中的较小值，同时后热温度为204℃，保持至少2h。SA508Gr．3C1．2材料上耐腐蚀堆焊及隔离层堆焊时，最低预热温度为121℃，熔敷厚度达到至少4．8mm且进行了去氢处理，后续堆焊预热温度降低至室温。对于预热无任何规定的材料，最低预热温度至少10℃。SA508Gr．3C1．2材料的焊接或堆焊后进行后热消氢处理，后热温度为232～315℃，保持4h，之后温度降低至室温。使用超低氢焊接材料时，后热最低温度降低至204℃。碳钢、低合金钢材料间的焊接最大层间温度为250℃，不锈钢和镍基合金母材金属的焊缝最大层间温度为177℃[1]。

（二）焊后热处理

焊后热处理分为局部热处理和整体热处理，整个蒸汽发生器制造过程中，除了最终两条环缝，即上筒体与锥筒体环缝、水室封头与管板环缝进行局部热处理外，其余所有焊缝均进炉热处理。热处理后均记录每次热处理的最短保温时间和最长保守累积时间。设备制造过程中按ASMENB4000规定，在595～620℃对承压焊缝进行焊后热处理，350℃以上加热速度≤55K／h，冷却速度≤55K／h，降到350℃以下冷却，加热方式为炉内加热或电红外加热。水室封头碗面大面积堆焊后为了保证堆焊层质量，最短累积热处理保温时间至少12h。

结论：

为保证核电蒸汽发生器的设备质量，需要不断进行工艺改进，用以提高设备制造中的焊接质量和效率，降低成本，并提高技术先进性。文章围绕AP1000蒸汽发生器制造中的焊接与焊后热处理方面进行了详细分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值[2]。

参考文献：

[1]陈进生.火电厂烟气脱硝技术一选择性催化还原法[M].北京：中国电力出版社,2018：10—22．

[2]梁红亮,郭宾彬.SCR催化剂的研究应用状况和发展方向[J].科技情报开发与经济,2018(14)：120—121．