摘要:本文通過(guò)對(duì)田灣核電站一回路主管道冷段焊接變形的原因及其特點(diǎn)的分析,著重闡述了主管道冷段焊接變形的趨勢(shì)及控制措施,對(duì)今后同類(lèi)工程的焊接變形控制具有借鑒意義。
關(guān)鍵詞: 焊接變形;分析;控制措施
1、主管道焊接變形控制的意義
田灣核電站主管道為大直徑厚壁管道Ф990X70mm,材料特殊,工藝復(fù)雜,施工難度大,變形不易控制。主管道變形控制的目的是為了主管道在一端焊接的情況下,確保另一端的焊口獲得準(zhǔn)確的對(duì)口位置,即組對(duì)間隙滿(mǎn)足1.5±0.5mm,錯(cuò)邊量為≤0.5mm的設(shè)計(jì)要求。主管道是連接主設(shè)備的重要結(jié)構(gòu),因主設(shè)備的位置相對(duì)固定,為保證安裝滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,控制主管道焊接變形就顯得尤為重要。
2、主管道安裝、組對(duì)方案
每條主管道冷段是由兩個(gè)直管段組成,包含3道焊口。
焊接接頭的焊接順序見(jiàn)圖1:冷段—— N1N2N3。
先組對(duì)好與壓力容器的焊口N1,組對(duì)時(shí)利用經(jīng)緯儀和測(cè)距儀監(jiān)測(cè)直管段另一端與主泵接管的同軸度和端面平行度。
組對(duì)好與壓力容器的焊口N1后100%的焊好此口,監(jiān)控管段另一端的變化量。
同樣用測(cè)距和測(cè)同軸度的方法確定需切除的另一段管段的余量,切余量時(shí)同時(shí)要考慮兩個(gè)焊口的收縮量。
組對(duì)另一直管段,組對(duì)時(shí)可沿管段軸線(xiàn)適當(dāng)移動(dòng)主泵殼。組對(duì)好后,焊中間焊口N2,再焊與主泵的接口N3。
3、主管道焊接變形的特點(diǎn)
3.1組對(duì)技術(shù)要求
主管道組對(duì)要求:對(duì)口間隙為1.5±0.5mm,根部錯(cuò)邊不超過(guò)0.5mm,主泵殼上結(jié)合面的水平度設(shè)計(jì)要求不超過(guò)0.5mm/m,由此可見(jiàn)主管道焊接過(guò)程中變形控制就顯得尤為重要。前一個(gè)焊口的焊接變形量將影響到下一個(gè)焊口的組對(duì),并且冷段封閉焊口N3會(huì)影響到主泵的定位精度。
3.2材料的特點(diǎn)
不同的結(jié)構(gòu)材料線(xiàn)膨脹系數(shù)不同,線(xiàn)膨脹系數(shù)越大,焊接時(shí)橫向收縮量越大,產(chǎn)生的焊接變形越大。焊口N1/N2/N3的材質(zhì)均不相同,焊口N3比其它焊接接頭的焊接變形量要小,這在焊接工藝試驗(yàn)階段對(duì)焊接收縮量的測(cè)量結(jié)果得到證實(shí),因此應(yīng)注意不同材質(zhì)焊接接頭的變形趨勢(shì)。
3.3焊接收縮量
根據(jù)焊接工藝試驗(yàn)階段的數(shù)據(jù)分析,主管道焊接變形基本發(fā)生在基層焊接過(guò)程中,焊縫的填充程度與變形量的關(guān)系如下:
根部焊接:手工氬弧焊---橫向收縮量約為總收縮量的35-40%;
焊至焊縫的1/3截面:手工電弧焊---橫向收縮量約為總收縮量的35-40%;
焊至焊縫的2/3截面:手工電弧焊---橫向收縮量約為總收縮量的10-15%;
焊至焊縫的整個(gè)截面:手工電弧焊---橫向收縮量約為總收縮量的10-15%。
由此可知,主管道焊接收縮量主要發(fā)生在基層焊縫30%厚度以前,因此焊接變形控制的重點(diǎn)應(yīng)該在根部TIG焊接及基層1/3焊縫截面的電弧焊焊接過(guò)程中。
3.4預(yù)熱及熱處理
根據(jù)焊接工藝要求,在手工電弧焊開(kāi)始焊前要進(jìn)行預(yù)熱,將使管道和設(shè)備本體發(fā)生膨脹并產(chǎn)生變形,這就相應(yīng)增加了焊接變形的控制難度。嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)和施焊順序,減少焊接殘余應(yīng)力在焊口上的不均勻分布,降低焊后熱處理之后的變形量過(guò)大。
3.5主泵殼上結(jié)合面的水平度控制
因主泵殼體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其重心并不在它的幾何中心軸線(xiàn)上,而是偏向冷管段管嘴一端。在主泵殼體與冷管段的管段接上以后,將增大其重心偏移量,同樣增大了冷管段管嘴在管段軸線(xiàn)相對(duì)的一端上翹的傾向。
4、主管道焊接變形的監(jiān)控和測(cè)量方法
4.1 焊縫軸向收縮量的測(cè)量
在距坡口兩側(cè)各25mm處沿圓周鐘點(diǎn)方向3、6、9、12四點(diǎn)各打2個(gè)洋沖眼(見(jiàn)示意圖2),點(diǎn)的深度不超過(guò)0.3mm,用游標(biāo)卡尺測(cè)量每層焊縫焊后的收縮量,并記錄。采用同樣方法測(cè)量記錄熱處理后的尺寸。
4.2 焊縫徑向收縮量的測(cè)量
基層焊縫焊接前后,用加長(zhǎng)內(nèi)徑千分尺測(cè)量徑向收縮量,測(cè)量點(diǎn)沿圓周8個(gè)等分點(diǎn)均布。
4.3 焊縫角變形的測(cè)量
用百分表測(cè)量角變形量,測(cè)量點(diǎn)分布見(jiàn)示意圖3。
4.4 端部收縮量的測(cè)量
用百分表測(cè)量端部收縮量,測(cè)量點(diǎn)分布見(jiàn)示意圖4。
5、復(fù)合鋼主管道焊接變形控制措施
5.1組對(duì)過(guò)程控制
主管道組對(duì)應(yīng)保證管段放置穩(wěn)固,應(yīng)避免焊口產(chǎn)生附加應(yīng)力,管段應(yīng)自由對(duì)口,不得強(qiáng)行組對(duì)。組對(duì)時(shí)應(yīng)盡量保持周向間隙均勻,如間隙不均勻,間隙大的位置,坡口寬度大,熔敷金屬填充量增大,焊接熱輸入量也大,造成此方位的橫向收縮量增大,產(chǎn)生管段變形。
5.2 焊接過(guò)程控制
眾所周知,焊接過(guò)程將不可避免地產(chǎn)生焊接應(yīng)力及變形,而焊接變形控制的目的就是要使焊接應(yīng)力及變形降到最低,以滿(mǎn)足設(shè)備定位及管道組對(duì)要求。
焊接時(shí)兩名焊工對(duì)稱(chēng)同步焊,控制每層每道焊縫橫向收縮量的均勻性,重點(diǎn)控制收縮量最大的基層焊縫1/3截面前。
5.3 焊接變形調(diào)整措施
通過(guò)百分表監(jiān)測(cè)觀察主管道焊接過(guò)程中偏移趨勢(shì),當(dāng)偏移量過(guò)大(一般在>1mm)時(shí),需對(duì)焊接變形進(jìn)行調(diào)整,可通過(guò)改變兩名焊工的焊接順序及焊接規(guī)范來(lái)調(diào)整焊接變形。
5.4 反變形控制
根據(jù)焊接工藝試驗(yàn)階段變形量的數(shù)據(jù)積累,可以預(yù)見(jiàn)焊接變形趨勢(shì)及焊口徑向、橫向變形收縮量大小,則組對(duì)時(shí)可采取反補(bǔ)償措施。即采用預(yù)變形使主泵水平度的最終變形控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi),即≤0.5mm/m。
6、小結(jié)
主管道焊接滿(mǎn)足核電站主設(shè)備和主管道的安裝設(shè)計(jì)要求,說(shuō)明主管道的焊接變形控制措施是有效的和可行的,控制變形關(guān)鍵是在平時(shí)的細(xì)微調(diào)整上下功夫,如果始終注意不讓其變形的累計(jì)量超出2毫米,則最終的變形是完全可以追回的。主管道的焊接變形控制的成功經(jīng)歷為今后的同類(lèi)工程的焊接變形控制提供了經(jīng)驗(yàn),具有借鑒意義。
參考文獻(xiàn):
[1]《核動(dòng)力裝置的設(shè)備和管道焊接和堆焊的基本規(guī)則》(ПНАЗГ-7-009-89)
[2]主管道焊接工作程序LYG–MT2042
作者簡(jiǎn)介:
孫宏偉:1974年8月30日出生所在單位:中電投電力工程有限公司煙臺(tái)分公司 所在部門(mén):安全質(zhì)保部 焊接工程師