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        AP1000大口徑循環(huán)水系統(tǒng)厚壁管道制作安裝的質(zhì)量控制

        2017-03-08 02:15:57牛克選
        電子元器件與信息技術(shù) 2017年4期
        關(guān)鍵詞:卷制坡口熱處理

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        (山東電力工程咨詢院有限公司,山東 濟(jì)南 250010)

        0 引言

        核電站廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)用于輸送經(jīng)循泵提升的循環(huán)冷卻水至凝汽器,然后由凝汽器排至虹吸井,某AP1000型核電站每臺機(jī)組設(shè)計兩根內(nèi)徑為DN4100mm的循環(huán)水管道作為供水和排水母管。循環(huán)水管道采用Q235A鋼板卷制焊接,最大厚度38mm,Q345A剛性環(huán)加固,最大厚度50mm,管道內(nèi)外壁均采用防腐涂料、外壁外加電流陰極保護(hù)。

        循環(huán)水管段標(biāo)準(zhǔn)節(jié)每節(jié)長6m,由兩張3m寬度的鋼板卷制拼接而成,單件含剛性環(huán)重量為34.8t,因外形尺寸大,焊縫多,返修返工困難,制作、焊接及熱處理控制等均需要采取一定的措施方能保證質(zhì)量可控,本文針對循環(huán)水管道的制作和安裝過程中的質(zhì)量控制重點和要點進(jìn)行闡述,見圖1。

        2 制作安裝流程

        見圖2。

        圖1 循環(huán)水管結(jié)構(gòu)及焊縫布置示意圖Fig. 1 Diagram of structure and weld arrangement of circulating water pipe

        圖2 循環(huán)水鋼管制作安裝流程圖Fig.2 flow chart of production and installation of circulating water steel pipe

        3 制作安裝難點分析

        3.1 管道需現(xiàn)場進(jìn)行卷制焊接,圓度及精度要求高。

        3.2 制作安裝工序多,返修或返工難度大,過程控制尤為重要。

        3.3 單節(jié)6m鋼管有2道縱縫,1道環(huán)縫,18道剛性環(huán)對接焊縫,6道剛性環(huán)與鋼管角接焊縫,焊接工作量大,焊接變形控制較難[1]。

        3.4 管道尺寸大,焊縫數(shù)量多,分布密,熱處理較為困難。

        3.5 內(nèi)外壁均采用油漆防腐,安裝時管內(nèi)有腳手架搭設(shè)、焊接、打磨等作業(yè),油漆成品保護(hù)難度較高。

        4 質(zhì)量控制要點

        4.1 下料尺寸控制

        按圖紙和WPS要求對鋼板進(jìn)行下料,并按要求制備坡口,下料及坡口制備采用數(shù)控自動切割機(jī)一次成型,切割面的熔渣、毛刺等用砂輪磨光,切割時造成的坡口溝槽深度不應(yīng)大于0.5mm。下料完成后,對鋼板坡口、尺寸等進(jìn)行檢驗,下料尺寸控制要求如表1。

        表1 鋼板下料尺寸偏差要求Table 1 requirements for size deviation of steel plate

        4.2 卷制過程控制

        卷制過程中,需要對管道不圓度進(jìn)行嚴(yán)格控制,在卷制前需制作找圓樣板,然后對下料好的鋼板采用900噸油壓機(jī)進(jìn)行模壓預(yù)彎,利用臥式卷板機(jī)進(jìn)行卷制,按鋼管的外徑要求將鋼板緩慢的卷制成圓形,一邊卷制一邊測量及樣板比對,為了避免卷制時曲率半徑過小,不允許一次卷制到位,當(dāng)卷制到鋼板兩端對攏時,按照WPS要求進(jìn)行外側(cè)點焊[2]。

        鋼板卷板應(yīng)滿足下列要求[3]:

        卷板方向應(yīng)和鋼板的壓延方向一致。

        卷板前,應(yīng)將鋼板表面已剝離的氧化皮和其他雜物清除干凈。

        卷板后,用樣板檢查弧度,其間隙應(yīng)符合表2的規(guī)定。

        表2 樣板與鋼管之間的極限間隙Table 2 the limiting gap between the template and the steel tube

        4.3 焊接變形控制

        4.3.1 坡口設(shè)計優(yōu)化

        對接接頭形式的差別主要體現(xiàn)在板厚、坡口形式及尺寸、根部間隙和鈍邊等參數(shù),這些參數(shù)直接影響焊縫的橫截面積,從而影響焊條(焊絲)的熔敷金屬量和輸入的線能量,最終導(dǎo)致焊接變形不同[4]。因此,需對坡口進(jìn)行優(yōu)化,并經(jīng)焊接工藝評定驗證選擇合適的坡口形式。

        對于本文所述管道,根據(jù)母材、設(shè)備及現(xiàn)場環(huán)境及綜合焊接效率、質(zhì)量考慮,經(jīng)焊接工藝評定驗證及變形量測量,選用非對稱X形坡口能較好的控制焊接變形量的同時兼顧焊接效率及質(zhì)量[5]。具體坡口形式及參數(shù)如圖3。

        4.3.2 合理的焊接工藝及順序

        厚壁管道焊接的焊接順序一般有兩種,先焊一側(cè)后焊另一側(cè)和兩側(cè)交替焊接,先焊的部分能夠?qū)蠛覆糠值氖湛s變形起到約束作用,進(jìn)而影響最終變形。本文所述循環(huán)水管道制作焊接位置為1G,為避免管道多次翻轉(zhuǎn),制作焊接順序選擇先焊大坡口側(cè)(內(nèi)側(cè)),后焊小坡口側(cè)(外側(cè))的焊接順序[6]。安裝焊接位置為5G,采用兩名焊工對稱焊接,先焊管道內(nèi)側(cè)焊縫,后焊管道外側(cè)焊縫。

        圖3 坡口形式及參數(shù)Fig. 3 groove form and parameters

        管道制作對接焊縫焊接工藝采用單絲埋弧自動焊,H08A焊絲,HJ431焊劑,440~610A電流,30~33V電壓,焊接速度370~380mm/min。剛性環(huán)對接焊縫采用單絲埋弧自動焊,H10Mn2焊絲,SJ101焊劑,500~635A電流,29-34V電壓,焊接速度350~420mm/min。管道安裝對接焊縫采用C02氣體保護(hù)焊,ER50-6焊絲,162~231A電流,20~23V電壓,焊接速度105~125mm/min[7]。

        通過坡口優(yōu)化及選擇合理的焊接工藝和順序,經(jīng)對成品測量,管道圓度偏差、端口垂直度、直徑偏差、剛性環(huán)垂直度等關(guān)鍵指標(biāo)均滿足設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)要求。

        4.4 整體熱處理

        4.4.1 熱處理工藝選擇

        鋼管對接焊縫長約20m,剛性環(huán)對接焊縫長約12m,剛性環(huán)與鋼管角焊縫長約79m,累計單節(jié)鋼管111m長焊縫。焊縫數(shù)量多,拘束度大,殘余應(yīng)力大,因此需要采取措施消除殘余應(yīng)力[8]。

        一般來說,對于小型焊縫,采用局部履帶式遠(yuǎn)紅外加熱的熱處理方式,但針對該鋼管特殊的形式,傳統(tǒng)履帶式加熱法存在較多不足:

        人工綁扎需要大量的時間,效率低下。

        容易產(chǎn)生新的溫度梯度造成新的熱處理應(yīng)力。

        角焊縫部位受加熱片的形狀影響,難以達(dá)到良好的熱處理效果。

        綜合考慮工效及熱處理效果,結(jié)合經(jīng)驗及建議,現(xiàn)場設(shè)計建造了整體熱處理爐,采用上下分體式結(jié)構(gòu),上面爐蓋設(shè)計成與鋼管形狀相似的弧形結(jié)構(gòu),下部設(shè)計成箱式結(jié)構(gòu),內(nèi)部包裹100mm厚的保溫棉,采用保溫釘、保溫壓板以及不銹鋼絲進(jìn)行固定[9]。

        4.4.2 熱處理工藝參數(shù)選擇

        熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程,熱處理時著重對升溫速度、加熱速度、保溫時間、冷卻方式以及降溫速度進(jìn)行控制,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)DL/T 819《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》,經(jīng)焊接工藝評定驗證,對本文所述鋼管,熱處理工藝參數(shù)選擇如下,見圖4。經(jīng)焊后熱處理質(zhì)量評價及硬度測試,質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求[10]。

        圖4 熱處理工藝參數(shù)曲線Fig. 4 process parameter curve of heat treatment

        4.5 油漆成品保護(hù)

        根據(jù)同類型循環(huán)水管道經(jīng)驗反饋,某在建核電站的循環(huán)水管道在通水前檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁油漆大面積起層、脫落、部分區(qū)域管道鋼材表面出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象,經(jīng)調(diào)查分析,油漆起層及脫落的主要原因為安裝過程中成品保護(hù)措施不到位以及現(xiàn)場安裝焊口手工除銹不徹底造成。因管道吊裝就位后,管道內(nèi)部焊接、打磨等作業(yè)不可避免,部分區(qū)域還需要進(jìn)行內(nèi)部腳手架搭設(shè)及拆除等,對可能對油漆產(chǎn)生破壞的質(zhì)量風(fēng)險進(jìn)行分析并制定措施如下:

        表3 質(zhì)量風(fēng)險及應(yīng)對措施Table 3 quality risk and Countermeasures

        在安裝完成后,對管道內(nèi)壁油漆采用涂層測厚儀和電火花檢測儀對漆膜質(zhì)量進(jìn)行檢查,整體效果良好,漆膜表面平整,劃痕磕碰等漆膜損傷質(zhì)量問題大為減少,成品保護(hù)措施成效顯著。

        5 結(jié)論

        本文介紹了大型循環(huán)水系統(tǒng)管道制作安裝的流程,分析了存在的質(zhì)量控制難點,通過總結(jié)實施質(zhì)量控制重點措施,經(jīng)現(xiàn)場實踐證明,可為后續(xù)項目及類似管道或鋼結(jié)構(gòu)制作安裝提供借鑒,提高施工效率,保證施工質(zhì)量。

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