劉大松 裴炯

中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司 河北石家莊 050000

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

MSR(汽水分離再熱器)再熱管作為汽輪機(jī)四大管系之一，在保護(hù)汽輪機(jī)低壓缸葉片免受刷蝕并提高汽輪機(jī)熱效率，進(jìn)而提高機(jī)組的發(fā)電效率方面具有重要的作用。同時(shí)，由于它的工作環(huán)境特殊(高溫、高壓、高濕度)、安裝要求高，在制造中有著不同一般管道的特殊的技術(shù)要求[1]。

核電再熱管組主要分為冷段和熱段兩部份，分布在高中缸（HIP）兩側(cè)，再熱管冷段和四個(gè)高壓汽缸（HP）排汽口連接，接收高壓缸的高濕度排汽，從機(jī)頭側(cè)平臺(tái)下進(jìn)入左右兩側(cè)MSR下部進(jìn)汽口進(jìn)行加熱，加熱除濕后再經(jīng)MSR上部通過(guò)左右兩側(cè)再熱熱管（含中壓蝶閥）和中壓汽缸（IP）進(jìn)汽口連接（圖1、圖2）。管道有疏水接管、支吊架支撐環(huán)、檢修孔和高壓安全閥支管等附件，除上半有檢修法蘭外，其余全部為焊接連接[2]。

圖1 主視圖

圖1 俯視圖

再熱管冷段為典型的奧氏體超低碳不銹鋼焊接件，主要材料為00Cr18Ni10N鋼板；熱段為優(yōu)質(zhì)碳素鋼焊接件，主要材料P295GH。管道主要由14-18mm鋼板卷制焊接成筒體，再與彎頭、法蘭等焊接成各管組，成型后再進(jìn)行部分管座的再加工，冷熱段各分成4段管組（圖2），每個(gè)管組又分成若干管段進(jìn)行分別制造，總重約90噸。再熱管管段在制造廠制造完成后，還需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行最終組裝、焊接、檢驗(yàn)等工作。冷段管道直徑為φ1219×14mm，熱段管道直徑為φ1321×14mm，道管直徑大，數(shù)量多，焊接工作量巨大，需要優(yōu)化制造方案、規(guī)范制造過(guò)程，才能滿足質(zhì)量和工期要求。

2 設(shè)備制造關(guān)鍵工藝的分析

再熱管的制造工藝過(guò)程包括備料、下料、筒體卷制、縱縫焊接、尺寸校驗(yàn)、縱縫無(wú)損檢測(cè)、彎頭裝配、環(huán)縫焊接、環(huán)縫無(wú)損檢測(cè)、鏜削管座附件孔、裝焊管座附件、角焊縫無(wú)損檢測(cè)、水壓試驗(yàn)、噴丸、表面處理等工序。裝配、焊接、無(wú)損檢測(cè)及水壓試驗(yàn)等工序過(guò)程復(fù)雜、專業(yè)性強(qiáng)，直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量、制造工期、現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量，為制造的關(guān)鍵工藝。由于00Cr18Ni10N為超低碳不銹鋼，線膨脹系數(shù)較大，導(dǎo)熱性較差，鋼性較大，易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力和變形，裝配、焊接難度都很大，且容易氧化，因此再熱管冷段的裝配焊接過(guò)程的控制與檢驗(yàn)是制造中關(guān)鍵點(diǎn)，見(jiàn)表1。

3 設(shè)備制造中焊接技術(shù)分析

設(shè)備制造中常用的焊接方法包括焊條手工焊（SMAW）、埋弧焊(SAW)、手工氬弧焊(GTAW)和半自動(dòng)藥芯焊絲電弧焊（FCAW）。焊條手工焊設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便，能進(jìn)行全位置焊接，但生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。埋弧焊焊接速度快、效率高，適用于長(zhǎng)縱環(huán)焊縫的焊接。手工氬弧焊具有焊接質(zhì)量高、無(wú)飛濺、無(wú)熔渣等優(yōu)點(diǎn)，但焊接效率低，主要用焊縫的打底焊接中。

藥芯焊絲電弧焊與氣體保護(hù)焊非常相似，差別在于藥芯焊絲電弧焊采用的是中間裝有粒狀焊劑的管狀焊絲，而氣體保護(hù)焊用的是實(shí)芯焊絲。根據(jù)焊接時(shí)是否采用保護(hù)氣體可分為FCAW-S（藥芯焊絲自保護(hù)焊）和FCAW-G（藥芯焊絲氣體保護(hù)電弧焊）。在壓力容器上應(yīng)用的FCAW通常是指FCAW-G，簡(jiǎn)稱FCAW。

FCAW具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）生產(chǎn)效率高。FCAW熔敷效率高達(dá)85-90%，生產(chǎn)效率是實(shí)芯焊絲的1.5-2倍，是手工電弧焊的5-8倍。特別是使用小直徑藥芯焊絲（如φ1.2mm）時(shí)，可以用較大的焊接電流實(shí)現(xiàn)全位置焊接。

（2）焊縫質(zhì)量好。采用氣渣聯(lián)合保護(hù)，有較充分的冶金作用，可除去雜質(zhì)，防止空氣侵入，改善脫氧效果，可滲合金，因此焊縫的力學(xué)性能，特別是塑性和韌性較好。

表1 00Cr18Ni10N化學(xué)成份

作者簡(jiǎn)介： 劉大松（1978年-），男，漢族，河北，注冊(cè)設(shè)備監(jiān)理工程師，學(xué)士，研究方向：主要從事核電等相關(guān)設(shè)備監(jiān)造工作。

（3）焊接工藝性好。電弧穩(wěn)定，聲音柔和；飛濺顆粒小且容易清除；焊縫外形美觀；焊渣薄且容易清除；可選用的合適的工藝參數(shù)范圍大；操作簡(jiǎn)便，容易掌握。

（4）節(jié)約熔敷金屬。當(dāng)焊接電流相同時(shí)，由于藥芯焊絲導(dǎo)電截面小，電流密度大，因此，熔深大。采用藥芯焊絲焊接中厚板對(duì)接接頭時(shí)，只需開(kāi)30°-40°坡口就夠了，鈍邊也可以留得比較大。而手工電弧焊時(shí)，需開(kāi)60°坡口，鈍邊也比較小。因此采用藥芯焊絲焊接可節(jié)約熔敷金屬40%以上。焊接角焊縫時(shí)，節(jié)約熔敷金屬的效果更明顯。

藥芯焊絲作為第四代焊接材料以其生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、綜合焊接成本低等無(wú)可比擬的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到快速發(fā)展。

綜合各種焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)備特點(diǎn)，再熱管制造中采用的焊接方法如下：管道制造中環(huán)焊縫、角焊縫的打底焊接采用GTAW焊接，保證焊接質(zhì)量；環(huán)焊縫、角焊縫的填充、蓋面大部分采用FCAW焊接，縱焊縫采用SAW焊接，保證焊接質(zhì)量，提高焊接效率；少量位置特殊的角焊縫填充、蓋面采用SMAW焊接。

4 制造中的加工、檢測(cè)技術(shù)分析

制造中大量采用SAW、FCAW等半自動(dòng)焊接，對(duì)焊前的加工裝配精度提出了更高的要求，如焊接坡口、組對(duì)間隙、錯(cuò)邊量等。為此，焊接坡口由原先的手工打磨坡口改為刨邊機(jī)加工，坡口質(zhì)量將明顯提高。由于管段、彎頭直徑大，普遍存在橢圓度，為保證組對(duì)質(zhì)量，開(kāi)發(fā)了管道裝配的專用工裝，通過(guò)緊固螺釘?shù)姆绞絹?lái)調(diào)節(jié)管道各個(gè)位置的組對(duì)間隙和錯(cuò)邊量，保證焊接要求。

再熱管設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，工作介質(zhì)為高溫高壓蒸汽，任何制造缺點(diǎn)都有可能導(dǎo)致泄漏和爆炸的發(fā)生。因此，檢測(cè)也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，再熱管主要檢測(cè)手段包括無(wú)損檢測(cè)和水壓試驗(yàn)。

焊接是在設(shè)備制造中影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要過(guò)程，焊接缺陷的存在將產(chǎn)生應(yīng)力集中、削弱承載能力等問(wèn)題，因此，焊縫是設(shè)備檢測(cè)的重點(diǎn)部位。無(wú)損檢測(cè)是檢測(cè)焊縫缺陷的重要手段，無(wú)損檢測(cè)的方法主要有液體滲透檢測(cè)（PT）、射線檢測(cè)（RT）、超聲檢測(cè)（UT）等。為消除焊接缺陷，再熱管所有縱環(huán)焊縫進(jìn)行100%RT檢測(cè)，所有焊縫表面進(jìn)行100%PT檢測(cè)。焊縫無(wú)損檢測(cè)的全覆蓋，為產(chǎn)品質(zhì)量又提供了一份保障。

水壓試驗(yàn)是對(duì)設(shè)備選材、設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)以及制造質(zhì)量的綜合性檢查，是設(shè)備制造中必不可少的一個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)，其目的是鑒別設(shè)備受壓元件的嚴(yán)密性和耐壓強(qiáng)度。為此，需編制專門的水壓試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程和檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格控制。

5 應(yīng)用效果

通過(guò)對(duì)核電MSR再熱管的制造技術(shù)分析，根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)及制造難點(diǎn)、要點(diǎn)，改進(jìn)了坡口加工方法、設(shè)計(jì)了專門的管道裝配工裝，并編制了專門的焊接工藝規(guī)程、無(wú)損檢測(cè)規(guī)程、水壓試驗(yàn)規(guī)程等制造技術(shù)文件，對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行有效控制。

6 結(jié)語(yǔ)

新方法、新技術(shù)的合理應(yīng)用，使焊縫的焊接合格率明顯提高，產(chǎn)品的質(zhì)量得到更有效保證。同時(shí)，整套再熱管的制造周期也從原來(lái)的一年縮短至五個(gè)月，為制造廠節(jié)約了制造成本，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，為社會(huì)創(chuàng)造了價(jià)值。