馮勱，楊云麗

哈電集團(tuán)（秦皇島）重型裝備有限公司 河北秦皇島 066206

1 序言

汽水分離再熱器是壓水堆核電廠蒸汽和動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（又稱二回路）中最關(guān)鍵的一體化大型設(shè)備，它位于高、低壓缸之間，目的是使進(jìn)入低壓缸的蒸汽具有一定過熱度，從而使低壓缸排汽濕度達(dá)到可接受水平。為進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)性，目前設(shè)計(jì)的核汽輪機(jī)組一般采用兩級(jí)再熱[1]。因此，一、二級(jí)再熱器是汽水分離再熱器中重要而關(guān)鍵的部件。

一、二級(jí)再熱器屬于換熱器的一種，制造過程與其他形式的換熱器類似，管板鉆孔后進(jìn)行穿管，然后與換熱管焊接。管板材質(zhì)為低合金鋼，換熱管材質(zhì)為鐵素體不銹鋼。為了提高耐腐蝕性，且便于與換熱管的焊接，需要在管板表面堆焊鎳基合金。國內(nèi)首臺(tái)AP1000核電機(jī)組MSR在管板堆焊的設(shè)計(jì)上存在一定的特殊性，為該再熱器管板的鎳基堆焊帶來了一定的難度。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征

2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

AP1000 MSR一級(jí)再熱器管板材質(zhì)為SA-266 Gr.2，厚度為255mm。外形為“跑道形”非回轉(zhuǎn)體，中部為矩形，尺寸為1000mm×1100mm；兩側(cè)為兩個(gè)半圓形，半徑為550mm。管板直邊段高100mm，厚度為32mm。管板中部矩形堆焊區(qū)域的外圍有一圈凹槽，凹槽寬度為22mm，深度為2mm，凹槽中填充金屬為Inconel 600鎳基合金，需要在管板中部大面積堆焊前將其堆滿，如圖1區(qū)域2。中部矩形堆焊區(qū)域的尺寸為1250mm×900mm，堆焊材質(zhì)為Inconel 600鎳基合金，厚度為（6+1）mm，如圖1區(qū)域3。此外，管板兩側(cè)拐角有兩處碳鋼堆焊區(qū)域，堆焊層厚度6mm，如圖1區(qū)域1。

二級(jí)再熱器管板與一級(jí)再熱器管板結(jié)構(gòu)不同，管板厚度為245mm；外形為圓形，直徑為1720mm；管板直邊段厚度為60mm；管板中部堆焊區(qū)域?yàn)閳A形，直徑為1430mm；中部堆焊區(qū)域周圍的凹槽軌跡也為圓形。一、二級(jí)再熱器管板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 再熱器管板堆焊示意

圖2 再熱器管板堆焊層結(jié)構(gòu)

2.2 凹槽的作用

防止最外側(cè)堆焊金屬焊后與母材產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。

3 技術(shù)難點(diǎn)分析

綜合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征，再熱器管板堆焊的技術(shù)難點(diǎn)如下：

1）再熱器管板大面積堆焊Inconel 600鎳基合金，需要選擇焊接質(zhì)量穩(wěn)定、可靠且高效的焊接方法。

2）由于再熱器管板的特殊結(jié)構(gòu)，控制焊接過程中堆焊層邊緣的位置，成為堆焊過程控制的關(guān)鍵。

3）再熱器管板的厚度較薄，并且預(yù)熱、大面積帶極堆焊以及焊后熱處理等過程將導(dǎo)致管板積聚大量熱量，因此必須采取工藝措施，防止管板中心產(chǎn)生凹陷變形。

4 技術(shù)控制措施

4.1 焊接方法的選擇

根據(jù)一、二級(jí)再熱器管板的堆焊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大面積Inconel 600鎳基合金堆焊選用熔深淺且均勻、稀釋率低、焊道成形好、熔敷效率高，且在我公司成熟應(yīng)用的帶極電渣堆焊（ESW），凹槽的堆焊以及局部補(bǔ)焊則采用焊接過程更為清潔的手工氬弧焊（M-GTAW）。

4.2 焊接材料的選擇

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選定的焊接方法，該管板大面積堆焊的焊接材料采用EQNiCr-3焊帶及電渣堆焊焊劑，凹槽堆焊及局部補(bǔ)焊采用ERNiCr-3氬弧焊絲。

4.3 一級(jí)、二級(jí)再熱器管板堆焊過程的控制

為了發(fā)揮凹槽的作用，并保證在堆焊后能夠機(jī)械加工出帶極堆焊區(qū)域邊緣的圓角，又能夠最大限度的減少手工氬弧焊補(bǔ)焊的工作量，因此需要控制帶極堆焊區(qū)域的邊緣位于凹槽中心線以外一半寬度（11mm）的范圍內(nèi)。帶極電渣堆焊使用的焊帶規(guī)格為60mm×0.5mm，需根據(jù)一、二級(jí)再熱器管板堆焊區(qū)域的形狀特點(diǎn)分別采取工藝措施，才能達(dá)到上述要求。

（1）一級(jí)再熱器管板 ① 模擬產(chǎn)品焊接的實(shí)際狀態(tài)，摸索帶極電渣堆焊的起止位置和焊道寬度。②使用劃針劃起止位置輔助線。③對(duì)焊道的排布進(jìn)行預(yù)排，焊工在堆焊過程中將實(shí)際情況與焊道預(yù)排位置進(jìn)行對(duì)比，如有偏差，及時(shí)根據(jù)對(duì)比情況對(duì)下道的壓道量進(jìn)行微調(diào)。首層堆焊時(shí)確保左右兩側(cè)焊道的外邊緣落在指定的區(qū)域內(nèi)；第二層堆焊時(shí)確保左右兩側(cè)焊道的外邊緣最大限度的覆蓋首層堆焊層。④焊后對(duì)焊道起弧和收弧處進(jìn)行打磨，必要時(shí)使用M-GTAW進(jìn)行補(bǔ)焊，以保證后續(xù)工序的順利進(jìn)行。

（2）二級(jí)再熱器管板 ①根據(jù)焊道寬度、壓道量等數(shù)據(jù)，從外向內(nèi)推算后分別確定中心圓兩層堆焊層的堆焊尺寸和機(jī)械加工尺寸。②中心圓堆焊后加工時(shí)將起弧和收弧位置全部去除，保證堆焊層質(zhì)量。③對(duì)環(huán)向焊道的排布進(jìn)行預(yù)排，焊工在環(huán)向堆焊過程中將實(shí)際情況與焊道預(yù)排位置進(jìn)行對(duì)比，如有偏差，及時(shí)根據(jù)對(duì)比情況對(duì)下圈焊道的壓道量進(jìn)行微調(diào)。第一層堆焊時(shí)確保最外圈焊道的外邊緣落在指定的區(qū)域內(nèi)；第二層堆焊時(shí)確保最外圈焊道的外邊緣最大限度的覆蓋第一層堆焊層。④焊后對(duì)環(huán)向焊道起弧和收弧處進(jìn)行打磨，必要時(shí)使用手工氬弧焊進(jìn)行補(bǔ)焊，以保證后續(xù)工序的順利進(jìn)行。

4.4 防變形措施

1）將每臺(tái)MSR的兩塊一、二級(jí)再熱器管板分別背靠背進(jìn)行剛性固定，焊接過程中兩塊管板交替進(jìn)行堆焊。正面管板堆焊完一層后翻身，然后在背面管板上再堆焊一層，以此類推。

2）一級(jí)再熱器管板和二級(jí)再熱器管板中心圓部分的直條堆焊采取從中間向兩側(cè)堆焊的焊接順序，且兩層的焊接方向相互垂直。

3）兩塊背靠背的管板堆焊完成后，先不去除剛性固定，入爐進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，以防止剛性固定拆除后由于內(nèi)應(yīng)力作用產(chǎn)生的變形。

5 應(yīng)用情況

我公司近期生產(chǎn)的4臺(tái)AP1000 MSR，共計(jì)8塊一級(jí)再熱器管板和8塊二級(jí)再熱器管板，堆焊后的焊接質(zhì)量和焊接變形程度均能滿足圖樣要求，得到了用戶、第三方監(jiān)造以及設(shè)計(jì)方的一致認(rèn)可。

6 結(jié)束語

通過采取一系列有效的工藝措施，AP1000 MSR一、二級(jí)再熱器管板堆焊質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸完全滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了AP1000 MSR的自主化制造，對(duì)加快我國AP1000三代核電技術(shù)的消化吸收，促進(jìn)國內(nèi)外同行業(yè)進(jìn)步，提高我國核電常規(guī)島產(chǎn)品制造的國際競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義。