鄧峰，王恒，于堅

中國核電工程有限公司 北京 100840

1 序言

壓水堆主蒸汽管道的安裝一直被視為壓水堆建造的重要節(jié)點。作為核電站的主要高能動力管道，它的作用是將高溫高壓蒸汽不斷地從核島輸送到常規(guī)島，然后供應(yīng)給主汽輪機及其他用汽設(shè)備和系統(tǒng)。以國內(nèi)最新壓水堆華龍一號為例，每臺機組包括三個主蒸汽管道環(huán)路，每個環(huán)路都是從蒸發(fā)器頂部引出主蒸汽管道，穿過反應(yīng)堆廠房后，以貫穿件作為在安全殼上的錨固點，然后進入電氣廠房，最后進入汽輪機廠房。主蒸汽管道設(shè)計壓力8.5MPa，設(shè)計溫度316℃，設(shè)計壽命60年，屬于規(guī)范2級物項，材質(zhì)為P280GH，外徑812.8mm（32in），管道壁厚32mm（彎頭34～38mm，超級管道46mm）。

壓水堆主蒸汽管道安裝由若干個直管、彎頭、閥門等相互焊接而成，一臺機組三個主蒸汽管道環(huán)路目前設(shè)計共有70余道焊縫，其中50余道現(xiàn)場焊接，焊縫數(shù)量多。由于主蒸汽管道運行工況復(fù)雜，安全等級高，因此必須對焊縫質(zhì)量進行嚴格要求。主蒸汽管道布置及焊縫分布如圖1所示，反應(yīng)堆廠房內(nèi)主蒸汽管道布置三維模型如圖2所示。

圖1 核島內(nèi)一個主蒸汽管道環(huán)路布置和焊縫分布

圖2 反應(yīng)堆廠房主蒸汽管道布置三維模型

傳統(tǒng)的壓水堆核電站主蒸汽管道焊接主要采用焊條電弧焊工藝，焊接方法為TIG焊打底+焊條電弧焊填充和蓋面。國內(nèi)遼寧紅沿河5號、6號機組主蒸汽管道部分焊縫率先實現(xiàn)了窄間隙TIG自動焊，田灣5號機組現(xiàn)場M1焊縫實現(xiàn)了窄間隙TIG自動焊，近期巴基斯坦K3機組以及漳州核電機組也在計劃實施窄間隙TIG自動焊。眾所周知，相對焊條電弧焊，TIG自動焊在焊接質(zhì)量穩(wěn)定性方面效果顯著，進而會提升主蒸汽管道的安全性。但是，每道主蒸汽管道焊縫焊條電弧焊需要7天，目前TIG自動焊需要6天時間，在提升施工效率方面優(yōu)勢并不明顯。目前，以福清5號核電機組為例，主蒸汽管道的安裝工期是181天，安裝工期較長。而主蒸汽管道安裝完成才是蒸發(fā)器二次側(cè)水壓試驗開始的前提；蒸發(fā)器二次側(cè)水壓試驗是核電機組冷試的關(guān)鍵路徑之一。

目前，按操作路徑，無論是焊條電弧焊還是TIG自動焊，主蒸汽管道焊接都進行了焊前預(yù)熱、焊后后熱和消除應(yīng)力熱處理。焊接完成后，對最終焊縫進行液體滲透檢測和射線檢測。

2 主蒸汽管道安裝焊接現(xiàn)有問題分析

2.1 焊縫數(shù)量過多

華龍一號福清5號、6號機組及巴基斯坦K2、K3機組參考M310堆型，主蒸汽管道布置了大量的彎頭，單臺機組三個環(huán)路僅反應(yīng)堆廠房內(nèi)就有近90°大半徑彎頭10個，小角度彎頭12個，焊縫44道，焊接和檢測工作量大，安裝周期長。

2.2 組對間隙要求嚴格

窄間隙TIG自動焊作為一項先進的焊接技術(shù)，具有焊縫成形良好、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，能夠顯著提升焊接質(zhì)量。但是，窄間隙TIG自動焊對焊縫的坡口組對間隙要求嚴格，通常認為只有當組對間隙為0～1mm時，才能確保窄間隙坡口的根部質(zhì)量，才能應(yīng)用窄間隙TIG自動焊技術(shù)。在主蒸汽管道現(xiàn)場安裝過程中，由于土建和安裝積累偏差的影響，往往需要現(xiàn)場精確測量和加工坡口，這樣造成了安裝效率降低，同時也對測量系統(tǒng)提出了較高的要求。

2.3 預(yù)熱和后熱時間長

以華龍一號主蒸汽管道為例，焊前要先125℃以上預(yù)熱，并且在焊接過程中要一直維持在這個溫度以上，焊接完成以后還要250℃以上后熱，對于焊條電弧焊方法，焊工或焊接操作工存在被燙傷的風(fēng)險。而在TIG自動焊每道焊縫需要6天時間中，預(yù)熱準備工作（包括鋪設(shè)加熱片、埋置熱電偶、捆扎保溫棉等）需要提前1天時間來完成，并且每天焊前都需要1h的預(yù)熱升溫和保溫，當天焊接完成后還要保溫1h。每道焊縫焊前預(yù)熱和焊后后熱累計要花費約2天，占每道焊縫安裝時間的33%。由此可見，主蒸汽管道的焊前預(yù)熱和焊后后熱，會造成施焊條件惡劣，焊接效率降低。

2.4 射線檢測存在先天不足

根據(jù)RCC-M[1]S7720的規(guī)定，壓水堆主蒸汽管道焊接完成后，需要對最終焊縫進行液體滲透檢測和射線檢測。射線檢測對檢測體積性缺陷，例如氣孔、夾渣非常有效，但對檢測平面性缺陷，例如未熔合、裂紋存在漏檢、錯判的風(fēng)險。從窄間隙TIG自動焊在一回路主管道上實施的經(jīng)驗反饋上來看，窄間隙TIG自動焊就有可能產(chǎn)生層間未熔合和側(cè)壁未熔合缺陷。另外，為了提高效率，采用射線檢測周向曝光，在主蒸汽管道上設(shè)置了很多的射線檢查插塞，核電運行反饋射線檢查插塞往往會存在質(zhì)量風(fēng)險，國內(nèi)一些機組就曾出現(xiàn)過由于射線檢查插塞存在質(zhì)量問題而發(fā)生泄漏事件。

針對華龍一號主蒸汽管道安裝焊接中存在的上述問題，筆者提出了4個方面的設(shè)計優(yōu)化預(yù)案。

3 設(shè)計優(yōu)化

3.1 設(shè)計優(yōu)化預(yù)案

（1）使用彎管代替彎頭 隨著彎管技術(shù)的發(fā)展，大口徑彎管已在火電行業(yè)中廣泛應(yīng)用。同時，新型壓水堆華龍一號的核島空間較M310有所增加，這也為主蒸汽管道中彎管的使用提供了有利條件。

如果使用彎管來代替彎頭，原直管和彎頭之間的焊縫將取消，會有效地減少焊縫的數(shù)量，提高結(jié)構(gòu)的完整性，這樣有利于減少焊接及無損檢測的工作量，也有利于減少在役檢查的工作量，縮短安裝周期，降低建造成本和運行成本。同時，由于焊縫往往是缺陷易發(fā)區(qū)，焊縫數(shù)量的減少還有利于保證主蒸汽管道的質(zhì)量和安全，提高核電站的安全性。

但由于彎管組對焊接時坡口調(diào)整的范圍和角度不如彎頭靈活，彎管的制造公差如何控制才能確保組對焊接成功，是需要我們關(guān)注的問題，可以通過彎管后預(yù)裝來解決，彎管代替彎頭后，還需要關(guān)注造成的房間引入和施工順序上的變化。

目前僅考慮將小角度彎頭改成彎管，90°彎頭暫不作更改。理由是，相對于小角度彎管，90°彎管制造難度大，直管段短，彎曲半徑大，支架設(shè)置空間不夠，并且彎管占用空間大，穿墻部分不宜設(shè)置彎管，因此暫不對90°彎頭進行替代。

（2）寬間隙組對技術(shù) 目前，主蒸汽管道的TIG自動焊技術(shù)均采用窄間隙坡口，坡口的形狀和尺寸如圖3所示。坡口的組對鈍邊間隙要求為0～1mm，這勢必要求管件安裝前經(jīng)過彎管預(yù)裝工藝，如果發(fā)生組對間隙過大時（＞1mm），根部寬度過大，電弧熱量集中在根部鈍邊上，會使鈍邊因熱輸入量過大而燒穿。TIG自動焊技術(shù)如此嚴格的坡口組對間隙，對管道的加工尺寸、組對精度都提出了較高的要求，有可能成為制約主蒸汽管道現(xiàn)場安裝焊接效率提高的關(guān)鍵因素。如果能在坡口組對間隙較大（1～4mm）的情況下仍能夠?qū)嵤㏕IG自動焊，那么就可以在管件廠或預(yù)制廠加工好坡口，到現(xiàn)場組對后即可實施TIG自動焊，這樣加工和組對簡便易行，節(jié)省現(xiàn)場重新加工坡口的時間。

圖3 窄間隙坡口的形狀和尺寸

若要在寬間隙組對的情況下仍能夠?qū)嵤㏕IG自動焊，需要解決好坡口根部打底問題，根部打底成功后就可以使用常規(guī)的TIG自動焊工藝來填充和蓋面。本文提出以下兩種切實可行的根部打底焊方法。

1）手工TIG焊打底。在焊縫背面不可達的情況下，采用手工TIG焊完成坡口根部打底，再使用常規(guī)TIG自動焊工藝來填充和蓋面。

2）使用陶瓷襯墊打底。在焊縫背面可達的情況下，在焊縫背面使用陶瓷襯墊打底。陶瓷是焊接中廣泛使用的一種襯墊材料，它可以確保焊縫根部焊透和背面成形良好。陶瓷襯墊一般由襯墊塊、透氣孔、防粘紙和鋁箔膠帶等組成，如圖4所示。

圖4 陶瓷襯墊的結(jié)構(gòu)

襯墊安裝時，先去除鋁箔上的膠帶，使襯墊的中心線對準坡口組對間隙的中心，然后把襯墊貼緊接頭的背面，固定好襯墊后，在鋁箔上打開透氣孔，以便在焊接過程中將氣體排出，襯墊安裝示意如圖5所示。襯墊安裝好后，就可以使用TIG自動焊技術(shù)在焊縫的正面進行焊接。

圖5 陶瓷襯墊的安裝

3.2 取消主蒸汽管道焊接預(yù)熱和后熱

（1）規(guī)范分析 RCC-M S1321規(guī)定，當焊接接頭等效厚度≥20mm時，對于在未做消除應(yīng)力熱處理狀態(tài)下最小抗拉強度≥440MPa的碳素鋼，推薦的最低預(yù)熱溫度為125℃。主蒸汽管道的壁厚和抗拉強度均符合此規(guī)定。同時，RCC-M C4440也明確規(guī)定，主蒸汽管道要進行焊前預(yù)熱。從上述兩處規(guī)定來看，RCC-M是要求主蒸汽管道進行焊前預(yù)熱的，按照RCC-M去執(zhí)行是保守和安全的，能夠保證主蒸汽管道的焊接質(zhì)量。但是，這個規(guī)定是基于傳統(tǒng)使用的焊條電弧焊工藝的，并不是基于先進的TIG自動焊技術(shù)。

另外，RCC-M S1321還規(guī)定，最低預(yù)熱溫度可以根據(jù)試驗來確定，包括首道焊縫裂紋敏感性試驗等。這實際一直是一個開口的要求，因此可以根據(jù)RCC-M這個規(guī)定以及試驗方法來研究主蒸汽管道TIG自動焊取消預(yù)熱是否可行。

對于后熱，RCC-M S1330規(guī)定，除非在最低預(yù)熱溫度降低之前立即進行消除應(yīng)力熱處理，否則當要求預(yù)熱時，就需要后熱。

（2）理論分析 預(yù)熱和后熱是防止工件在焊接時產(chǎn)生冷裂紋的有效手段。焊接接頭的淬硬組織、擴散氫含量、拘束應(yīng)力等三個基本條件是形成焊接冷裂紋的主要原因，焊接冷裂紋多發(fā)生在焊接接頭的熱影響區(qū)[2]。預(yù)熱和后熱的作用主要有[3]：

第一，預(yù)熱和后熱能夠減緩焊接接頭的冷卻速度，適當延長800～500℃的冷卻時間，可以減少或避免淬硬組織——馬氏體的形成。

第二，預(yù)熱和后熱能夠加速氫的擴散逸出，減少熱影響區(qū)中的氫含量，防止氫致冷裂紋的產(chǎn)生。

第三，預(yù)熱和后熱可以減少母材與焊縫之間的溫度差，使較寬范圍內(nèi)的溫度分布比較均勻，進而可以減少焊接接頭的殘余應(yīng)力，并且有利于提高焊接接頭的塑性及韌性。

相對于焊條電弧焊工藝，TIG自動焊技術(shù)具有如下特點：

第一，TIG自動焊使用的熱輸入量較低，焊接接頭的晶粒長大不明顯，對焊接接頭的抗裂性能有利。

第二，TIG自動焊使用的焊材是焊絲，不同于焊條電弧焊使用的焊條藥皮那樣容易吸潮，這樣會減少氫的來源；同時，焊接過程中采用氬氣保護，可避免水汽中的氫進入熔池。

第三，TIG自動焊采用窄間隙坡口，這樣可大幅度減少焊縫的橫截面積和焊材的填充量，進而可以減少焊接接頭的殘余應(yīng)力。

從以上的分析可以看出，TIG自動焊的這些特點正好對應(yīng)了預(yù)熱和后熱對焊縫所產(chǎn)生的作用，使得TIG自動焊不預(yù)熱和后熱成為了可能。

3.3 取消主管道焊接預(yù)熱和后熱的技術(shù)方案

（1）碳當量法 鋼材的淬硬及冷裂傾向與鋼材的化學(xué)成分有著直接的關(guān)系，因此可以用鋼材的化學(xué)成分來評價其冷裂敏感性。由于碳是各種常見元素中對冷裂影響最為顯著的元素，所以把各種元素按照相當于碳含量折合并疊加起來計算碳當量，用它來估計鋼材焊接冷裂傾向的大小。應(yīng)用較為廣泛的碳當量公式是國際焊接學(xué)會(IIW)推薦的[4]：

Ceq = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

經(jīng)驗認為，當Ceq≤0.40%時，鋼材的冷裂傾向不大，焊接性良好，不需要預(yù)熱和后熱；當Ceq＞0.40%時，特別是＞0.50%時，鋼材易于產(chǎn)生冷裂紋，需要預(yù)熱和后熱。實踐上可在母材采購時專門提出碳當量要求。

（2）裂紋敏感性試驗 試驗?zāi)康模罕驹囼炇轻槍附永淞鸭y產(chǎn)生因素之一拘束應(yīng)力，在拘束度很大的情況下，直接比較不預(yù)熱和不同預(yù)熱溫度下焊縫的開裂情況。RCC-M S1321規(guī)定最低預(yù)熱溫度可以根據(jù)試驗來確定，包括首道焊縫裂紋敏感性試驗等。很多文獻和研究報告中常采用斜Y形坡口試驗來確定是否預(yù)熱或最低預(yù)熱溫度。

試驗設(shè)計：試驗按照GB/T 32260.2—2015《金屬材料焊縫的破壞性試驗 焊件的冷裂紋試驗 弧焊方法 第2部分：自拘束試驗》[5]中的斜Y形坡口試驗進行，根據(jù)焊接接頭的開裂情況評價其冷裂紋的敏感性。試件盡量從項目管道產(chǎn)品同爐批產(chǎn)品制取，主蒸汽管道做一組3個試件。焊前試件不預(yù)熱。試板形狀如圖6所示，兩側(cè)為拘束焊縫，中間為試驗焊縫，先焊拘束焊縫，再焊試驗焊縫，拘束焊縫采用雙面焊條電弧焊焊接，試驗焊縫采用單面TIG自動焊焊接。焊后熱處理后48h對試板進行檢測和解剖，測量焊縫表面和剖面的裂紋長度，計算表面裂紋率和剖面裂紋率。

圖6 斜Y形坡口試驗用試板

焊接參數(shù)：TIG自動焊實際采用偏下限焊接參數(shù)，計算熱輸入值。

由于斜Y形坡口試驗的拘束度很大，根部尖角又有應(yīng)力集中，所以試驗條件比較苛刻，經(jīng)驗認為，當裂紋率＜20%時，在正式施工條件下焊接就不會出現(xiàn)冷裂紋[6]。

（3）不預(yù)熱后熱的焊接工藝評定設(shè)計 不預(yù)熱斜Y形坡口試驗通過后，根據(jù)RCC-M進行窄間隙TIG自動焊焊接工藝評定試驗，母材為主蒸汽管道材料P280GH，規(guī)格為φ812.8mm×32mm，焊前不預(yù)熱，焊后不后熱，焊接位置為5GT，焊接操作如圖7所示。試件完成后放置48h對焊接接頭進行液體滲透檢測、射線檢測、超聲波檢測、熔敷金屬化學(xué)成分測定、拉伸試驗、彎曲試驗、硬度測定、沖擊試驗和金相檢查等各項試驗。同時進行正常預(yù)熱后熱的工藝評定作為對比。如試驗結(jié)果均滿足標準要求且不低于預(yù)熱后熱的對比評定數(shù)據(jù)，則工藝評定試驗成功。

圖7 TIG自動焊不預(yù)熱后熱的焊接工藝評定試驗

（4）小結(jié) 以上按照理論分析→試驗研究→評定驗證的研究思路來研究主蒸汽管道TIG自動焊取消預(yù)熱和后熱的可行性。

在理論分析中首先分析了TIG自動焊的特點正好可以對應(yīng)預(yù)熱和后熱對焊縫所產(chǎn)生的作用，使得TIG自動焊不預(yù)熱和后熱成為了可能。然后使用比較常用的碳當量經(jīng)驗法，初步評價淬硬傾向。

在試驗設(shè)計中采用裂紋敏感性試驗，如裂紋率＜20%，則可確認不預(yù)熱后熱工藝的焊接接頭不會產(chǎn)生淬硬和裂紋。

最后進行焊接工藝評定試驗驗證，如結(jié)果表明，不預(yù)熱后熱工藝的焊接接頭各項無損檢測和理化性能均滿足標準且不低于對照數(shù)據(jù)，則評定通過。

如以上驗證試驗滿足要求，則可證明主蒸汽管道TIG自動焊取消預(yù)熱和后熱的條件已經(jīng)成熟。

3.4 超聲波檢測技術(shù)代替射線檢測

壓水堆主蒸汽管道焊接完成后，對最終焊縫要進行液體滲透檢測和射線檢測。射線對檢測焊縫內(nèi)部的體積性缺陷，例如氣孔和夾渣類缺陷是非常有效的，但對平面狀缺陷或有某種方向性的缺陷，以及短小的線性缺陷，例如裂紋、未熔合等，由于缺陷自身特點檢出困難。窄間隙TIG自動焊有可能產(chǎn)生層間未熔合和側(cè)壁未熔合，對于這類缺陷采用超聲波檢測、相控陣超聲波檢測技術(shù)和超聲波衍射時差檢測技術(shù)可以更有效地檢出，僅采用射線檢測易造成漏檢、錯判。

射線檢測時采用的γ射線源在射線檢測作業(yè)時，射線劑量在不安全范圍內(nèi)不允許他人作業(yè)，需要專門的射線檢測時間窗口，因此夜間作業(yè)較多，輻射安全風(fēng)險和工業(yè)安全風(fēng)險均較大。這不僅導(dǎo)致檢測時間延長和檢測成本上升，同時增加了輻射安全風(fēng)險。另外，核電安裝多工種交叉施工，時間窗口困難，特別是壓水堆主要管道厚壁焊縫，焊接施工多處于施工的關(guān)鍵路徑，對工期影響較大。UT檢測可與其他工種作業(yè)并行，無環(huán)境污染。

在大厚壁管道體積檢測場景以相控陣超聲波檢測技術(shù)和超聲波衍射時差檢測技術(shù)為代表的數(shù)字化超聲波成像檢測技術(shù)代替射線檢測是大勢所趨。目前，超聲波檢測代替射線檢測的工作主要集中在鍋爐壓力容器行業(yè)、石油化工行業(yè)、電力行業(yè)以及核電站常規(guī)島設(shè)施的檢測。應(yīng)用于核電華龍一號核島碳素鋼管道焊縫相控陣超聲波檢測替代射線檢測的試驗研究目前進展順利，可期望在福清6號機組中在已研究驗證的材質(zhì)、規(guī)格焊縫上應(yīng)用超聲波檢測技術(shù)部分替代射線檢測。2017版RCC-M S7700已明確了可以采用先進的超聲波檢測來代替射線檢測。隨著超聲波檢測代替射線檢測工作的開展，主蒸汽管道焊縫將會實現(xiàn)超聲波檢測代替射線檢測。

國內(nèi)核電站多次發(fā)生過主蒸汽管道和主給水管道上預(yù)留射線檢測插塞由于存在質(zhì)量問題而發(fā)生泄漏事件，給核電站的安全運行帶來了很大的風(fēng)險。如果在主蒸汽管道焊縫上實現(xiàn)超聲波檢測代替射線檢測，主蒸汽管道上的射線檢測插塞將取消，這無疑會提升核電站的安全水平。

4 安裝水平的提升

1）使用彎管代替彎頭，可以減少焊縫的數(shù)量，提高結(jié)構(gòu)的完整性，減少管道的壓力損失，提高核電站的安全性。

2）在寬間隙組對的情況下仍能夠?qū)嵤㏕IG自動焊，降低安裝難度提高安裝效率。

3）主蒸汽管道窄間隙TIG自動焊不預(yù)熱和后熱，可大幅提高施工效率。

4）超聲波檢測代替射線檢測，避免射線檢測對窄間隙TIG自動焊可能產(chǎn)生的未熔合缺陷漏檢的風(fēng)險，提高檢測質(zhì)量；同時超聲波檢測代替射線檢測后，射線檢測插塞將取消，可提高結(jié)構(gòu)的完整性。

5 經(jīng)濟效益分析

本文對主蒸汽管道安裝焊接的設(shè)計如實現(xiàn)，將在提升主蒸汽管道安全水平的同時，還會取得顯著的經(jīng)濟效益。

1）使用彎管代替彎頭。一個彎管可減少一道焊縫，相應(yīng)地減少焊接和無損檢測的工作量，也減少在役檢查的工作量。對于使用一個彎管，材料、人工和檢測費用預(yù)計可節(jié)省2萬元，一臺機組按照使用12個彎管考慮，總共可節(jié)省24余萬元。

2）如果寬間隙組對的情況下仍能夠?qū)嵤㏕IG自動焊，可以減少坡口現(xiàn)場測量和加工的工作量，坡口組對簡便易行。另外，一道焊縫焊條電弧焊需要兩名高級焊工對稱施焊7天，若能夠?qū)嵤㏕IG自動焊，一人操作焊機即可，并且完成一道焊縫僅需要6天，也不需要打磨工，焊接時間的減少提高了安裝效率，焊工和打磨工的減少降低了人工費用。另外,主蒸汽管道安裝工期預(yù)計縮短至少20天。

3）目前，主蒸汽管道采用窄間隙TIG自動焊后，與焊條電弧焊相比，提升施工效率還不明顯，但是取消預(yù)熱和后熱后，施工效率會大大提升。目前，每道焊縫TIG自動焊需要4天，其中焊前預(yù)熱和焊后后熱總共約2天，取消預(yù)熱和后熱后，每道焊縫安裝時間可節(jié)省33%。一臺機組3個主蒸汽管道環(huán)路總共70余道焊接，其中50余道現(xiàn)場焊接，取消預(yù)熱和后熱后，可減少70余道焊縫預(yù)熱和后熱的工作量，主蒸汽管道安裝工期預(yù)計縮短至少40天。

4）超聲波檢測代替射線檢測。射線檢測插塞的取消，可減少插塞加工、安裝和檢測的工作量。另外，超聲波檢測時間窗口不受限制，可以和焊接交叉作業(yè)，有利于縮短安裝周期。對于一個射線檢測插塞，材料、人工和檢測費用預(yù)計0.5萬元，一臺機組按照50個射線檢查插塞計算，加上檢測時間不受限的獲益，總共可節(jié)省30余萬元。

綜上所述，設(shè)計優(yōu)化后的主蒸汽管道安裝工期預(yù)計縮短至少60天，使“蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗開始”節(jié)點時間提前至少60天，進而可以為冷試目標提前20天奠定基礎(chǔ)，為機組提前實現(xiàn)商運目標創(chuàng)造有利條件。

6 結(jié)束語

壓水堆主蒸汽管道的安裝焊接設(shè)計是核島安裝設(shè)計的重要組成部分。在華龍一號主蒸汽管道現(xiàn)有的安裝焊接設(shè)計中，使用大量彎頭造成焊縫數(shù)量過多，TIG自動焊組對間隙要求嚴格，存在著預(yù)熱和后熱時間長，焊后射線檢測對可能產(chǎn)生的未熔合缺陷存在漏檢風(fēng)險等問題。

針對目前華龍一號主蒸汽管道安裝焊接存在的問題，建議研究以下4個方面的設(shè)計改進。

1）使用彎管代替彎頭。大口徑彎管在火電行業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗可以充分借鑒。為確保彎管焊接組對成功，需要關(guān)注彎管的后預(yù)裝以保證坡口組對。使用彎管代替小角度彎頭，能夠減少焊縫的數(shù)量。

2）寬間隙組對。寬間隙組對需解決好坡口根部打底問題。本文提出了兩種切實可行的根部打底焊方法：手工TIG焊打底、使用陶瓷襯墊打底。寬間隙組對能夠減少現(xiàn)場測量加工和組對的工作量。

3）取消預(yù)熱和后熱。通過理論分析（預(yù)熱和后熱的作用、碳當量法）、試驗研究（裂紋敏感性和對照焊接工藝評定），驗證主蒸汽管道TIG自動焊取消預(yù)熱和后熱可行性，從而在保證焊接質(zhì)量的同時，還能明顯縮短安裝工期。

4）超聲波檢測代替射線檢測。隨著超聲波檢測代替射線檢測研究的開展，主蒸汽管道焊縫將會實現(xiàn)超聲波檢測代替射線檢測，檢測質(zhì)量更加可靠。另外，主蒸汽管道上的射線檢測插塞將取消，能夠提升核電站的安全水平。

壓水堆主蒸汽管道安裝焊接的設(shè)計優(yōu)化實施后，在提高主蒸汽管道安全水平的同時，還會取得顯著的經(jīng)濟效益，有利于提升壓水堆核電機組的市場競爭力。