呂旭偉 譚文良 朱德才 康澤壇

摘要：核電廠主管道連接壓力容器、蒸汽發(fā)生器和主泵，是核電站的主動(dòng)脈。目前采用全位置自動(dòng)焊焊接工藝技術(shù)進(jìn)行焊接。針對(duì)某核電項(xiàng)目主管道在返修過(guò)程中造成的泵殼水平度和支腿墊圈間隙過(guò)大的問(wèn)題，通過(guò)主管道自動(dòng)焊焊接過(guò)程中的收縮變形進(jìn)行調(diào)整，最終將泵殼水平度、支腿墊圈、中心位置調(diào)至設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保了后續(xù)水利部件安裝就位。為后續(xù)類似問(wèn)題提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：核電廠;主管道自動(dòng)焊;收縮變形;泵殼調(diào)整

中圖分類號(hào)：TG457.6? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-2003（2021）07-0076-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.07.14

0? ? 前言

核電廠主管道連接主設(shè)備壓力容器、蒸汽發(fā)生器和主泵，是核電站的主動(dòng)脈。三代核電站主管道的材質(zhì)均為全鍛造的控氮奧氏體不銹鋼材料（牌號(hào)X2CrNi19.10（控氮）），直徑904 mm，厚度72 mm。主管道由熱段、冷段和過(guò)渡段組成，共3個(gè)環(huán)路，現(xiàn)場(chǎng)共需要焊接24個(gè)焊口，全部采用自動(dòng)焊焊接工藝。在焊接過(guò)程中需要充分利用主管道自動(dòng)焊的焊接收縮變形來(lái)進(jìn)行主管道的組對(duì)調(diào)整及監(jiān)控主設(shè)備的中心位置、水平度、垂直度等參數(shù)。使之滿足安裝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求[1-5]。

1 問(wèn)題描述

某核電項(xiàng)目在進(jìn)行主管道與泵殼端口焊接時(shí)，其焊口編號(hào)為C1，自動(dòng)焊焊至55%厚度時(shí)進(jìn)行射線探傷，發(fā)現(xiàn)底片4～5、5～6、6～7、7～8區(qū)域有超標(biāo)缺陷，由于該焊口在焊至15 mm厚度時(shí)射線探傷合格，因此可判斷缺陷主要分布在15 mm～55%厚度之間，缺陷位置分布如圖1所示。

針對(duì)超標(biāo)缺陷，采用正面打磨的方式進(jìn)行挖槽返修。首先打磨缺陷位置至15 mm厚，然后探傷檢驗(yàn)，確保焊縫缺陷全部去除，采用自動(dòng)焊原工藝進(jìn)行返修，直至返修厚度達(dá)到30 mm厚，進(jìn)行層間探傷，結(jié)果合格。補(bǔ)焊示意如圖2所示。

在補(bǔ)焊至30 mm厚的冷態(tài)狀態(tài)下測(cè)量泵殼位置，發(fā)現(xiàn)泵殼的水平度及支腿墊圈間隙均出現(xiàn)較大偏差，如圖3所示。泵殼水平度最大偏差為1.03 mm，支腿墊圈間隙的最大偏差為2.25 mm，按照上游設(shè)計(jì)文件的要求，泵殼的水平度和支腿墊圈間隙偏差均應(yīng)小于0.5 mm;若不采取措施，繼續(xù)后續(xù)補(bǔ)焊，將導(dǎo)致泵殼的位置偏差進(jìn)一步增大，最終無(wú)法滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的安裝要求，同時(shí)影響主泵后續(xù)的水利部件等各部件的安裝。

2 研究分析

鑒于C1口返修及焊接尚未完成，同時(shí)泵殼水平度及支腿墊圈間隙在返修過(guò)程中出現(xiàn)偏差，首先排除泵殼不存在機(jī)械干涉，迅速鎖定C1口是在局部返修過(guò)程中因焊接應(yīng)力變形導(dǎo)致的泵殼水平度及支腿墊圈間隙的偏差，然后制定詳細(xì)的后續(xù)返修及泵殼調(diào)整方案：在補(bǔ)焊焊縫中心對(duì)稱位置進(jìn)行等同厚度挖補(bǔ)，并在每層焊道焊后進(jìn)行泵殼中心位置、泵殼水平度和支腿墊圈間隙的測(cè)量監(jiān)控。具體分析如下：

（1）首先分析返修挖槽前的泵殼水平度和支腿墊圈間隙，作為調(diào)整的基準(zhǔn)。水平度原始數(shù)值為0.13 mm，支腿墊圈間隙為0 mm;經(jīng)過(guò)15～30 mm厚度的局部返修焊接后，焊接收縮變形的作用力導(dǎo)致泵殼水平度及墊圈間隙出現(xiàn)偏差。

（2）統(tǒng)計(jì)以往主管道自動(dòng)焊焊口收縮量，得出焊口整體收縮量為9 mm，且焊接收縮量在前25 mm厚度焊接時(shí)變化明顯;隨著焊接厚度的不斷增加，在焊縫厚度為25～30 mm時(shí)，收縮量變化趨緩，直至焊接完成。主管道焊口厚度與收縮量曲線如圖4所示。

（3）泵殼水平度及支腿墊圈間隙偏差是在補(bǔ)焊返修深度為15～30 mm的過(guò)程中因焊縫收縮變形產(chǎn)生的，為糾正泵殼的位置偏差，需先暫停補(bǔ)焊位置的后續(xù)焊接，然后根據(jù)焊縫的收縮量統(tǒng)計(jì)對(duì)C1焊口中心對(duì)稱位置進(jìn)行相同深度挖補(bǔ)操作;即在C1口對(duì)側(cè)從焊縫15 mm厚度位置開(kāi)始補(bǔ)焊至30 mm，長(zhǎng)度與補(bǔ)焊長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)，由于焊接應(yīng)力較大，泵殼較輕，在此暫時(shí)忽略泵殼自身的重力。

3 措施實(shí)施

根據(jù)泵殼位置偏差的研究分析及后續(xù)的初步調(diào)整思路，制定了詳細(xì)的泵殼調(diào)整方案，具體實(shí)施如下：

（1）首先將泵殼上的頂絲、拉桿及支撐泵殼的三條支腿頂端的螺母全部松開(kāi)，確保泵殼處于自由狀態(tài)，不存在機(jī)械干涉。同時(shí)測(cè)量并記錄此時(shí)泵殼的中心位置、水平度及支腿墊圈間隙。

（2）確認(rèn)C1口與補(bǔ)焊區(qū)域中心對(duì)稱的位置， 即底片9～0、0～1、1～2、2～3區(qū)域，然后用砂輪機(jī)從正面對(duì)焊縫進(jìn)行打磨挖槽，確保焊縫剩余厚度≥15 mm，7 mm≤焊縫寬度≤8.5 mm。底片3～4和8～9區(qū)域需根據(jù)實(shí)際挖槽情況進(jìn)行平滑過(guò)渡。如圖5所示。

挖槽后應(yīng)注意主管道坡口的保護(hù)，同時(shí)打磨區(qū)域應(yīng)保證一定的焊縫寬度，滿足后續(xù)主管道自動(dòng)焊工藝的補(bǔ)焊焊接。打磨坡口示意如圖6所示。

（3）為保證在焊接調(diào)整過(guò)程中有效地監(jiān)控泵殼的位置狀態(tài)，需要在泵殼上表面0°、90°、180°、270°處各架設(shè)1塊百分表，安排專人在每道焊接過(guò)程中監(jiān)控泵殼水平度的變化。同時(shí)安排專人實(shí)時(shí)測(cè)量3條支腿墊圈間隙，如圖7所示。

（4）按照自動(dòng)焊工藝數(shù)據(jù)包的工藝參數(shù)來(lái)調(diào)整焊道參數(shù)，在4張底片9～0、0～1、1～2、2～3挖槽區(qū)域進(jìn)行不加絲調(diào)整焊接，然后進(jìn)行射線探傷。測(cè)量泵殼支承面0°、45°（1#支腿）、90°、180°（3#支腿）、270°、315°（2#支腿）方位的水平度和墊圈間隙，記錄其變化情況。如圖8所示。

（5）根據(jù)挖槽后的焊縫寬度和深度，按照自動(dòng)焊焊接數(shù)據(jù)包的工藝參數(shù)進(jìn)行焊接調(diào)整，適時(shí)監(jiān)控待調(diào)整的泵殼位置狀態(tài)變化，同時(shí)焊接過(guò)程中配合不加絲的干燒焊接調(diào)整;在整個(gè)焊接過(guò)程中密切監(jiān)控并記錄泵殼水平度、支腿墊圈間隙以及泵殼中心位置的變化。其中經(jīng)過(guò)反變形的焊接調(diào)整，在焊接至55%厚度時(shí)使泵殼中心由原來(lái)的偏離5.5 mm調(diào)整至1.5 mm，滿足設(shè)計(jì)要求，其泵殼水平度和支腿墊圈間隙均調(diào)回至安裝設(shè)計(jì)的要求;泵殼位置變化如圖9、圖10所示。

（6）通過(guò)對(duì)補(bǔ)焊中心對(duì)稱位置進(jìn)行調(diào)整焊接，在焊至30 mm前使其泵殼水平度及支腿墊圈間隙均達(dá)到安裝設(shè)計(jì)要求，同時(shí)為避免調(diào)整變形過(guò)度，在調(diào)整焊道與補(bǔ)焊位置達(dá)到相同厚度時(shí)，采取上下部交替焊接的方式使整個(gè)C1焊口均勻收縮，直至焊接至55%厚為止，進(jìn)行射線探傷，結(jié)果合格。

（7）經(jīng)過(guò)上述補(bǔ)焊中心對(duì)稱的變形調(diào)整焊接，泵殼的水平度及支腿的墊圈間隙在55%厚度時(shí)均調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)泵殼的中心位置也由原來(lái)偏差5.5 mm縮小至1.5 mm。為后續(xù)主泵的水利部件安裝提供了保障。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)主管道自動(dòng)焊整體收縮量的分析研究，利用其焊接收縮變形對(duì)偏差泵殼水平度及支腿墊圈間隙進(jìn)行調(diào)整，最終成功使泵殼的位置狀態(tài)調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（1）主管道自動(dòng)焊收縮變形整體在9 mm，較大的收縮變形量主要集中在前25 mm厚度的焊接，可以充分利用此階段的焊接變形進(jìn)行設(shè)備的監(jiān)控和調(diào)整。

（2）現(xiàn)場(chǎng)主管道自動(dòng)焊焊接過(guò)程中，需要密切監(jiān)控主設(shè)備的位置狀態(tài)，利用好焊接收縮變形的作用，避免主設(shè)備出現(xiàn)位置偏差。

（3）若主管道需要局部返修焊接時(shí)，需要綜合考慮返修的不同深度對(duì)主管道及相連主設(shè)備的位置狀態(tài)，并且適時(shí)監(jiān)控變化狀態(tài)，避免出現(xiàn)位置超差的問(wèn)題。

（4）針對(duì)出現(xiàn)的主設(shè)備的位置偏差，可通過(guò)加絲或不加絲的焊接來(lái)進(jìn)行調(diào)整，充分利用收縮變形來(lái)進(jìn)行糾偏，使之能夠滿足安裝設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（5）通過(guò)此次主管道局部焊接調(diào)整泵殼的位置狀態(tài)，積累了此類問(wèn)題的處理經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)核電站主管道自動(dòng)焊焊接收縮變形調(diào)整主設(shè)備的位置提供參考和借鑒。

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