AP1000核电站主蒸汽管道焊接工艺研究

AP1000核电站主蒸汽管道焊接工艺研究

摘要 本文就三门AP1000压水堆核电站主蒸汽管道焊接工艺及施工技术进行论述，并对焊接施工的技术难点和控制重点的进行研究，为今后AP1000核电项目主蒸汽管道的焊接提供借鉴。

关键词 AP1000；主蒸汽管道；焊接工艺

1 工程概况

AP1000压水堆核电站每个核反应堆厂房包括两个主蒸汽系统回路。从核反应堆厂房到核辅助厂房主蒸汽隔离阀的主蒸汽管道核级别为2级，质保级别为QA1级，设计压力为7.52MPa，设计温度为292℃，设计寿命60年；主蒸汽隔离阀以后通往常規岛的管道为核级别为3级，质保QA1级。每个主蒸汽管道环路有13道现场安装。

2 焊接工艺的确定

2.1 焊接工艺的选择

主蒸汽管道的材质为SA335 GR P11，属于合金钢，管道为38″非标准管道，壁厚为1.74″。

对于主蒸汽管道焊接，目前国内多数核电站均采用钨极氩弧焊打底（GTAW）+手工焊条电弧焊填充（SMAW）的焊接工艺。但AP1000核电站中，主蒸汽管道属于LBB管线部分（即Leak before break的缩写），焊接方法要求使用全钨极氩弧焊（GTAW），其他合金钢管道可使用钨极氩弧焊打底（GTAW）+手工焊条电弧焊填充（SMAW）的焊接工艺。

2.2 焊接材料的选择

根据主蒸汽管道母材的化学成分和力学性能，确定焊接消耗材料牌号为ER80S-B2，焊材化学成分如表1所示。

2.3 焊接工艺参数

考虑到最大限度的覆盖现场安装焊接作业，分别进行了全GTAW方式的焊接工艺评定和GTAW打底SMAW填充和盖面的工艺评定。

主要参数：最大热输入40.29kj/cm，预热温度156℃，层间温度156～195℃，焊后热处理温度620℃保温时间6小时，保护气体为99.99%的氩气[2]。

3 主要焊接工艺

3.1 组对及点固焊

管道组对间隙为1～5mm，错边量要求0～0.8mm。组对调整好后，用8～10个圆钢棒对称点焊固定，点固棒的直径范围以点固焊能够在坡口里面为准，且点固棒应沿焊缝周向均匀分布（详见图2），点固焊缝长度应≥20mm。

3.2 变形控制措施

主蒸汽管道厚度大、焊接层数多，为防止焊接过程中产生水平翘曲变形，在焊接前对主蒸汽管道进行约1‰的反变形，焊接过程中设置焊接变形监控装置，监控主蒸汽管道的焊接变形；同时采取合理的焊接顺序，如双人对称焊和分段倒焊，同时根据焊接过程中变形的大小，采取合理的焊道布置，并在工艺允许范围内适当调整焊接参数。

3.3 焊前预热

AP1000核电主蒸汽管道材质为SA 335 GR P11，管道壁厚较大，为防止冷裂纹的产生和减少焊缝中的焊接残余应力，在主蒸汽管道焊接时要求最低预热到150℃，并保持层间温度最大不超过260℃。预热时采用陶瓷加热片电加热的方式进行，加热宽度至少应为焊缝宽度的4倍，热电偶与加热片的布置应避免焊接过程中对其产生的影响。对于不方便使用电加热的焊口，可采用火焰加热。焊接过程中使用红外线测温仪进行预热和层见温度测量确认。

3.4 焊接过程及线能量的控制

WPS和施焊单应保存在施焊焊缝附近，焊工按WPS及施焊单的要求进行焊缝施焊，焊接工艺参数不能超出WPS中的参数范围，应尽量采用小电流、短弧操作，焊接层间温度按照WPS的要求执行。

3.5 焊后热处理

焊接完成后位进一步消除应力，每道焊口还需进行焊后热处理。热处理方法采用陶瓷加热片加热，将焊缝正面圆周加热一个环形带，加热宽度至少为焊缝厚度的4倍。加热时先将温度升至425℃以上，然后以不超过220℃/h同时不小于56℃/h的速率升温至595℃～675℃。保温100分钟，再以同样的速率冷却降温至425℃。然后冷却至室温。

3.6 焊缝无损检测

主蒸汽管道焊缝在焊接完成并进行完焊后热处理后，对焊缝进行无损检测，由于AP1000核电主蒸汽管道属于核2级管道，根据西屋技术规格书APP-GW-P0-008规定需要的无损检测包括100%VT+RT。目视检验：焊缝表面应无气孔、夹渣、咬边和裂纹；RT检验：射线拍片检查结果要满足ASMEⅢ NC-5300

的要求。

3.7 在役检查打磨要求

AP1000主蒸汽管道焊口属于在役检查焊缝，完成焊接及所有的无损检测合格后需进行在役体积检测，对接焊缝应在距离焊缝边缘6″（152.4mm）或者2t+4″（101.6mm）（t为管道壁厚）之中的最大值范围内打磨光滑或与周围母材平滑过渡；表面粗糙度要求最起码要达到6.3μm；表面平整度应满足不存在大于1/32英寸每英寸（0.79mm每25.4mm）的凹陷。

4 结束语

虽然主蒸汽管道材质为合金钢材料SA335 GR P11焊接难度较大，但目前主蒸汽管道的焊接技术准备已经完善，焊接工艺评定及焊工资格考试均顺利完成，能够为后续AP1000核电项目主蒸汽管道焊接施工提供参考和借鉴。

参考文献

[1] 机械工程师学会焊接学会编制，史耀武.焊接手册[M].北京：机械工程出版社，2015：71-73.

[2] 王勇.ASME-IX《焊接和釬焊评定》与RCC-MS篇焊接工艺评定的初步对比分析[C].中国核学会核能动力分会.2013年学术研讨会论文集.北京：中国核学会核能动力分会，2013：17.