AP1000核电主给水管道防甩支架焊接工艺研究
1 概述
AP1000核电单堆共有防甩支架21套, 在发生事故时, 防甩支架可以通过塑性形变吸收能量, 缓冲因管道破裂产生的意外载荷事件, 其结构复杂、支架较重、焊缝较长, 导致施工难度较大, 施工工期较长。
2 防甩支架焊接施工难点分析
2.1 施工空间受限
AP1000核电主给水管道防甩支架位于12404房间, 施工空间狭窄, 在进行焊接施工时会受到墙体、其它支架及主给水管道的影响, 部分焊缝距离小于200mm, 焊接操作空间受限, 焊接施工难度较大, 若焊接操作顺序不当, 会导致部分焊缝无法焊接。
2.2 焊接裂纹预防
AP1000核电主给水管道防甩支架主体材质为SA572 GR 50, 因母材较厚, 支架具有较大的拘束度。在焊接过程中容易产生焊接裂纹。
2.3 焊后热处理
AP1000核电主给水防甩支架结构复杂, 共有41条焊缝需要进行焊后热处理。若焊缝焊后热处理的次数过多, 将势必会影响焊接接头组织性能, 造成机械性能下降, 影响防甩支架的焊接质量。因此对于防甩支架焊后热处理, 必须合理分布热电偶, 避免重复热处理。
3 防甩支架焊接施工工艺
3.1 坡口准备
主给水管道防甩支架的坡口焊缝的坡口形式均为单边V型坡口, 角度为40°~70°, 为减少焊接填充量同时保证焊工在焊接防甩支架具备可操作性, 现场对于防甩支架的实际坡口角度保持在45°~50°范围内。
因支架具体结构及机械器材型号的限制, 防甩支架的坡口加工选用火焰切割的方式进行。切割前通过划线等方式确定切割量, 切割时需预留10mm的切割余量便于后续坡口调整。
3.2 焊口组对及点焊
12厂房主给水管道防甩支架各部件重量较大, 需采用手拉葫芦、倒链等工具进行辅助。组对前, 在支架表面焊接一个临时吊耳便于吊装。将组对间隙调整到1~5mm范围内, 满足要求后进行定位焊。点焊时需注意在点焊的位置在焊缝上均匀分布。焊缝打底结束之后, 再去除临时吊耳, 去除区域进行打磨处理, 并进行PT检测。
3.3 焊前预热
对于厚板焊接, 焊前预热能够减少焊缝及热影响区的淬硬程度, 提高焊接接头的抗裂性能。根据标准ASMEⅢ卷给出的预热要求并结合现场施工经验, 防甩支架焊前预热的最低温度为95℃, 层间温度不超过300℃。通过综合考虑防甩支架结构及现场的实际焊接时的操作性因素, 防甩支架在焊接前可采用氧乙炔火焰加热的方式进行预热。加热时, 需对焊缝两侧均匀加热, 确保焊缝两侧受热均匀。
3.4 焊接
防甩支架焊缝类型有全熔透焊缝、部分熔透焊缝及角焊缝三种。对于全熔透焊缝, 采用氩电联焊的方式进行焊接;对于部分熔透和角焊缝, 采用焊条电弧焊的方式, 焊接时所采用的焊接参数需严格按照焊接工艺规程要求执行。12厂房主给水管道防甩支架的焊接的关键在于焊接施工逻辑顺序及焊接过程中主体焊缝的顺序制定。
3.4.1 施工逻辑顺序
整体施工逻辑顺序对于防甩支架的焊接极为重要, 施工逻辑顺序不当势必将会造成支架部分焊缝的焊接操作空间受限, 影响施工进度。对于防甩支架的焊接, 需在主给水管道安装完成之后立即进行, 否则将会因防甩支架四周的支架和管道等因素的制约增大了主给水管道的施工难度。1#机组防甩支架在焊接时, 因周围其他管道、支架在防甩支架焊接之前已经完成安装, 导致部分焊缝焊接时操作空间极为狭窄, 施工进度缓慢。
3.4.2 支架焊接顺序
因防甩支架所处位置施工空间地方狭小, 且防甩支架自身结构紧凑, 尤其是MFW-01A支架, 在进行防甩支架的焊接施工时, 需要综合考虑到现场焊接操作空间的影响。因此必须制定整体的焊接顺序, 以避免焊接空间受限。
以防甩支架MFW-01A为例, 在焊接MFW-01A支架时, 需要考虑到操作空间的影响, 焊接操作空间受限的焊缝优先焊接。首先进行支架主体立柱的焊接, 立柱焊接可以采取车间预制的方式进行, 焊接时便于翻转。然后进行防甩件支撑底部的焊接, 可以避免后续支架施工空间狭窄。接下来进行斜支撑的焊接, 斜支撑的焊接顺序也需要根据焊接操作空间的大小来进行, 避免出现“焊不到”的情况。
3.4.3 立柱焊缝的焊接顺序
主给水管道防甩支架主体立柱的壁厚较厚, 在焊接过程中, 焊缝中会产生较大的焊接应力, 极易出现焊接裂纹, 必须制定合理的焊接顺序。对于立柱两面四条焊缝, 需采用双人对称焊的方式进行。立柱上面的焊缝两人沿着相反的方向同时进行焊接, 焊完一层之后, 翻转至另外一面, 继续按照相反的顺序同时进行焊接, 不断的变化焊接面保证焊接收缩量一致, 焊接应力可以相互抵消, 避免焊接裂纹的产生。
3.5 后热
焊接过程中焊件的温度分布不均匀, 焊缝金属的热胀冷缩等原因, 会造成焊缝中存在大量的残余应力。为防止焊缝急冷导致焊缝开裂, 需对防甩支架焊缝进行后热处理。
在焊接中断之后或焊接完成之后, 通过氧乙炔火焰加热对焊缝及焊缝边缘区域进行均匀加热。当焊缝温度达到150℃时, 停止加热, 并用保温棉进行包裹, 延缓焊缝冷却速度。
3.6 焊后热处理
为了进一步消除残余应力并获得良好的焊缝接头组织, 12厂房主给水管道防甩支架上的坡口焊缝在焊接完成后还需进行焊后热处理。根据ASMEⅢNF分卷要求, 焊后热处理保温温度为620±15℃, 加热温度在425℃以上时, 升温速率和冷却速率需按照ASMEⅢNF分卷要求进行控制;加热温度在425℃以下时, 升温、冷却速率不限。
12厂房主给水管道防甩支架因其结构复杂, 坡口焊缝分布广泛, 不能对所有焊缝进行整体焊后热处理。现场主给水管道防甩支架在进行焊后热处理时分区域进行。对焊缝接头较多的区域进行整体热处理, 避免逐条进行焊后热处理时, 相邻焊缝受其他焊缝热处理影响次数过多, 对焊缝的组织性能产生影响。而对于不与其它焊缝接触的焊缝, 可逐条焊缝进行焊后热处理。
4结束语
通过精心准备, AP1000核电主给水管道防甩支架制订了合理的施工工艺及施工逻辑顺序, 保障了防甩支架的安装质量, 积累了施工经验, 同时提高了技术人员解决相关问题的能力, 为后续施工提供了借鉴意义。
摘要：本文针对三门AP1000核电12厂房主给水管道防甩支架焊接施工难点, 制订了合理焊接工艺和焊接顺序, 有效避免焊接裂纹的产生, 保证了主给水管道防甩支架焊接质量, 为后续机组施工提供了经验。
关键词：AP1000核电,防甩支架,焊接工艺
参考文献
[1] 《焊接手册》第3卷焊接结构中国机械工程学会焊接学会编
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