1 概述
AP1000核電單堆共有防甩支架21套, 在發生事故時, 防甩支架可以通過塑性形變吸收能量, 緩沖因管道破裂產生的意外載荷事件, 其結構復雜、支架較重、焊縫較長, 導致施工難度較大, 施工工期較長。
2 防甩支架焊接施工難點分析
2.1 施工空間受限
AP1000核電主給水管道防甩支架位于12404房間, 施工空間狹窄, 在進行焊接施工時會受到墻體、其它支架及主給水管道的影響, 部分焊縫距離小于200mm, 焊接操作空間受限, 焊接施工難度較大, 若焊接操作順序不當, 會導致部分焊縫無法焊接。
2.2 焊接裂紋預防
AP1000核電主給水管道防甩支架主體材質為SA572 GR 50, 因母材較厚, 支架具有較大的拘束度。在焊接過程中容易產生焊接裂紋。
2.3 焊后熱處理
AP1000核電主給水防甩支架結構復雜, 共有41條焊縫需要進行焊后熱處理。若焊縫焊后熱處理的次數過多, 將勢必會影響焊接接頭組織性能, 造成機械性能下降, 影響防甩支架的焊接質量。因此對于防甩支架焊后熱處理, 必須合理分布熱電偶, 避免重復熱處理。
3 防甩支架焊接施工工藝
3.1 坡口準備
主給水管道防甩支架的坡口焊縫的坡口形式均為單邊V型坡口, 角度為40°~70°, 為減少焊接填充量同時保證焊工在焊接防甩支架具備可操作性, 現場對于防甩支架的實際坡口角度保持在45°~50°范圍內。
因支架具體結構及機械器材型號的限制, 防甩支架的坡口加工選用火焰切割的方式進行。切割前通過劃線等方式確定切割量, 切割時需預留10mm的切割余量便于后續坡口調整。
3.2 焊口組對及點焊
12廠房主給水管道防甩支架各部件重量較大, 需采用手拉葫蘆、倒鏈等工具進行輔助。組對前, 在支架表面焊接一個臨時吊耳便于吊裝。將組對間隙調整到1~5mm范圍內, 滿足要求后進行定位焊。點焊時需注意在點焊的位置在焊縫上均勻分布。焊縫打底結束之后, 再去除臨時吊耳, 去除區域進行打磨處理, 并進行PT檢測。
3.3 焊前預熱
對于厚板焊接, 焊前預熱能夠減少焊縫及熱影響區的淬硬程度, 提高焊接接頭的抗裂性能。根據標準ASMEⅢ卷給出的預熱要求并結合現場施工經驗, 防甩支架焊前預熱的最低溫度為95℃, 層間溫度不超過300℃。通過綜合考慮防甩支架結構及現場的實際焊接時的操作性因素, 防甩支架在焊接前可采用氧乙炔火焰加熱的方式進行預熱。加熱時, 需對焊縫兩側均勻加熱, 確保焊縫兩側受熱均勻。
3.4 焊接
防甩支架焊縫類型有全熔透焊縫、部分熔透焊縫及角焊縫三種。對于全熔透焊縫, 采用氬電聯焊的方式進行焊接;對于部分熔透和角焊縫, 采用焊條電弧焊的方式, 焊接時所采用的焊接參數需嚴格按照焊接工藝規程要求執行。12廠房主給水管道防甩支架的焊接的關鍵在于焊接施工邏輯順序及焊接過程中主體焊縫的順序制定。
3.4.1 施工邏輯順序
整體施工邏輯順序對于防甩支架的焊接極為重要, 施工邏輯順序不當勢必將會造成支架部分焊縫的焊接操作空間受限, 影響施工進度。對于防甩支架的焊接, 需在主給水管道安裝完成之后立即進行, 否則將會因防甩支架四周的支架和管道等因素的制約增大了主給水管道的施工難度。1#機組防甩支架在焊接時, 因周圍其他管道、支架在防甩支架焊接之前已經完成安裝, 導致部分焊縫焊接時操作空間極為狹窄, 施工進度緩慢。
3.4.2 支架焊接順序
因防甩支架所處位置施工空間地方狹小, 且防甩支架自身結構緊湊, 尤其是MFW-01A支架, 在進行防甩支架的焊接施工時, 需要綜合考慮到現場焊接操作空間的影響。因此必須制定整體的焊接順序, 以避免焊接空間受限。
以防甩支架MFW-01A為例, 在焊接MFW-01A支架時, 需要考慮到操作空間的影響, 焊接操作空間受限的焊縫優先焊接。首先進行支架主體立柱的焊接, 立柱焊接可以采取車間預制的方式進行, 焊接時便于翻轉。然后進行防甩件支撐底部的焊接, 可以避免后續支架施工空間狹窄。接下來進行斜支撐的焊接, 斜支撐的焊接順序也需要根據焊接操作空間的大小來進行, 避免出現“焊不到”的情況。
3.4.3 立柱焊縫的焊接順序
主給水管道防甩支架主體立柱的壁厚較厚, 在焊接過程中, 焊縫中會產生較大的焊接應力, 極易出現焊接裂紋, 必須制定合理的焊接順序。對于立柱兩面四條焊縫, 需采用雙人對稱焊的方式進行。立柱上面的焊縫兩人沿著相反的方向同時進行焊接, 焊完一層之后, 翻轉至另外一面, 繼續按照相反的順序同時進行焊接, 不斷的變化焊接面保證焊接收縮量一致, 焊接應力可以相互抵消, 避免焊接裂紋的產生。
3.5 后熱
焊接過程中焊件的溫度分布不均勻, 焊縫金屬的熱脹冷縮等原因, 會造成焊縫中存在大量的殘余應力。為防止焊縫急冷導致焊縫開裂, 需對防甩支架焊縫進行后熱處理。
在焊接中斷之后或焊接完成之后, 通過氧乙炔火焰加熱對焊縫及焊縫邊緣區域進行均勻加熱。當焊縫溫度達到150℃時, 停止加熱, 并用保溫棉進行包裹, 延緩焊縫冷卻速度。
3.6 焊后熱處理
為了進一步消除殘余應力并獲得良好的焊縫接頭組織, 12廠房主給水管道防甩支架上的坡口焊縫在焊接完成后還需進行焊后熱處理。根據ASMEⅢNF分卷要求, 焊后熱處理保溫溫度為620±15℃, 加熱溫度在425℃以上時, 升溫速率和冷卻速率需按照ASMEⅢNF分卷要求進行控制;加熱溫度在425℃以下時, 升溫、冷卻速率不限。
12廠房主給水管道防甩支架因其結構復雜, 坡口焊縫分布廣泛, 不能對所有焊縫進行整體焊后熱處理?，F場主給水管道防甩支架在進行焊后熱處理時分區域進行。對焊縫接頭較多的區域進行整體熱處理, 避免逐條進行焊后熱處理時, 相鄰焊縫受其他焊縫熱處理影響次數過多, 對焊縫的組織性能產生影響。而對于不與其它焊縫接觸的焊縫, 可逐條焊縫進行焊后熱處理。
4結束語
通過精心準備, AP1000核電主給水管道防甩支架制訂了合理的施工工藝及施工邏輯順序, 保障了防甩支架的安裝質量, 積累了施工經驗, 同時提高了技術人員解決相關問題的能力, 為后續施工提供了借鑒意義。
摘要：本文針對三門AP1000核電12廠房主給水管道防甩支架焊接施工難點, 制訂了合理焊接工藝和焊接順序, 有效避免焊接裂紋的產生, 保證了主給水管道防甩支架焊接質量, 為后續機組施工提供了經驗。
關鍵詞：AP1000核電,防甩支架,焊接工藝
參考文獻
[1] 《焊接手冊》第3卷焊接結構中國機械工程學會焊接學會編