核電站環行起重機環梁焊接變形超差分析與研究

尹曉輝 劉榮(大連華銳重工集團股份有限公司,遼寧大連 116000)

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核電站環行起重機環梁焊接變形超差分析與研究

尹曉輝 劉榮
(大連華銳重工集團股份有限公司,遼寧大連 116000)

【摘 要】核電站環行起重機沿著位于反應堆廠房上部的環形軌道行駛,它是核電站中的重要起重設備之一。針對核電站環行起重機環梁焊接變形超差的現象,從環行起重機的結構組成及環梁焊接過程中涉及的人員、設備、焊接數據包、焊接過程入手,找出環梁焊接變形超差的原因,并針對原因提出了解決對策,有效解決了環梁焊接變形超差的問題。

【關鍵詞】核電站環行起重機 環梁 變形 焊接順序 火焰矯正

1 概述

核能是地球上儲量最豐富、高度濃集的能源，核能發電具有不排放CO2等溫室氣體的優勢，還有燃料價格穩定，可確保能源安全的優點。目前隨著國家能源結構的調整，我國已進入了核電的快速發展期，我國核電站的年建造數量位居世界第一。核電站中需要大量的起重運輸設備搬運物料，其使用的起重設備有10余種類型，數量多達250余臺，環行起重機位于核反應堆安全殼廠房的頂端(見圖1)，用于吊運蒸汽發生器、反應堆壓力容器等反應堆廠房內所需的吊運服務。

環行起重機一旦發生故障，只能對小部件進行維修，環梁做為承軌梁，根本不可能對其進行更換維修，由于這種高可靠性的要求，一旦環梁發生質量問題，將導致整個核反應堆封堆，并且永不再使用，這將會造成嚴重的經濟損失，甚至可能導致核安全事故。

2 結構組成

圖1 環行起重機

圖2 環行起重機 環梁

環行起重機在環行軌道上運行，由工作小車、安裝小車、橋架、旋轉機構和水平輪、環軌、環梁及電控設備等組成。環梁是核電環行起重機的承軌梁，環梁的中心直徑在Φ35000mm以上，見圖2，環梁為梯形箱型梁形式，上蓋板安裝環軌，下蓋板采用厚板兼做水平輪軌道，上下蓋板厚度差較大且梁內各筋板為貫穿腹板式。整個環梁安裝由六段環梁單體組成，對各段環梁單體的焊接變形要求較嚴，制造難度較大。環梁單體焊后要求扭曲小于等于5mm，環梁整體組裝后要求上蓋板平面度為10mm。

3 焊接變形超差原因排查

在對兩臺環行起重機共12個環梁單體焊后的檢驗時發現，有5個環梁單體焊后變形超差，其余7個環梁單體尺寸合格，根據這一現象，對可能造成焊接變形的幾個環節進行了原因排查：

(1)環梁焊接工藝確認：組織公司內焊接方面專家對環梁的焊接數據包進行評審，首先CO2氣體保護電弧焊在平焊、橫焊、立焊時選取的焊材及對應的電流、電壓及焊接速度，其次是焊前預熱溫度及焊接時層間溫度的選取，通過評審認為環梁以上的焊接數據是適用的。(2)環梁單體焊接設備確認：所有的設備都在核電專用設備臺賬上，并且定期維護保養，相關的記錄都能及時提供，而且7個尺寸合格的環梁單體也都是使用這些設備焊接的，因此，認為環梁焊接時使用的設備是合格的。(3)環梁單體焊接人員確認，所有焊接人員都在核電產品焊接人員臺賬上，都取得了相關的焊接從業資質證書，因此，認為環梁焊接人員合格的。(4)焊接及火焰矯正實施過程的確認，通過檢查焊接過程記錄卡及火焰矯正記錄卡，發現焊接時個別位置焊接順序與焊接工藝方案中的不完全一致，焊接變形后進行火焰矯正時，選取的烤火點，存在的不合理現象。(5)環梁焊縫大部分為探傷焊縫，經統計環梁探傷焊縫焊后首次探傷合格率為92%，而環行起重機整體產品的焊縫焊后首次探傷合格率為大于97%，環梁探傷焊縫的焊接質量較低，焊縫的返修量比較大，增加了焊接變形。

根據以上的排查，環梁單體焊接變形超差的原因為以下三點：

(1)探傷焊縫的首次探傷合格率為92%，低于要求的97%，焊縫的返修量比較大，增加了焊接變形。(2)焊接時的焊接順序未與焊接工藝方案完全一致。(3)火焰矯正時，烤火點的選取，存在不合理現象。

4 解決對策

(1)根據焊接過程記錄表，對每名環梁焊接人員的探傷焊縫首次探傷交檢合格率進行了統計，發現共涉及到的9名焊工中，其中有4名焊工的合格率大于97%，其余5名焊工的合格率均低于90%，為減少焊縫的返修量，減少焊接變形，對環梁的焊接人員進行固定，只有探傷焊縫首次交檢合格率大于97%的4名焊接人員可進行環梁焊接，如需培增加人員，需提前對其焊接資質及從業水平進行確認，達到要求方可進行名單增加，而且在焊接時，在給定的焊接參數范圍內選

用下限值，以盡量小的焊接電流施焊。(2)環梁焊接時，按焊接工藝規程規定的焊接順序、方向進行施焊，對焊接順序、方向有疑義時需進行評審確定最終方案。(3)在Π型梁完成后及環梁腰縫焊接前，進行符地樣檢查其變形情況，如變形超差，制定火焰矯正工藝，提前進行修理矯正，避免在全部焊接完成后再進行烤修。(4)采用火焰矯正焊接變形時，對于烤火點的選取由工藝人員確定，火焰矯正工藝經評審后方可下發，矯正時用紅外測溫儀對加熱溫度進行實時監測并記錄。

5 效果跟蹤

對策實施情況：

(1)環梁焊接人員為確定的4名焊接人員，未有人員增加。(2)環梁焊接時，完全按焊接工藝規程規定施焊，未進行改動。(3)Π型梁完成后及環梁腰縫焊接前，符地樣檢查其變形情況時，第二個環梁需進行火焰矯正，經矯正后合格。(4)三個環梁單體焊后有兩個進行了火焰矯正，矯正時完全按工藝進行，經矯正后合格。(5)三個環梁單體焊接最終的扭曲變形檢測結果為：

第一個環梁單體：扭曲為4.0mm；第二個環梁單體：扭曲為4.3mm；第三個環梁單體：扭曲為3.6mm。三個環梁單體均合格，而且后期環梁在制造過程中，也未再發生焊接變形超差的現象。

6 結語

通過對核電站環行起重機環梁焊接變形超差的問題分析，不僅找到了問題的原因，而且通過所確定的解決對策，起到了預防問題再發生的作用，在后期的環梁制造過程中，取得了很好的成果，不僅降低了生產成本，提高了經濟效益，而且提升了集團公司在核電行業中企業形象。