核電站主管道焊接技術的分類及應用

劉昕迪

【摘 要】核電站主管道是連接主回路壓力容器、蒸汽發生器和主泵管道，是核反應堆冷卻劑系統的主動脈，其內部流經高溫、高壓、高放射性的介質，屬于回路承壓邊界。其焊接技術一直以來都是核電站安裝工作中的重中之重。本文分析了EPR焊接工藝、CPR焊接工藝以及AP1000焊接工藝，為核電站主管道自動焊工藝研究提供了重要的參考。

【關鍵詞】主管道；自動焊；焊接工藝

0 引言

核電站反應堆冷卻劑主管道簡稱核電站主管道，是核電站核島部分的關鍵部件之一，屬于核安全一級、QA1級設備。連接著反應堆壓力容器、蒸汽發生器和主泵，是一回路反應冷卻劑系統壓力邊界的重要組成部分，運行中長期承受反應堆冷卻劑的高溫、高壓，其安裝焊接質量直接關系到核電站的運行安全。本文將對現在主要的焊接技術做一個整理分析。

1 EPR焊接工藝

EPR核電站主回路系統由對稱布置的四環路組成[1]，每個環路包括一臺蒸汽發生器、一臺主泵以及相連的主管道冷段、熱段和過渡段，每個環路6個現場焊口，一共24個。

1.1 施工邏輯分析

EPR主管道焊接實施涉及壓力容器、蒸汽發生器、主泵以及主管道回路設備，包含測量計算、坡口加工引入組對和焊接等工作[2]，各項工序具有嚴格的邏輯關系。EPR主管道由于采用自動焊工藝，其施工邏輯有了較大的改進。

1.2 施工工藝分析

自動焊工藝組對間隙要求為0-1mm[3]，相比傳統手工焊1-4mm更為嚴格。因此，EPR核電站主管道施工引入了工裝，以實現主管道的精確調整和組對，因此需要通過對主設備竣工尺寸進行精密測量；另外，為盡量消除安裝公差對主管道組對影響[4]，主管道在組對調整過程中，需通過緊密測量嚴格控制設備安裝位置，以滿足自動焊組對的要求。

2 CPR1000焊接工藝

CPR1000焊接工藝[5]采用二代加一回路百萬千瓦級壓水堆核電站技術路線。一回路系統通過主管道將反應堆壓力容器、蒸汽發生器、主泵、穩壓器連接構成3個封閉的環路[6]。

2.1 焊接工藝評定

通過分析產品焊縫的母材材質、規格、坡口形式、焊接位置及焊接方法，主管道工藝評定母材選用與產品同鋼號，且母材硼含量小于0.0018%，氮含量小0.08%的不銹鋼材料；由于主管道屬于大壁厚管道，采用氬弧自動焊，坡口形式加工為窄間隙[7]U型。

2.2 現場焊接

CPR1000 壓水堆核電站每個環路由熱段、過渡段和冷段組成，熱段連接壓力容器和蒸汽發生器；過渡段連接蒸汽發生器和主泵泵殼；冷段連接主泵泵殼和壓力容器[8]。每個環路現場焊口8道，3個環路共有24道焊口。3個環路的焊接順序及焊接施工活動彼此不受影響，可以同時開展焊接活動。

3 AP1000主管道焊接工藝

3.1 AP1000核電站主回路介紹

AP1000核電站主回路系統分2個環路組成，包括1條熱段和2條冷段，穩壓器通過波動管與1環熱段相連，每個環路有6道主管道焊口，每臺機組共12道焊口[9]。

3.2 AP1000核電站主管道安裝施工邏輯

AP1000主管道的安裝施工邏輯順序：1）壓力容器、蒸發器、主泵泵殼、主管道就位；2）主管道壓力容器側焊口坡口檢查，焊口組對，內部使用點固塊進行固定；3）RV側焊接至主管道壁厚50%，并執行相應的過程檢查；4）SG側測量定位，并進行數據擬合切割，加工坡口；5）坡口檢查，焊口組對，點固焊，焊接至約50%厚度，執行過程檢查；6）焊接RV側焊口50%～100%，焊接SG側焊口50%～100%[10]。

3.3 AP1000核電站主管道焊接過程

AP1000核電站主管道冷段每道焊口由三部分組成[11]，熱段焊口由四部分組成。其中冷段焊縫組成包括根部焊道、填充層焊道、蓋面層焊道，熱段焊縫組成包括根部焊道、內部填充焊道、填充焊道、蓋面焊道。焊接組對要求：組對間隙0～2mm，內錯邊量0～0.8mm。

4 結語

在焊接順序上，EPR沿用的是蒸汽發生器引入前，其他焊口全部焊接完成，然后引入蒸發器，最后進行蒸汽發生器出入口焊接；CPR沿用手工焊工藝下主要設備安裝邏輯。

三代核電EPR與AP1000核電站中的主管道采用窄間隙坡口設計，具有減小焊接殘余應力和變形、提高焊接質量、減少填充量、降低生產成本的優點。主管道自動焊工程技術的成功研發與應用是我國核電工程建設領域的一項自主創新成果。主管道自動焊技術滿足了批量化建造核電站的需要，該技術對提升核電站主管道焊接質量，提升電站安全性，提升施工效率有重要價值。

【參考文獻】

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[4]王府強，蔣自強.核電站主管道焊接變形控制及應力消除[J].商品與質量，2016.

[5]譚文良，李付良，聶巖，趙文燦.CPR1000核電站主管道自動焊技術的工程實施[J].科技創新導報，2012：18-19.

[6]聶巖，王東，章科，馬力川.EPR與CPR堆型核電站主管道自動焊工藝差異性分析[J].科技創新導報，2013：3-6.

[7]黃宗仁，李桓，黃炳炎，董岱林.窄間隙自動焊在核電廠主管道焊接中的應用[J]. 焊接技術，2015：36-39.

[8]佟立麗，邵舸，顧健，薛峻峰，彭建平，王志強.福清核電1、2號機組增大應急給水箱容積安全分析[J].科技導報，2013，31：51-55.

[9]孫漢虹.第三代核電技術AP1000[M].中國電力出版社，2010.

[10]王永峰，李浩.第3代核電（AP1000）關鍵設備工藝制造特點綜述[J].能源與環境，2010：25-27.

[11]胡亞蕾.第三代核電技術——非能動安全先進核電站AP1000[J].科技資訊，2010：118-118.

[責任編輯：朱麗娜]