核電站上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架安裝階段焊接變形控制

盧其海

摘要：核電站上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架安裝精度要求高，焊接變形控制困難。本文介紹了堆內(nèi)構(gòu)件上部存放架安裝過程中焊接變形的控制方法，通過改變坡口形式和焊接順序，加強(qiáng)焊接過程中的監(jiān)控和調(diào)整，有效控制了焊接變形。實踐證明，該方法在實際的工程施工中是可行的。

關(guān)鍵詞：上部堆內(nèi)構(gòu)件；存放架；支撐環(huán)；焊接變形；控制

1 概述

核電站上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架安裝在核島反應(yīng)堆廠房的核燃料換料水池內(nèi)，在反應(yīng)堆安裝、換料及在役檢修期間，用于存放上部堆內(nèi)構(gòu)件及其吊具；在反應(yīng)堆運行期間，用于存放堆內(nèi)構(gòu)件吊具及壓力容器密封面保護(hù)環(huán)。上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架的安裝質(zhì)量不僅直接影響上部堆內(nèi)構(gòu)件等重要設(shè)備的存放安全，更關(guān)系到核電機(jī)組安全運行和在役檢修工作的正常進(jìn)行。

2 安裝技術(shù)要求

上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架由4根立柱、1個支撐環(huán)、3個導(dǎo)向柱、2個水平支承和3個密封面保護(hù)環(huán)支座組成。4根立柱下端固定在換料水池面上，立柱上端與支撐環(huán)固定；2個水平支承分別位于90°位置和203.5°位置，每個位置有上下兩塊支承板，通過焊接的方式把支撐環(huán)固定到換料水池墻壁上；3個密封面保護(hù)環(huán)支承座布置在支撐環(huán)上；3個導(dǎo)向柱組件通過其下端的法蘭與支撐環(huán)上的導(dǎo)向柱固定板聯(lián)接。

上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架本體就位固定完成后，通過在立柱下法蘭面和調(diào)整板之間插入薄墊片，調(diào)整4個支撐面 S1、S2、S3、S4的標(biāo)高，確保4個支撐面的總水平度不大于0.2㎜。在后續(xù)水平支承的安裝與焊接工作中，則要通過控制焊接變形使4個支撐面的總水平度維持在要求范圍內(nèi)，并保證墻板與土建預(yù)埋板的間隙為0㎜。

3 工藝試驗及實施驗證

（1）安裝控制難點。上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架的支撐環(huán)與水平支承為對接單面V形坡口，其中水平支承側(cè)的坡口須根據(jù)安裝實際情況現(xiàn)場加工。設(shè)計規(guī)定了水平支承兩邊的焊接順序，即先焊接水平支承與墻板，再焊接支撐環(huán)與水平支承。據(jù)以往核電機(jī)組的安裝施工經(jīng)驗，支撐環(huán)與水平支承的單面V形坡口設(shè)計，水平支承兩側(cè)焊縫的焊接順序要求均不利于焊接變形控制，極易導(dǎo)致S面水平度和墻板與土建預(yù)埋板的間隙超差。如何控制水平支承的焊接變形，是保證上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架安裝質(zhì)量要求的關(guān)鍵。

（2）工藝試驗。選用與水平支承規(guī)格相同的兩塊不銹鋼試板，加工坡口，坡口形式為雙面V形，鈍邊厚度2㎜，坡口角度30°，在車間完成組對并焊接。焊接采用手工焊條電弧焊的方法，工藝參數(shù)根據(jù)已有的焊接工藝平定選擇，電流80～115A，層間溫度控制在150℃以下，不需進(jìn)行熱處理。焊接前，在試板兩端和中間各取一組測量點。焊接時，上下側(cè)焊縫交替焊接，每一焊道焊后均測量試板的變形量和收縮量并做好記錄。焊接時注意平焊與仰焊的電流選擇，以及層間溫度的控制，自始至終保持試板的上下變形量盡可能相同。焊接完成后，收集整理記錄的數(shù)據(jù)，得到結(jié)論：采用雙面V形坡口，嚴(yán)格控制好上下側(cè)焊縫的線能量輸入，可以有效控制試板的變形；根據(jù)試板的收縮量大小，可初步計算出水平支承的加工余量。

（3）實施驗證。先將支撐環(huán)側(cè)的坡口加工成雙V形，鈍邊厚度2㎜，坡口角度30°，并計算出其減少量，再結(jié)合試驗數(shù)據(jù)計算得出的水平支承加工余量，加工水平支承側(cè)的坡口。改變水平支承兩側(cè)焊縫的焊接順序，先焊接水平支承與支撐環(huán)。焊接前，測量支撐環(huán)S面的水平度，將水平支承臨時組對點焊在墻板上，組對間隙0㎜；用千斤頂推開支撐環(huán)，使支撐環(huán)與水平支承的間隙約為3㎜；測量支撐環(huán)S面水平度，組對點焊支撐環(huán)與水平支承；將水平支承與墻板的臨時焊點打磨掉，測量支撐環(huán)S面水平度。在這個過程中，需保證支撐環(huán)S面水平度不超過0.35mm，若支撐環(huán)S面水平度超差，則通過立柱下法蘭面和調(diào)整板間的墊片進(jìn)行調(diào)整。做好收縮量測量標(biāo)記點，根據(jù)支撐環(huán)S面水平度的實際情況，開始焊接。焊接時，90°位置和203.5°位置的焊縫交替焊接，同一焊縫上下兩側(cè)交替焊接。每焊接完成一層后測量S面水平度和焊縫收縮量，發(fā)現(xiàn)偏差隨時通過焊接的方式進(jìn)行調(diào)整。最終焊接完成后，測量S面水平度。焊接過程中，千斤頂需根據(jù)測量的S面水平度情況適當(dāng)松開。水平支承與墻板的焊接。焊接前，根據(jù)水平支承與支撐環(huán)焊后測量的S面水平度，確定千斤頂推開支撐環(huán)的距離，使水平支承與墻板間隙約2㎜；測量S面水平度，組對點焊水平支承與墻板；測量S面水平度，根據(jù)S面水平度的實際情況決定先焊90°還是203.5°位置的焊縫，然后開始焊接。焊接時，90°位置和203.5°位置的焊縫交替焊接，同一焊縫上下兩面交替焊接。每焊接完成一層后，測量S面水平度和墻板與預(yù)埋板間隙。最終焊接完成后，測量S面水平度和墻板與預(yù)埋板的間隙。焊接過程中，千斤頂需根據(jù)測量的S面水平度情況適當(dāng)松開。焊接完成后，最終測得支撐環(huán)S面水平度為0.1mm，墻板與預(yù)埋板的間隙為0mm，滿足上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架安裝的質(zhì)量要求。

4 結(jié)語

上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架安裝階段焊接變形控制的方法是：改變水平支承與支撐環(huán)的坡口形式，不同位置焊縫交替焊接，可降低局部焊接應(yīng)力對支撐環(huán)水平度的影響；同一焊縫上下兩側(cè)交替施焊，使水平支承上下變形相抵消，進(jìn)而有效控制支撐環(huán)S面水平度；調(diào)整水平支承兩側(cè)焊縫的焊接順序，充分利用水平支承的加工余量與焊接收縮的相互抵消關(guān)系，減少水平方向應(yīng)力對墻板的作用，控制墻板與預(yù)埋板的間隙。焊接過程中實時監(jiān)測S面水平度和墻板與預(yù)埋板間的間隙，如有偏差應(yīng)及時調(diào)整。實際應(yīng)用證明，上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架安裝階段焊接變形控制的方法是有效可行的，可為其他核電機(jī)組上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架安裝提供參考。