華龍一號核島鋼襯里預制防變形控制方法研究

周健宇

（中國能源建設集團廣東火電工程有限公司，廣東廣州510735）

0 引言

華龍一號具有自主知識產權，屬于三代百萬千瓦級核電技術，充分體現了安全性與經濟性的均衡、先進性與成熟性的統一、能動與非能動的結合，是可持續發展的自主三代核電技術。核島鋼襯里是涉及核安全的一道重要屏障，華龍一號安全殼采用雙層混凝土結構，內層混凝土的內壁采用6 mm厚、材質為P265GH的鋼襯里，容積大，焊接、吊裝變形傾向較大。因此，在鋼襯里預制過程中，防變形控制是重點、難點。筆者所在施工團隊，從最初胎模制作開始，克服諸多困難，逐步摸索分析，對拼裝、焊接、翻身、吊裝、存放等各個環節嚴格實施變形控制。

1 華龍一號鋼襯里預制工程概述

華龍一號核島鋼襯里預制工作包括：底板、截錐體、筒體及相關貫穿件、套筒預制等工作。其中底板為直徑43.6 m的圓形，車間共計拼裝28塊底板；截錐體下口直徑43.6 m、上口直徑45.0 m、高度5.2 m，車間共計預制12塊截錐體板；筒體9層，直徑45 m、高度48.1 m，車間共預制110塊筒體板；穹頂4層，直徑45.0 m、高度13.5 m，車間共預制30塊穹頂板。

鋼襯里預制工藝流程：制作圖→領料→放線下料→坡口加工→標記移植→組對→埋弧自動焊焊接→焊縫無損檢驗→放線、二次下料、坡口加工、加勁肋角鋼彎曲→上胎模成型→加勁肋組對→加勁肋焊接→連接件定位、焊接→走道平臺螺套定位、焊接→檢查校正→無損檢驗→整體尺寸檢查→編號→噴砂油漆→存放。

2 鋼襯里預制防變形控制

2.1 準備工作

為保證鋼襯里預制防變形工作的有效實施，須對下述幾點作業提前統一進行控制：胎模設計要考慮鋼襯里承受變形受力，弧度要滿足設計要求，預留加防變形工裝位置，制作過程中反復測量，保證胎模強度弧度滿足設計要求。鋼襯里加勁肋角鋼彎曲弧度偏差不能超過1%，加工量滿足兩個月生產即可（長時間存放“回彈”導致尺寸超差）。P265GH鋼襯里板材必須采用專用鋼板夾進行吊裝，避免鋼板折彎。

2.2 鋼板拼接過程防變形控制

鋼板在拼板過程中變形類型有：鋼襯里板凹凸變形、焊縫波浪變形。其主要原因有：組對過程中未按設計要求組對拼縫，導致拼縫間隙過大、拼縫板面不平整，焊工未按焊接參數進行焊接。

因此，采取如下措施進行控制：鋼板拼接采用埋弧自動焊，焊接過程按工藝要求的電流參數、焊接速度進行。鋼板拼接時一定要與平臺貼合，拼接縫預留1 mm間隙，拼接縫保持平整（必要時采用配重塊施壓）。焊接工程師在現場指導，確認防變形措施落實到位，合格后才能開始施焊。拼接過程中QC人員隨時監控變形控制，發現質量問題立即停止作業。拼板遇到丁字口位置，從丁字口位置向兩邊開始焊接，切忌一焊到底。單面拼接完成后翻身，采用扁擔進行翻轉，翻身吊耳要與卡環位置對應。

2.3 加勁肋（角鋼）焊接過程防變形控制

加勁肋焊接過程中產生的變形是鋼襯里預制的難點，因為鋼襯板里成型的關鍵在于角鋼焊接，角鋼縱橫交錯在鋼襯里上，角鋼焊接過程中角鋼受熱膨脹應力無法釋放，將直接導致板材變形。

因此防變形主要是讓壁板始終與胎模貼合，主要采取以下措施進行控制。

（1）鉚工控制：鋼襯里上胎模后一定要用U型卡固定，使鋼板與胎模貼合。角鋼組對后至少加三條H型鋼壓梁壓住環形角鋼，使鋼板與胎模貼合。角鋼加勁肋焊接完成并冷卻后去除夾具，檢查襯里板是否與胎模貼合，如不貼合則采用火焰校正，根據實際情況加熱角鋼加勁肋，加熱溫度絕不允許超過600℃。

（2）焊接控制：角鋼焊接有二氧化碳保護焊、手工電弧焊兩種焊接方法，其中二氧化碳保護焊在焊接變形控制方面尤為突出，條件允許情況下多采用二氧化碳保護焊焊接。焊接過程按相應的電流參數、焊接速度進行。角鋼焊接順序為先焊環向角鋼、再焊豎向短角鋼，先立焊、再平焊。焊接要進行分段退焊，多個焊工焊接時，要盡量分散開，避免焊接熱量集中，造成壁板不可逆的變形。環向角鋼組對定位時，每隔約500 mm（可根據實際需要調整）點焊一塊限位角鋼，限位角鋼也與環向角鋼點焊，防止環向角鋼焊接時變形。正式焊接角鋼和錨釘前，為防止壁板在寬度兩端口處出現波浪型變形，在距離端口邊緣等于或大于50 mm處各點焊一條10#槽鋼，槽鋼長度與壁板寬度值基本一致。

2.4 下胎翻身過程防變形控制

下胎翻身變形位置主要產生于吊點周邊，嚴重時會導致鋼襯里折彎。

因此吊點周邊要按如下措施進行控制：將斷開的環形角鋼進行臨時加固，確保翻身過程不變形。壁板在胎膜壓制成型后，完成附件焊接，再從胎模上拆卸成型的鋼襯里，使用行車吊裝襯里板翻身，運到存放架上臨時存放。

吊裝襯里板的防變形措施關鍵點在于吊點的加固，具體措施方法如下：

分別在鋼襯里板豎向角鋼處焊接2個吊耳及加強筋板，在水平角鋼開2個吊裝孔。在上端口最近的水平角鋼上開吊裝孔，普通板塊孔間距為4.5～5 m，最大板孔間距約為7 m，在水平角鋼外側加強角鋼長度為150 mm，開孔位置及加強角鋼位置示意圖如圖1所示。

圖1 上端口開孔示意圖

下端口在與上端口吊點相對應豎向角鋼處焊接吊耳及加強角鋼和防護板，吊耳、防護板不與壁板焊接，連接焊縫hf=6 mm，示意圖如圖2所示。

圖2 下端口開孔示意圖

2.5 存放防變形控制

鋼襯里板存放變形主要是由于存放架不合理、不按要求進行存放等因素導致的。

因此采取如下措施進行控制：存放架嚴格按設計圓弧度進行制作。鋼襯里板翻身后立即存放于存放架上，切忌長時間放置于地面。截錐體、筒體、穹頂存放架尺寸有差異，因此要專用存放。每個存放架存放筒體板不超過6塊，避免擠壓變形。

2.6 其他防變形改進措施

以往核電工地鋼襯里加強筋板是采用車間對接焊接的方法，其焊接變形量很難控制。本工程設計變更為整體加工成型，免去了焊接環節，不用考慮防變形控制。

以往核電工地鋼襯里底板拼裝工作主要依賴在現場采用手工電弧焊進行焊接，導致焊接變形嚴重。本工程將通過多方位深入策劃，將大量的鋼襯里底板拼裝工作安排在預制車間使用埋弧自動焊，可大大減少整個鋼襯里底板的焊接變形。

3 結語

筆者所在團隊不囿于固有經驗，在保證質量、安全的前提下，拓展思路、積極嘗試新方法，認真分析總結，不辭辛苦，經過兩年的艱苦實踐，本工程鋼襯里預制質量持續得到改進，最終鋼襯里整體的變形量較以往核電工程有了明顯改善，所有鋼襯里板結構預制尺寸驗收一次合格。筆者回顧各個環節采取的防變形措施細節，特此進行分析和總結，以期為后續華龍一號鋼襯里建設提供有價值的參考。