CAP1400核島廠房主設備關鍵焊接技術研究

武妍 林磉熙

1．中核檢修有限公司三門分公司 浙江臺州 317109 2．中核檢修有限公司海鹽分公司 浙江嘉興 314300

目前我國在建的石島灣核電站采用的是CAP1400核電技術，是以AP1000為設計原型，簡化的兩回路設計，60年設計壽命。采用的設計制造標準是ASME2007版+2008補遺。技術要求高，制造難度大，多種焊接工藝方法相結合。

1 主設備焊接工藝介紹

1.1 反應堆壓力容器制造焊接工藝介紹

核反應堆壓力容器主體是由低合金高強度鋼鍛件組焊而成的高壓容器，在產品制造焊接過程中所采用的焊接方法主要包括：帶極電渣堆焊（ESW）或帶極埋弧堆焊（SAW）、窄間隙埋弧自動焊（NSAW）等。為了防止高溫水對容器內壁的腐蝕，在內表面堆焊具有耐腐蝕性能的奧氏體不銹鋼，通常采用ESW和SAW，由于核反應堆壓力容器的壁厚比較厚，直徑比較大，故主環焊縫的組焊通常采用焊接效率高、焊接質量穩定的NSAW[1]。

1.2 蒸汽發生器制造焊接工藝介紹

蒸汽發生器產品制造焊接過程中，采用了手工電弧焊、手工鎢級氣體保護焊、窄間隙絲極埋弧自動焊、帶極埋弧自動焊、自動冷絲、熱絲氣體保護焊等多種焊接工藝方法，用于產品接頭的角焊縫、對接焊、密封焊、堆焊和補焊。產品制造中，窄間隙絲極埋弧自動焊由于其線能量比較低，可使焊縫晶粒細化，熱影響區減小，焊接接頭綜合性能提高，主要用于殼體焊縫焊接；自動熱絲鎢級氣體保護焊由于其熔合比小（稀釋率低）、焊縫金屬夾雜含量少，焊接質量穩定效率高，主要用于水室封頭接管隔離層堆焊以及上封頭鎳基合金堆焊，自動冷絲鎢級氣體保護焊由于其焊縫金屬夾雜含量少，焊接質量穩定，主要用于水室封頭接管安全端對接焊；帶極埋弧自動焊由于其焊接效率高、母材稀釋率低，主要用于管板和水室封頭大面積耐蝕層堆焊。同時，手工電弧焊，埋弧焊不用于全焊透焊縫的根部焊道的焊接，除非進行雙面焊接且焊縫根部在清除后進行磁粉檢測或液體滲透檢測，部件焊后熱處理后不使用回火焊道法進行補焊[2]。

1.3 穩壓器焊接工藝介紹

穩壓器是核電站核島主設備中I級設備。根據產品結構特點，采用手工焊接較為困難，一是由于手工焊接質量波動大，容易損壞比較昂貴的材料。二是無法實現背面焊縫的保護。因此采用全自動鎢極惰性氣體保護焊。惰性氣體保護焊電弧燃燒穩定，無飛濺，焊后無需除渣，焊縫成型美觀，能實現全位置焊接，是實現單面焊雙面成型的理想焊接方法，焊接電源采用Gold Track VI，機頭采用H型機頭，該電源為電腦編程控制，焊接過程中無需人工干預，實現全自動焊接。

1.4 反應堆冷卻劑泵焊接工藝介紹

反應堆冷卻劑泵為反應堆冷卻劑提供驅動壓力，保證足夠的強迫循環流量通過堆芯，把反應堆產生的熱量送至蒸汽發生器，產生推動汽輪機做功的蒸汽。泵殼外形呈準球狀的不銹鋼鑄件，其出入口接管焊接在一回路系統管道上，采用窄間隙鎢極氬弧自動焊工藝。泵軸承由斯太立合金堆焊的不銹鋼軸頸和石墨環構成的套筒組成。

1.5 堆芯補水箱（CMT）焊接工藝介紹

堆芯補水箱（CMT）的焊接特點：焊縫厚度大，最厚處達244mm；材料種類多，涉及低合金鋼、不銹鋼和鎳基合金鋼等同種和異種金屬之間的焊接；CMT不銹鋼耐蝕堆焊要求多，如不銹鋼堆焊過渡層309需要取樣分析；采用的焊接工藝方法較多，且技術等級較高，如窄間隙埋弧自動焊、帶極埋弧堆焊、手工焊條焊、手工鎢級氬弧焊、自動鎢級氬弧堆焊[3]。

1.6 安注箱焊接工藝介紹

安注箱用于核電堆芯的冷卻，是安全系統中重要的組成部分。安注箱為球形結構，其主要材料為低合金鋼，球內表面覆有一層不銹鋼材料，底部由裙狀底座支撐。安注箱接入系統后，內盛有硼水，硼水被壓縮氮氣覆蓋，以便在必要的情況下快速注入反應堆堆芯，對反應堆堆芯進行充分冷卻，是安全系統中一個重要的組成部分。安注箱基本采用自動焊。通常采用的工藝是先平板拼焊，球冠成型后將焊縫金屬去除，再重新焊接。

1.7 非能動余熱排出熱交換器焊接工藝介紹

非能動余熱排出系統在主泵失效時，可以依靠自然循環由非能動余熱排出交換器堆芯衰變熱帶走。系統簡單且不依賴于交流電源，可將嚴重事故損壞的堆芯保持在壓力容器內，避免放射性釋放，確保核電站安全。非能動余熱排出熱交換器產品制造難點在于：產品結構復雜，材料種類多，涉及到低合金鋼、不銹鋼和鎳基合金等同種和異種金屬之間的焊接，焊接難度大[4]。

1.8 堆內構件焊接工藝介紹

堆內構件焊縫較多，焊接接頭用母材牌號（不銹鋼和鎳基合金）、母材形狀和尺寸（1．5～75mm）、焊接方法、焊接填充材料和保護介質、焊接接頭型式（U、V、雙U、X、J、T、I形）、焊接位置（平、橫、立）和焊接方向、焊接工藝參數以及熱處理制度等存在不同，此外還包括增厚堆焊、硬質合金耐磨堆焊等、焊接方法涉及手工電弧焊、手工TIG焊、埋弧自動焊、熱絲TIG焊、電子束焊、氧乙炔焊、激光焊等。這些決定了堆內構件焊接工藝的復雜性。

2 結語

核電核島廠房的主要設施包含廣泛的內容，產品種類繁多，涉及的主要制造技能除了本文所述的內容外，還包含一些主要技能，隨著核電廠技能的不斷發展，各項主要技能也迅速實現有效發展。主要制造技能也在逐步發展與推進，以提高技能穩定性，提高加工精度，提高檢測靈敏度，提高自動化與智能化。