核電站常規島主蒸汽管道焊接施工管理

摘? 要：AP1000核電站主蒸汽管線是連接蒸汽發生器與汽輪機的主干線，分為3個部分：核島內的主蒸汽管道、超級管道、常規島內的主蒸汽管道。核島主蒸汽隔離閥之后的超級管道為核三級管道;質保級別為QA1;超級管道末端為一段約3800mm長的直管段，材質為ASME A335-P11、規格為965×44.2mm，與常規島主蒸汽管道的大小頭進行焊接連接。常規島主蒸汽管道不執行核安全功能，屬于非核級管道;質保等級為常規島質保等級的最高級QR1級，執行GB/T 19001-2008標準。

關鍵詞：主蒸汽管道? 焊接? 熱處理? 無損檢測

中圖分類號：G252? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（b）-0128-03

Abstract： AP1000 main steam pipeline of nuclear power plant is the main line connecting steam generator and steam turbine， which is divided into three parts： main steam pipeline in nuclear island， super pipeline and main steam pipeline in conventional island. The super pipe after the main steam isolation valve of nuclear island is the nuclear three-stage pipeline; the quality assurance grade is QA1; the end of the super pipe is a section of about 3800 mm long straight pipe section， the material is ASME A335-P11， specification is 965×44.2 mm， welding connection with the size head of the conventional island main steam pipe. Conventional island main steam pipeline does not perform nuclear safety function， belongs to non-nuclear class pipeline;? The insurance grade is the highest level of the regular island quality assurance grade QR1， the implementation GB/T 19001-2008 standard.

Key Words： Main steam piping; Welding; Heat treatment; Non-destructive testing

1? 常規島主蒸汽管道現場焊接過程控制

常規島主蒸汽管道通往汽輪機高壓缸、汽水分離再熱器、凝汽器共有32條管線，分為174個管段，其中現場焊接位置有2G、5GT與6GT、焊口數量有203道，采用拋線施工優先安裝。

2? 焊接工藝評定管理

根據焊接工藝評定是指在新產品、新材料投產前，為制定焊接工藝規程，通過對焊接方法、焊接材料、焊接參數等進行選擇和調整的一系列工藝性試驗，以確定獲得標準規定焊接質量的正確工藝[1]。

在企業具有同一標準體系核電項目的焊接施工管理經驗之后，對焊接工藝評定可以進行轉移。焊接工藝評定轉移是在符合焊接技術規格書和圖紙要求的情況下，焊接工藝評定由承包商的一個車間或現場轉移到另一個車間或現場的活動[2]。焊接工藝評定的轉移必須是同一企業，同一個質保體系內。

3? 焊工資格管理

焊接人員資格考核作為一項職業資格行政許可，要充分發揮資格許可的杠桿作用，立足資格管理的基本定位，以考核推動焊接人員技能水平和核安全文化素養的提高。企業作為焊接人員管理的責任主體，承擔焊接人員選拔、培養、使用和管理的主體責任，具體負責與產品需求相適應的技能評定和崗位授權，確保焊接人員技能滿足產品焊接工作的需要[3]。在核電常規島項目管理中，焊接施工不允許外包的范圍包括主蒸汽、熱再熱蒸汽、凝結水、疏水、主給水管道。

4? 焊接材料管理

采購管理。根據相應的國家標準、ASME標準，以及技術規范編制焊接材料的采購技術說明書，由合格供應商按要求進行提供。

現場驗收。正式工程用焊接材料的質保等級QR1級，進入施工現場的設備、管道、風管及其支架的焊接材料，按采購技術說明書的要求進行現場驗收與復驗。

5? 焊接設備管理

焊接設備（Welding Equipment）實現焊接工藝所需要的裝備，包括焊機、焊接工藝裝備和焊接輔助器具。

焊接電纜的長度通常不宜超過30m。當焊接電纜長度小于20m時，焊接電纜截面積以4-10A/mm2進行計算選擇為宜[4]。

焊接線能量（Weld Heat Input）的選擇不僅與焊接電流的大小有關，更重要的是有利于焊接操作。

6? 焊接作業重點

常規島主蒸汽管道焊接作業的難點在于與超級管道之間對接焊縫的焊接，確保熔敷金屬的沖擊韌性符合要求。焊接工藝為焊前預熱，鎢極氬弧焊打底填充至少5mm，焊接完成后進行焊后熱處理。

6.1 坡口制作

超級管道為雙U型復合坡口，有長度為0.5mm的平臺與半徑為1.6mm的圓弧，為了達到達到加工精度要求，常規島主蒸汽管道為雙V型復合坡口（見圖1）。

6.2 坡口組對

為避免在母材原始表面進行引弧定位焊，可以采用直徑為Φ40mm的點固棒，將管道坡口分為四等分進行組對定位焊接。

6.3 焊接材料的選擇

超級管道材質為ASME A335-P11，焊接尺寸為Φ965×44.2mm;P4類鋼，公稱成分1.25Cr-0.5Mo-Si。在DL/T1117-2009中屬于P1類。

常規島主蒸汽管道材質為ASME A106B，焊接尺寸為Φ965×44.2mm;P1類鋼，公稱成分為C-Mn-Si。在DL/T1117-2009中屬于F1類。

按照ASME QW-424工藝評定試件對母材的要求，同一類別鋼的焊接工藝評定可以用于相同類別鋼的焊接，即按照ASME的規定，超級管道的焊接工藝評定可以直接用于超級管道與常規島主蒸汽管道的焊接。而常規島主蒸汽管道的焊接工藝評定不可以直接用于超級管道與常規島主蒸汽管道的焊接[5]。同時按照DL/T1117-2009工藝評定母材由不同類別鋼材組成的焊接接頭需進行組合評定。

6.4 熱處理工藝

6.4.1 預熱溫度的確定

美國金屬學會提出的計算預熱溫度的碳當量CE經驗公式，當CE<0.45%時，可不預熱;當CE在0.45～0.60%之間時，預熱100℃～200℃;當CE>0.60%時，預熱200℃～370℃。

CE=C+Mn/6+Ni/15+（Mo+Cr）/4+Cu/13（%）

根據焊口兩側母材的化學成分（見表1）進行計算，CEA106B=0.448、CEA335P11=0.655，則焊接前預熱溫度范圍為200℃～370℃。

6.4.2 焊后熱處理規范的確定

焊后熱處理的恒溫溫度不超過鋼材的原來的回火溫度（最高710℃），具體的溫度由鋼材在不同溫度下的屈服強度確定與焊接應力大小確定[7]。當溫度在600℃～650℃范圍內時，發生塑性變形，應力得以消除或降低。

7? 焊接施工的難點

7.1 焊接收縮量控制

在主蒸汽管道焊接過程中，熔敷金屬與母材熱影響區的膨脹與收縮，在焊接工藝評定、以往施工經驗確定焊接收縮量，或按管段順序施工，待上道焊口自由收縮定位后，進行下道焊口的坡口尺寸加工。

焊接收縮量隨坡口組對間隙、坡口角度、拘束程度的增大而增加，隨著焊條直徑的增加而減少;焊接收縮量通常在0.3mm左右[8]。

7.2 接管焊接

主蒸汽管道上的積液罐是在主蒸汽管道上開孔，采用馬鞍形坡口進行現場組對焊接。主蒸汽管道（Φ1067×54mm）接管管線的疏水罐材質為20（控Cr）、規格為Φ285×49mm的焊口，在現場四周為鋼結構的條件下，進行仰焊位置的焊接，容易產生未焊透、未熔合等焊接缺陷。

采取措施如下：

（1）坡口加工與組對。

接管的馬鞍形坡口加工時，坡口角度在40°～50°范圍內逐漸變化，使母管表面與接管坡口加工面之間的夾角保持在50°左右。母材表面進行打磨，去除對焊接質量有害的雜質。組對間隙為0～4mm。

（2）焊接過程控制。

母管待焊表面呈圓弧形，焊接操作時避免電弧保護罩在上部破裂，產生氣孔、夾渣和側壁未熔合等焊接缺欠。優先排列仰焊位置的焊道;在母管直徑周向兩側的焊道，對稱同時施焊。道間溫度接近預熱溫度后，再進行下一焊道的焊接，最終焊縫成略微凸起的飽滿形態。

7.3 異種鋼焊接管理

主蒸汽管線中，各有一個不銹鋼孔板流量計，在主蒸汽管道吹掃工作完成后進行異種鋼對接焊。異種鋼焊接規格為φ219.1×12.7mm，焊接位置為5GT，焊材為異種鋼焊絲ER309L與異種鋼焊條E309L;異種鋼接頭焊接焊縫內面充氬保護;熔敷金屬厚度超過5mm后才允許背面停止充氬。異種鋼打底焊接時，從碳鋼一側起弧;多層多道焊接時，優先焊接碳鋼一側的焊道，控制減少不銹鋼側的溫度在敏化溫度帶停留的時間;相鄰焊道的接頭相互錯開15～20mm。

7.4 困難位置

主蒸汽管道與主汽閥接管之間的焊縫，在混凝土構筑物墻體側下方約200mm，離7.5m層樓板面約5.3m。高空焊接作業時，采用腳手架搭設焊接操作平臺，利于焊工進行操作。

8? 結語

AP1000常規島主蒸汽管道采用拋線施工法，使管道在安裝過程中處于自由低應力狀態，對焊接過程控制嚴格，有針對性地處理現場施工中的難點與重點，同時區別對待不同工況下焊接接頭的熱處理工藝，達到母材與熔敷金屬的最佳使用狀態。

參考文獻

[1] 韓政.基于PDCA循環的H核電站除鹽水系統調試質量控制研究[D].濟南：山東大學，2020.

[2] 唐識.總承包模式下的核電工程焊接工藝評定轉移管理[J].電焊機，2016，46（4）：92-97.

[3] 吳東球，王紹國.我國核電焊接人員評定標準[J].電焊機，2019，49（8）：123-126，134.

[4] 陶新磊，楊曉巳，梁振新.ASME標準核級設備用焊接材料驗收沖擊試驗要求探討[J].電焊機，2020，50（5）：128-132，139-140.

[5] 楊青云，吳勇，李學華，等.AP1000型核電站主管道焊接過程控制研究[J].焊接技術，2016，45（9）：17-23.

[6] 馬小明，賈明輝.蒸汽發生器管子管板內角環焊殘余應力數值模擬研究[J].機械制造，2020，58（5）：51-55.

[7] 張大船.加氫裝置碳鋼管道焊后熱處理分析[J].山東化工，2016，46（11）：108-110，112.

[8] 閆燦燦，李竹淵，孫秋陽，吳曄華. 核電站主管道焊接變形量控制研究.核能行業焊接技術經驗交流會論文集.2019：38-40.