核电设备硼酸注入箱人孔与筒体焊接结构优化

林黎锋

（西安核设备有限公司，陕西 西安 710021）

核电设备硼酸注入箱人孔与筒体焊接结构优化

林黎锋

（西安核设备有限公司，陕西 西安 710021）

介绍硼酸注入箱人孔焊缝的结构和其制造工艺过程。图纸要求人孔外圆和筒体的坡口夹角为20°，形成的焊缝为20°的区间。制造中遇到两种情况，一种情况是人孔外圆开5°坡口和筒体开15°坡口，另一种情况是人孔外圆直坡口和筒体开20°坡口。制造中采用立车代替镗床进行加工坡口，立车进行加工采用移动工件形成偏心距，加工中筒体的坡口是一边一边逐步加工。针对筒体的15°坡口和20°坡口，在立车进行加工时的偏心距计算方法，形成的焊缝15°坡口人孔外径与筒体开孔坡口的焊接间隙是从最小12 mm到最大20 mm变化的，20°坡口人孔外径与筒体开孔坡口的焊接间隙是从最小12 mm到最大18 mm变化的。人孔外径与筒体开孔坡口大间隙组对焊接中采用工装定位，提出焊接中应注意的问题，为此类产品的加工提供借鉴。

硼酸注入箱人孔；筒体；焊接结构；优化

硼注箱主要功能是在事故工况下（失水事故或主蒸汽管道破裂），用高压安注泵将高浓度的硼酸溶液注入反应堆堆芯。其质保等级为Q1，设备安全等级2，规范等级RCC-M 2。硼注箱为一个圆柱形的直立容器。主要由容器本体、加热器、地角螺栓等部分组成。圆筒采用两个半压型焊接制成，两端两个球形封头，容器筒体上有一个人孔，容器母材为碳钢，内表面堆焊奥氏体不锈钢（见图1）。

1 人孔+筒体坡口制作

1.1 人孔与筒体对接处坡口的尺寸

在管口C人孔与筒体对接处的A6焊缝，由于厚度达121 mm，采用垫板将人孔和筒体连接，采用手弧焊进行焊接。对于其坡口形式及尺寸，进行了对比。

1.1.1 人孔开5°坡口和筒体开15°坡口

人孔与筒体对接的相贯线部分，加长了一段使其与筒体厚度基本一致，实际上是一个圆锥体与（筒体直径一样）圆柱体相贯，产生了长轴890 mm，短轴857 mm（见图2）。

人孔外形的加工工序流程为：车外形含下面锥体—划线—镗相贯线（含下部R611和背部R）。

筒体开孔时，先加工一个与人孔对接处锥孔一致的最小直径φ858 mm的内锥孔。加工好锥孔后，再倒坡口。15°坡口为沿着锥孔的一周坡口。在图2的左边，15°坡口与人孔的间隙最小处为17 mm，其沿着R611弧线方向间隙20 mm。在图2的右边，15°坡口与人孔的间隙最小处为12 mm，其沿着R611弧线方向间隙12 mm。也就是说，人孔外径与筒体开孔的焊接间隙是从最小12 mm到最大20 mm变化的。经过计算见图3最高点与最低点的15°坡口相差偏心距90 mm。采用立车利用移动筒体四次来实现这偏心距90 mm处的坡口加工。

筒体C5250立车开孔时的加工工序流程：

工步1：按找正线找正水平位置，按开孔线找正孔中心，车锥孔倒15°坡口。

工步2：向一侧移动筒体45 mm，按找正线找正水平位置，按孔校核移动距离45 mm，倒15°坡口。

工步3：继续移动筒体45 mm，按找正线找正水平位置，按孔校核移动距离 90 mm，倒15°坡口。

工步4：向另一侧移动筒体90 mm+45 mm，按找正线找正水平位置，按孔校核移动距离45 mm，倒15°坡口。

工步5：继续移动筒体45 mm，按找正线找正水平位置，按孔校核移动距离90 mm，倒15°坡口。

在加工筒体的坡口时，由于筒体先加工了内锥体，其与人孔之间间隙不好掌握，很难加工。1.1.2 人孔直坡口和筒体开20°坡口

人孔与筒体对接的相贯线部分，加长了一段使其与筒体厚度一致，实际上是一个圆柱体与圆柱体（筒体直径一样）相贯（见图4）。

人孔外形的加工工序流程为：车外形和下面直径—划线—镗相贯线（含下部R611和背部R）。

筒体开孔时，为了便于加工、测量，将开孔直径定位φ914 mm直孔，20°坡口为沿着φ914 mm直孔的一周坡口。在图3的左边，20°坡口与人孔的间隙最小处为16 mm，其沿着R611弧线方向间隙18 mm。在图3的右边，20°坡口与人孔的间隙最小处为12 mm，其沿着R611弧线方向间隙12 mm。也就是说，人孔φ890 mm外径与筒体φ914 mm孔的焊接间隙是从最小12 mm到最大18 mm变化的。

φ914 mm孔的加工采用C5250立车加工，见图5。经过计算见图6最高点与最低点的20°坡口相差偏心距122 mm。采用立车利用移动筒体四次来实现这偏心距122 mm处的坡口加工。

筒体开孔加工流程为：

工步1：按找正线找正水平位置，按φ914 mm孔线找正孔中心，车φ914 mm通孔倒20°坡口（最高点处）。

工步2：向与筒体轴线垂直一侧移动筒体61 mm，按找正线找正水平位置，按φ914 mm孔壁校核移动偏心的距离61 mm，倒20°坡口。

工步3：继续移动筒体61 mm，按找正线找正水平位置，按φ914 mm孔壁校核移动偏心的距离122 mm，倒20°坡口。

工步4：向与筒体轴线垂直另一侧移动筒体122 mm+61 mm，按找正线找正水平位置，按孔壁校核移动偏心的距离61 mm，倒20°坡口。

工步5：继续移动筒体61 mm，按找正线找正水平位置，按φ914 mm孔壁校核移动偏心的距离122 mm，倒20°坡口。

1.1.3 比较

在人孔与筒体组对焊接中，用工装从螺孔定位，用20 MnHR垫板将人孔和筒体连接。焊接材料为16 MnHD+20 MnHR,焊接采用手弧焊，焊接位置平焊，焊条J507NiHR在350～400 ℃情况下烘干2 h，直流反接Ⅰφ4=140～180 A, 直流反接Ⅰφ5=180～220 A,焊前需要预热≥100 ℃，层间温度控制在100～200 ℃，焊后立即消氢处理400 ℃±20 ℃，部件还应进行消应力热处理4 h。焊后无损检测MT+UT+RT.焊接熔池不能过大或过小，焊接熔池过大焊接工作量就增大，同时也容易引起人孔变形；焊接熔池过小，容易引起夹渣、气孔、未融合等缺陷（实焊焊缝见图7）。

2 结论

根据已经制造多台硼酸注入箱的经验，认为人孔加工直外圆和筒体开20 °坡口在实际加工中结构更合理。首先，人孔加工比较容易，由于φ890 mm直边存在，装夹找正容易实现。其次，筒体开孔φ913 mm在加工中可以直观测量，易加工。

Nuclear Power Equipment Boric Acid Injecting Box Manhole and Cylinder Welded Structure Optimization

LIN Li-feng
(Xi'an Nuclear Equipment Co.，Ltd.，CNNC, Xi'an of Shannxi Prov. 710021，China)

The paper introduces the structure and manufacture process for the welding seam of the manhole in boric acid injection tank. The manhole cylindrical and the cylinder bevel's angel is 20°and the formation of the weld seam is 20°. In general, two possibilities occur in the manufacture process, one case is manhole open 5°bevel and the cylinder open 15° bevel. Another case is the manhole with straight bevel and the cylinder open at 20°bevel. Vertical lathe instead of boring machine is used for processing bevel. By moving the workpiece, eccentricity is formed. The cylinder bevel is gradually manufactured from side to side. Considering the cylinder 15°bevel and 20°bevel, the method of calculating the eccentricity in the vertical lathe processing is a critical issue. The shape of weld seam should also be noticed in welding. This article provides reference for the processing of such kinds of product.

manhole of boric acid injection tank；cylinder；welded structure；optimization

TL38 Article character：A Article ID：1674-1617(2012)01-0058-05

TL38

A

1674-1617(2012)01-0058-05

2011-10-29

林黎锋（1975—），男，陕西三原人，工程师，从事机械制造方面工作。