核电站不锈钢水池覆面薄板焊接变形控制

何云志 贾海涛

【摘要】本文主要阐述了不锈钢薄板采用手工氩弧焊拼接的焊接控制措施，以核电站不锈钢水池为例，对出现的薄板焊接变形问题进行分析总结，提出了针对性的解决方案。

【关键词】核电；不锈钢薄板；焊接变形；控制

1、引言[1]

对于薄板焊接，由于其自身拘束度小，焊接时热量稍大就会严重变形，变形量的大小直接影响工程质量的好坏，不锈钢薄板的拼接焊接更要严格控制线能量的输入和采取行之有效的措施，才能满足标准规范要求。

为了合理控制施工工期，国外某ACP1000堆型核电项目取消了常规的堆腔不锈钢水池“后贴法”施工工艺，创新采用了模块化整体吊装的“先贴法”施工。覆面钢板厚度仅为3mm，且面积较大，加上手工氩弧焊的焊接效率和质量对人为因素依赖性较大，焊接过程中容易因主观因素产生焊接变形和缺陷[2]。故该构件预制过程中，需采取措施，控制焊接变形，提高焊接效率，保证焊缝质量。

该不锈钢水池覆面的焊接变形为施工的核心控制因素，本文将从人员、机具设备、施工工艺和工装等四个方面阐述不锈钢薄板的焊接变形质量控制。

2、工程概况

堆腔不锈钢水池覆面模块为不规则的七边形截面柱状体。依据其结构特点，其模块设计专用的胎膜框架，以满足吊装要求，同时作为外侧墙体砼浇注模板使用。

不锈钢覆面模块由6个子模块、封口钢架和内部支撑钢架组成，每个子模块由不锈钢覆面、内框架支撑模板、外侧固定胎膜三部分组成。

3、施工难点

堆腔不锈钢水池模块化工艺在核电领域的首次应用，存在很多不可预知的施工风险。该模块每面墙的不锈钢覆面需要在车间预先由若干个小块拼焊成一块大覆面模块，即使很小的热输入，也易造成波浪变形和角变形，同时因覆面背后的龙骨角钢较单薄，在焊接作用下，本身也发生变形，因此使得覆面模块的焊接变形控制比较困难。

4、焊接变形控制要点

焊接变形主要从人员（焊工技能）、机具设备（焊接设备、外胎膜）、施工工艺（铺贴、焊接工艺）和工装（刚性固定）四个方面进行控制。对于3mm不锈钢薄板覆面加工制作来说，人员、施工工艺和工装是影响焊接变形的关键因素。

5、焊接变形控制措施

根据设计技术规范要求，覆面板必须安装在由两平行平面所限定的区域内，两平面距施工图规定的理论距离为允许偏差±10mm，局部偏差为在任何方向沿1米长度测量时，不应超过±5mm；在相邻两覆面板的焊缝连接处，两板间的水平坡度不应超过1/20，任何一侧的错位偏差不应超过0.8mm。但当采用有垫板焊接时，两块钢板的错位偏差可忽略不计。为满足要求，需从以下四个方面控制焊接变形。

5.1焊工技能

依据国家核电法规，施焊焊工资格须经过HAF603规定的考试认证，方能上岗。因此制定了专项考试培训计划，要求参与考核的焊工参加至少三个月的培训，通过全部HAF603规定的认证考核。

为保证焊缝质量，焊工均要进行模拟试验件的焊接，焊完后进行无损检测，检测合格的焊工为最终施焊人员。并且做好行技术交底，使其掌握不锈钢薄板的施工要领和相应技术要求。

焊接过程中，对合格率进行实时分析统计，若出现波动，及时查找分析原因，制定相应的解决措施。

5.2施工机具和设备

施工机具设备是影响焊接变形的关键因素，因此对焊接设备、槽钢外胎膜等方面进行要求，保证不锈钢覆面的加工制作质量。

对于焊接设备，定期对焊接电源检验标定，保证电流输出精度；正式施焊前，检查焊接附属构件是否完好，工作是否顺畅，及时更换损坏的零件、修复故障。

根据背肋角钢的定位，制作用于固定不锈钢覆面、使其能保持刚性平面的槽钢外胎膜，必须保证胎膜的平整度和尺寸精度。槽钢采用背靠背方式布置，没有背肋角钢的位置采用单槽钢。

5.3施工工艺

施工工艺是影响不锈钢薄板焊接变形的核心要素，通过总结以往施工经验和大量的焊接试验，从不锈钢覆面铺贴和焊接工艺两方面进行控制，减小焊接变形量。

5.3.1 不锈钢覆面铺贴

根据设计文件和标准规范要求，在槽钢外胎膜上定位放线，将背肋角钢依次铺贴在胎膜上，完成后进行垂直度和水平度检查。

背肋角钢铺贴时先点焊固定，整体拼接完成后，整体平整度及几何尺寸检查合格，再进行角钢焊接。

背肋角钢铺贴完后，根据图纸要求在槽钢外胎膜上确定边缘覆面板的边线位置，然后进行背肋角钢上不锈钢覆面的铺贴。铺贴完成后及时固定，搭接在背肋角钢位置的覆面点焊固定，在覆面板上施加配重块压实，搭接在边缘处不锈钢条上的覆面用不锈钢角钢压合固定，保证整块覆面形成闭合区域。

5.3.2不锈钢覆面的焊接工艺[2]

焊接变形的原因是局部加热不均所引起的，因此控制措施主要是减少焊接热量和使受热尽量均匀。

对接焊缝进行打底焊时采取对称施工，有5条焊缝，需要5名焊工，先打底长焊缝，从焊缝中部向上打底，完毕后从中部向下打底，进度不可相差过大。完毕后，再进行横焊缝的打底焊。

打底焊完毕后，按照打底时顺序进行填充、盖面。注意在十字接头处连续施焊，避免停弧。每层焊道的接头避免在同一处，至少错开15mm。在施焊过程中，可采用适宜的方法加快焊接热量的散出。焊完后，在背面增加角钢背肋，减少波浪变形。

选用不同的工艺参数进行工艺试验，对每组焊缝外观成型和焊接变形量比较，最终确定手工氩弧焊电流参数，多人同步对称焊接，每人焊接采用小分段分步退焊的方式，用于对接缝焊接。

对上述确定的工艺参数和焊接方式，根据工艺评定标准和技术规范要求进行焊接工艺评定试验，试验结果完全满足设计和规范要求。

5.4施工工装

为减小焊接变形，要从合理布置焊接工装进行控制。工装作为控制减小焊接变形的有效手段，根据施工情况合理选用，增加覆面的约束，减小焊接变形。

防止焊接變形的固定工装主要包括：一是通过每个子模块的桁架內支撑钢模与槽钢外胎膜的连接固定，减小薄板变形，确保砼浇注后满足平整度要求；二是不锈钢覆面采用螺栓固定卡锁紧在内支撑钢模上；三是在内支撑钢模上固定完成后，将槽钢外胎膜移除，然后观察裸露的不锈钢覆面的平整度，对局部不满足平整度要求的增加适当的背肋角钢。防变形工装可有效减少焊接产生的波浪变形，提高构件焊接质量，加快施工进度。

结论：

通过工程实践，该核电站堆腔不锈钢水池覆面的薄板焊接变形得到有效控制，混凝土浇注后的不锈钢覆面的平整度，满足设计规范和标准要求。

参考文献：

[1]刘瑞欣，薄板焊接变形的控制[J].城市建设理论研究：电子版，2013（15）.

[2]王锋，张嘉顺，减少不锈钢薄板焊接变形的方法[J].科技致富向导，2014（15）.

[3]王长生，薛小怀，薄板焊接变形的影响因素及控制[J].焊接技术，2005，34（4）：66-68.