CAP1400核岛厂房主设备关键焊接技术研究

2019-12-21武妍林磉熙

商品与质量 2019年4期

关键词：封头堆焊堆芯

武妍林磉熙

1．中核检修有限公司三门分公司浙江台州 317109 2．中核检修有限公司海盐分公司浙江嘉兴 314300

目前我国在建的石岛湾核电站采用的是CAP1400核电技术，是以AP1000为设计原型，简化的两回路设计，60年设计寿命。采用的设计制造标准是ASME2007版+2008补遗。技术要求高，制造难度大，多种焊接工艺方法相结合。

1 主设备焊接工艺介绍

1.1 反应堆压力容器制造焊接工艺介绍

核反应堆压力容器主体是由低合金高强度钢锻件组焊而成的高压容器，在产品制造焊接过程中所采用的焊接方法主要包括：带极电渣堆焊（ESW）或带极埋弧堆焊（SAW）、窄间隙埋弧自动焊（NSAW）等。为了防止高温水对容器内壁的腐蚀，在内表面堆焊具有耐腐蚀性能的奥氏体不锈钢，通常采用ESW和SAW，由于核反应堆压力容器的壁厚比较厚，直径比较大，故主环焊缝的组焊通常采用焊接效率高、焊接质量稳定的NSAW[1]。

1.2 蒸汽发生器制造焊接工艺介绍

蒸汽发生器产品制造焊接过程中，采用了手工电弧焊、手工钨级气体保护焊、窄间隙丝极埋弧自动焊、带极埋弧自动焊、自动冷丝、热丝气体保护焊等多种焊接工艺方法，用于产品接头的角焊缝、对接焊、密封焊、堆焊和补焊。产品制造中，窄间隙丝极埋弧自动焊由于其线能量比较低，可使焊缝晶粒细化，热影响区减小，焊接接头综合性能提高，主要用于壳体焊缝焊接；自动热丝钨级气体保护焊由于其熔合比小（稀释率低）、焊缝金属夹杂含量少，焊接质量稳定效率高，主要用于水室封头接管隔离层堆焊以及上封头镍基合金堆焊，自动冷丝钨级气体保护焊由于其焊缝金属夹杂含量少，焊接质量稳定，主要用于水室封头接管安全端对接焊；带极埋弧自动焊由于其焊接效率高、母材稀释率低，主要用于管板和水室封头大面积耐蚀层堆焊。同时，手工电弧焊，埋弧焊不用于全焊透焊缝的根部焊道的焊接，除非进行双面焊接且焊缝根部在清除后进行磁粉检测或液体渗透检测，部件焊后热处理后不使用回火焊道法进行补焊[2]。

1.3 稳压器焊接工艺介绍

稳压器是核电站核岛主设备中I级设备。根据产品结构特点，采用手工焊接较为困难，一是由于手工焊接质量波动大，容易损坏比较昂贵的材料。二是无法实现背面焊缝的保护。因此采用全自动钨极惰性气体保护焊。惰性气体保护焊电弧燃烧稳定，无飞溅，焊后无需除渣，焊缝成型美观，能实现全位置焊接，是实现单面焊双面成型的理想焊接方法，焊接电源采用Gold Track VI，机头采用H型机头，该电源为电脑编程控制，焊接过程中无需人工干预，实现全自动焊接。

1.4 反应堆冷却剂泵焊接工艺介绍

反应堆冷却剂泵为反应堆冷却剂提供驱动压力，保证足够的强迫循环流量通过堆芯，把反应堆产生的热量送至蒸汽发生器，产生推动汽轮机做功的蒸汽。泵壳外形呈准球状的不锈钢铸件，其出入口接管焊接在一回路系统管道上，采用窄间隙钨极氩弧自动焊工艺。泵轴承由斯太立合金堆焊的不锈钢轴颈和石墨环构成的套筒组成。

1.5 堆芯补水箱（CMT）焊接工艺介绍

堆芯补水箱（CMT）的焊接特点：焊缝厚度大，最厚处达244mm；材料种类多，涉及低合金钢、不锈钢和镍基合金钢等同种和异种金属之间的焊接；CMT不锈钢耐蚀堆焊要求多，如不锈钢堆焊过渡层309需要取样分析；采用的焊接工艺方法较多，且技术等级较高，如窄间隙埋弧自动焊、带极埋弧堆焊、手工焊条焊、手工钨级氩弧焊、自动钨级氩弧堆焊[3]。

1.6 安注箱焊接工艺介绍

安注箱用于核电堆芯的冷却，是安全系统中重要的组成部分。安注箱为球形结构，其主要材料为低合金钢，球内表面覆有一层不锈钢材料，底部由裙状底座支撑。安注箱接入系统后，内盛有硼水，硼水被压缩氮气覆盖，以便在必要的情况下快速注入反应堆堆芯，对反应堆堆芯进行充分冷却，是安全系统中一个重要的组成部分。安注箱基本采用自动焊。通常采用的工艺是先平板拼焊，球冠成型后将焊缝金属去除，再重新焊接。

1.7 非能动余热排出热交换器焊接工艺介绍

非能动余热排出系统在主泵失效时，可以依靠自然循环由非能动余热排出交换器堆芯衰变热带走。系统简单且不依赖于交流电源，可将严重事故损坏的堆芯保持在压力容器内，避免放射性释放，确保核电站安全。非能动余热排出热交换器产品制造难点在于：产品结构复杂，材料种类多，涉及到低合金钢、不锈钢和镍基合金等同种和异种金属之间的焊接，焊接难度大[4]。

1.8 堆内构件焊接工艺介绍

堆内构件焊缝较多，焊接接头用母材牌号（不锈钢和镍基合金）、母材形状和尺寸（1．5～75mm）、焊接方法、焊接填充材料和保护介质、焊接接头型式（U、V、双U、X、J、T、I形）、焊接位置（平、横、立）和焊接方向、焊接工艺参数以及热处理制度等存在不同，此外还包括增厚堆焊、硬质合金耐磨堆焊等、焊接方法涉及手工电弧焊、手工TIG焊、埋弧自动焊、热丝TIG焊、电子束焊、氧乙炔焊、激光焊等。这些决定了堆内构件焊接工艺的复杂性。