核电站施工中重要焊接技术和要求

核电站施工中重要焊接技术和要求

内容摘要：本文介绍了AP1000、CPR1000核电施工现场较重要的焊接技术和要求，包括主管道和波动管焊接、堆芯仪表管焊接、控制棒驱动机构密封焊等，同时也介绍了土建、常规岛和BOP重要的焊接项目。

概述

核岛主设备内主要介质为放射性核物质，其设备制造和安装焊接质量对防止核电厂泄漏造成核物质放射性污染具有特殊性，同时也关系到这些主设备在核安全状态下稳定运行的可靠性和重要性。

1、民用核安全设备焊接特殊性

核岛主设备通常包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道等反应堆冷却剂系统设备，也是核电厂第二道安全屏障的组成部分。核岛主设备的制造和安装焊接质量，直接影响反应堆冷却剂系统的完整性，焊缝又是一回路的压力边界，一旦泄漏将会使大量放射性物质向安全壳泄漏。

反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道等核岛主设备，由于长期处于高温、高压和强辐照环境下运行，要求其制造用原材料包括焊接材料具有较高的塑性和韧性，以及良好的焊接性和抗辐照、耐蚀等性能。同时由于其焊接壁厚较大，焊接工艺较为复杂，通常焊前需要预热，焊后需要热处理，以避免冷裂纹等焊接缺陷的产生。单条焊缝焊接工作量大，要求焊工在操作过程中严格执行焊接工艺规程，尤其是采用机械化焊接时，要克服麻痹思想，认真操作，加强自检，直至焊接完成。

控制棒驱动机构的耐压壳和热电偶法兰的焊接质量直接影响反应堆调节系统的运行状态。当调节系统失灵时，有可能危及堆芯的安全。

安全壳是核电厂的第三道安全屏障。一旦发生一回路管道破裂，也能将大量

核放射性物质封住。钢制安全壳和安全壳钢衬里安装焊缝质量要求较为严格，通常要进行泄漏检验。

2、民用核安全设备焊接重要性

核岛主设备通常采用焊接结构，焊接接头与其结构中的母材相比加工条件相差较大，虽然现代焊接技术已使焊接接头的性能接近母材的性能，但其制作仍需要合格的焊接工艺评定才能实现,其焊接质量仍取决于操作焊工的技术水平和工艺过程的控制，因此焊接接头在其结构中属于薄弱环节。

焊接接头质量的性能关系到这些关键设备在核安全状态下稳定运行的可靠性。如果因焊缝破裂发生失水或堆芯损坏事故,会使整个核岛报废,由于核污染的因素,考虑将其修复的可能性极小。因此承担核岛主设备的特殊焊接技术项目的焊工和焊接操作工应树立质量第一的思想观念并严格遵守操作规程。

3、民用核安全设备的施工重要焊接技术

民用核安全设备安装中的重要焊接技术

在核电厂核岛安装期间，被列为重要焊接技术的项目主要包括：主管道和波动管道焊接、堆芯仪表焊接、控制棒驱动机构的耐压壳和热电偶法兰焊接、安全壳钢衬里焊接、各种贯穿件和牛腿的焊接技术等。

2 主管道和波动管焊接

2.1 总体介绍

岭澳二期工程为两台装机容量为100万千瓦级的压水堆核电机组。以岭澳一期1#、2#机组作为参考电站，由第二研究设计院总承包设计。EM2主回路系统包括：反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主回路管道、堆内构件、堆芯仪表、核燃料系统等设备。主回路系统以反应堆压力容器为中心，由三个并联的环路组成，每一环路包括一台蒸汽发生器和一台主泵，通过主回路管道与反应堆压力容器相连接，稳压器通过波动管与一环路热段连接。

主管道全部采用奥氏体不锈钢材料离心和静态铸造而成，以满足耐腐蚀和工作条件要求（国产）。主管道不装设专门的支撑，但设置有限制器，以防在发生假想管道断裂时限制管道的甩动。波动管连接稳压器和主管道，当主回路内工作压力出现异常变化时，稳压器接收到外部指令后启动而升降压力，通过波动管将调节的压力传递给主回路，从而平衡主回路使之正常工作。

岭澳二期核电站主管道每条环路现场安装焊口8道，3条环路共有24道现场安装焊口。每条环路由冷段、热段和过渡段组成：

—热段连接反应堆压力容器和蒸汽发生器；

—冷段连接反应堆压力容器和主泵泵壳；

—过渡段连接蒸汽发生器和主泵泵壳。

在蒸汽发生器和主泵房间的8920mm标高处安装热段和冷段，在蒸汽发生器和主泵设备房间的6010mm标高处安装过渡段。压力容器、蒸汽发生器、主泵泵壳通过热段、冷段和过渡段连接，形成闭合环路。

每台机组共有1条波动管线连接着主管道的热段和稳压器，波动管由一环路的热段连接至稳压器底部。其主要作用是调节一回路的压力波动和汽水容积比.波动管由4条管段，7道现场安装焊口（包括两道水压试验临时焊口）组成。

图4-1 主回路管道现场焊缝布置图

2.2 主管道管段和波动管管段主要技术参数

表4-1 主管道管段和波动管管段技术参数表

主管道和波动管焊接接头技术参数表

表4-2 主管道和波动管焊接接头技术参数表

主管道焊接产品见证件和波动管焊接产品见证件均为4道焊口，主管道和波动管的产品见证件的技术参数表见下表。

表4-3 主管道和波动管的产品见证件的技术参数表

图4-2 主管道和波动管坡口示意图

2.3 焊工考试

主管道和波动管均为大直径、大厚度的超低碳不锈钢管道。主管道每一环路有8道现场焊口，三条环路共计24道现场焊口。波动管有6道现场焊口，另有2道用于水压试验的临时封堵焊口，共计8道现场焊口。

岭澳二期主管道焊接培训焊工26名，基本满足了主管道及波动管施工的需要。主管道每道焊口焊接时间约为27—45天，由两名焊工同时对称施焊。焊接过程中，每两名焊工配备一名打磨工，专门负责焊缝清理及打磨工作。

主管道焊工考试用试件规格为φ273×22的不锈钢管，焊接位置为6GT，用于考试试件的坡口型式见下图。

图4-3 焊工考试坡口示意图

主管道焊接是核岛安装过程中的关键环节，具有工序流程逻辑性强、工期紧张、焊接工作量大、焊接应力及变形控制要求高等特点，对施工人员特别是焊工的技能水平提出了非常高的要求。岭澳二期主管道焊接工期已在岭澳一期焊接工期的基础上压缩了0.5个月，即由6.5个月压缩至6个月。

2.4 先决条件

2.4.1 人员资格

—操作者必须具备相应资格，并有能力承担相应的波动管和主管道吊装、调整、焊接和检查操作；

—检查人员和无损检验人员具备相应的资格。

2.4.2 设备及工机具

—安装、焊接、无损检验用设备、工机具运行使用状态良好，有计量要求的仪器仪表、工具应标定合格且在有效期内使用；

—焊接设备选用逆变式直流焊机，适用于氩弧焊和电弧焊。

2.4.3 材料

—母材经入场验收合格，包括：质量证明文件齐全；管段标识符合设计图纸要求；坡口尺寸符合设计图纸要求；

—焊接材料检验合格，包括：质量证明文件齐全；检验项目满足要求；复验合格；

—焊条在使用前按烘干指示书要求烘干。

人力、设备、专用工机具和消耗品，见附件A。

2.4.4 技术条件

（1）安装部件的初始条件

—主管道的引入和安装；

—所有管段进行目检和清洁度检查；

—待焊接的管口进行目视检查、清洁度检查和液体渗透检查( 反应堆压力容器、蒸汽发生器、反应堆冷却剂泵泵壳和稳压器)。

（2）房间和区域的初始条件

—待焊的主回路设备（反应堆压力容器、蒸汽发生器、反应堆冷却剂泵泵壳

和稳压器）具备可用条件，标高和水平度已调整完成；

—反应堆冷却剂管道阻尼器、热段和过渡段防甩限位器、反应堆堆腔贯穿件经检验合格，具备使用条件；

—制作专用的氩气密闭室，用于主回路管道焊口的焊接背面保护；

—在稳压器、蒸汽发生器和压力容器管嘴上的相应部位安装异种钢接头保护板；

—在主泵泵壳和蒸汽发生器垂直支撑上安装调整拉杆，并固定到墙上的锚固板上，以便蒸汽发生器和主泵泵壳能在水平方向上移动；

—蒸汽发生器的侧导向是为了限制热段在水平的方向上移动。

2.5 技术文件

适用的技术文件包括工作程序、质量计划和焊接数据包具体如下：

1、主管道和波动管的标识

2、主回路管道的运输和安装工作程序

3、主管道和波动管焊接数据包

4、焊缝坡口和焊缝的尺寸和外观检查

5、液体渗透检验操作程序

6、主回路和波动管的射线检验程序

7、主回路管道和波动管道焊接接头目录

2.6 环境条件

—建立施工现场清洁区，有专人负责清洁区的清洁工作；

—安装施工区域应无土建交叉作业；

—安装现场具有通风除尘设施；

—现场使用的设备工机具、工装材料应摆放有序，做到文明施工。

2.7 施焊顺序和作业流程

2.7.1 施焊顺序

（1）主管道施焊顺序

主回路管道的每一环路的焊接顺序为：

40o弯头→热段、冷段→过渡段。

（2）波动管施焊顺序

波动管焊接顺序为：

波动管焊接顺序为C→D→B→（临时焊口A）→（临时焊口E）→水压试验→E →A；

主泵

压力容器

蒸发器 40°弯头

主泵

蒸发器

冷段

热段

顺序3

顺序2

焊口U6 顺序5

顺序1

顺序4

过渡段

焊口U2

焊口U4

焊口C4

焊口C1

焊口F1

焊口F4

873/736.6/69

828/698.5/66

976/796/90

939.4787.4/71-76

976/787.5/97-98

873/69

976/95.7

832.5/67

861.9/81.7

976/95.7

939.4/76

939.4/76

967.4/90

母材材质：Z2CND18.12N/Z3CN20.09M

A ：10500+-17

C ：11327+-20

B ：5749+-10

图4-4 主管道现场焊缝焊接顺序示意图

2.7.2 作业流程

（1）主管道焊接作业流程

（2）波动管焊接作业流程

详细说明

2.8.1 主管道的安装、焊接要求

（1）组对前的检查

组对前执行下列检查：

—坡口的目视和尺寸检查；

—坡口的清洁度检查；

—坡口的液体渗透检查。

（2）组对和点焊

1）蒸汽发生器和反应堆冷却剂泵泵壳的调整

—调整垂直支撑与墙连接的拉杆，用于移动蒸汽发生器和反应堆冷却剂泵泵壳；

—蒸汽发生器或反应堆冷却剂泵泵壳在调整和组对之前，检查垂直支撑锁紧螺钉是否松动、蒸汽发生器前部和侧面的限位器是否缩回、滑动垫片是否在正确的位置等。

2）管段就位

管段就位，管段坡口与设备管口组对。

检查内容：

—管线沿着其中心线定位；

—焊口是否内错超差。

3）组对电焊

考虑管段焊接过程中的收缩，在焊接起始点相对的直径方向预留1~4mm间隙，此间隙与管线相对方向焊接收缩量的偏差相等。

（3）组对及点焊后的检查

—检查根部间隙是否在1~4mm之间；

—坡口的目视和尺寸检查；

—检查管口内错边≤0.5mm。

（4）焊接

—当焊接第一个焊口时，监测管道的移动以保证焊口根部间隙在公差范围内；

—焊接期间使用支撑工具支撑管段，通过使用管段支撑工具跟踪焊缝收缩量；

—使用合适的工具，通过设备的移动跟踪焊缝的收缩量；

—焊缝填充厚度达到50％之后，焊接顺序可以按实际需要调整；

—焊接过程中，确保设备中心线保持在给定的冷态位置中心的公差范围内。

（5）焊接过程中反应堆冷却剂泵泵壳的检查

—冷段、过渡段与反应堆冷却剂泵泵壳焊接时，确保水力部件配合面的标高N以及通过调整垫铁维持在公差范围之内。见附录H插图3和4。

（6）焊接过程中的检查

—焊缝目检及尺寸检查；

—根部、50%及100%时，焊缝的液体渗透检查；

—填充约15mm、50%及100%时，焊缝的射线检查；

—在每个焊口焊接到15mm、50％和100％时分别进行收缩量测量，该测量适用于反应堆冷却剂系统的所有焊缝。

（7）100％填充后的检查

—焊缝的目检和尺寸检查；

—焊缝的内、外表面进行液体渗透检查；

—射线检查。

2.8.2 主管道焊缝打磨

—使用不锈钢砂轮片，先用粗砂轮打磨，随后用细砂轮打磨；

—焊缝表面应打磨与母材相平，且与母材平滑过渡；

—打磨过程中避免局部过热；

—打磨后不允许有任何尖锐的边缘、沟槽或咬边；

—打磨后必须保证要求的最小厚度，必要时用测量仪器或厚度测量装置进行检查；

—必要时，消除打磨痕迹，使用颗粒大小适中的磨料进行抛光；

—必要时，可用表面粗糙度对比试块检查表面光洁度。

2.8.3 主管道焊缝标识

现场焊缝标识。

2.8.4 主管道产品见证件

按安装焊缝的要求现场制作产品见证件。

2.9 安装完工检查

—核查回路几何尺寸和报告数据，见附录D插图3和插图4。

检查反应堆冷却剂泵泵壳侧（N）的水力部件安装面的水平和标高，并调整垫片下的间隙，见附录D插图1和插图2。

—检查波动管的倾斜度；

—检查反应堆冷却剂管道的内部清洁度；

—检查稳压器、蒸汽发生器端部的异种钢接头的保护；—确认所有已焊接区域的管道已连接；

—检查所有标记；

2.10 附录清单

附录A：人力、设备和消耗品

附录B：验收标准

附录C：检查报告

附录D：插图1~插图4

附录A：人力，设备，专用工机具和消耗品

人力

1 人员

—施工队队长

—钳工

—焊工

—无损检查人员

—安装/焊接工程师

—质量工程师

—安全工程师

2 工具

—3~6吨手拉葫芦

—1.5~3吨手动绞盘

—2~3吨电动绞盘

—吊钩和吊索

—螺栓起拔器和千斤顶

—木质垫片

—支撑块

—吊耳

—脚手架

—成套的氩电联合焊机

下列设备应可用

龙门吊车：

—2.6m宽的道轨

—+20M平台上的运输小车

—环吊

消耗品

—所有的消耗品都应满足RCC-M（2000版＋2002补遗）的要求。清洁物丙酮或类似物。

液体渗透显像剂、渗透剂、清洗剂等

填充材料

—不锈钢焊丝OKTigrod316L，φ1.6mm，符合RCC-M2000的要求；

—药皮焊条OK63.25N，φ3.2/φ4.0，符合RCC-M2000的要求。

3 专用工机具

附录B：验收标准

—反应堆冷却管道已100％焊接至反应堆冷却泵、蒸发器和压力容器上；—主管道焊缝射线检查100％合格；

—主管道焊缝液体渗透检查完全合格；

—主管道内部清洁度检查完全合格；

—主管道回路外形检查完全合格；

—标高和水力部件安装平面水平度检查以及泵壳调整垫片下间隙完全合格；—波动管连接并且焊接至稳压器末端支管至1环路热段；

—波动管水压试验完全合格；

—波动管焊缝液体渗透检查完全合格；

—波动管焊缝射线检查100％合格；

—检查波动管和主管道现场的焊缝标记满足要求；

—波动管倾斜度检查完全合格。

附录C：检查报告

—接收报告；

—液体渗透检查报告（在不符合的情况下）；

—射线检查报告；

—清洁度报告；

—回路几何尺寸测量报告；

—水力部件安装面的泵壳的水平度、标高测量报告；—波动管坡度检查报告。

—异种保护盖目测检查报告

稳压器管嘴异种钢保护盖目测检查报告；

反应堆压力容器管嘴异种钢保护盖目测检查报告；反应堆蒸汽发生器管嘴异种钢保护盖目测检查报告附录D：插图1~插图4

PLATE1

插图1 REACATOR COOLANT PUMP 反应堆冷却剂泵