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AP1000核电主蒸汽管道焊接工艺发表时间：2017-10-24T13:58:41.307Z 来源：《防护工程》2017年第15期作者：李俊明[导读] 主蒸汽管道SA335P11的焊接意义重大，其焊接工艺研究的成果对AP1000核电的建造有着重要的意义。
中国核工业第五建设有限公司上海市金山区 201512摘要：本文通过对AP1000核电站中主蒸汽管道SA335P11的焊接性进行分析研究，针对SA335P11管道材质特性并结合管道焊接特点，从焊接的坡口形式、焊接材料选择、焊接工艺参数、焊接层道分布、焊后热处理等制定了主蒸汽管道的焊接工艺措施。
并通过实践验证了该焊接工艺的可行性和适用性。
关键词：主蒸汽管道；焊接工艺；SA335P11合金钢0、前言AP1000核电是我国从美国西屋公司引进的国际先进的第三代核电技术。
AP1000核电反应堆厂房中有两台蒸汽发生器，每台蒸汽发生器连接一根主蒸汽管道，主蒸汽管道为核岛蒸汽输送到常规岛蒸汽轮机的蒸汽通路。
主蒸汽管道材质SA335 P11，规格为Φ965×44.2mm，设计压力7.52MPa，设计温度292℃，设计寿命60年。
反应堆厂房内的主蒸汽管道采用先漏后破的设计理念，需要全氩弧焊接，其余主蒸汽管道主管的焊接可以采用氩电联焊来完成。
作为AP1000核电现场焊接的重大技术问题，主蒸汽管道SA335P11的焊接意义重大，其焊接工艺研究的成果对AP1000核电的建造有着重要的意义。
1、焊接性分析焊接性是金属材料在一定的焊接工艺条件下获得优质接头的难易程度以及焊接接头能否在使用条件下可靠运行的特性。
常把钢中含碳量的多少作为判别钢材焊接性的主要标志。
AP1000核电主蒸汽管道材质为SA335P11，管道规格为Φ965×44.2mm，其母材的化学成分见表1。
表1母材化学成分注：化学元素成分（%）。
根据国际焊接学会推荐的用于评估低合金高强钢焊接性的碳当量公式[1]：CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15（%）根据表1中的化学成分，计算出AP1000主蒸汽管道SA335P11的碳当量CE=0.55%。
管道自动焊装备发展现状及前景展望引言管道自动焊装备是一种高效、精确的焊接工具，在工业领域广泛应用。
随着制造技术的进步和自动化需求的增加，管道自动焊装备的发展变得越来越重要。
本文将探讨当前管道自动焊装备的现状，并展望其未来的前景。
管道自动焊装备的现状管道自动焊装备的发展经历了多个阶段，从最初的手动焊接工具到现在的自动化系统。
以下是目前管道自动焊装备的主要现状：1. 技术水平的提高随着焊接技术的不断发展，管道自动焊装备的技术水平也得到了显著提高。
采用先进的机器视觉和传感器技术，使得焊接过程更加精确和高效。
同时，自动化控制系统的应用，使得操作人员能够更好地监控和控制整个焊接过程。
2. 多功能性和高度灵活当前的管道自动焊装备具有多种功能和灵活性，能够适应不同类型和规格的管道。
例如，可以实现不同角度和形状的焊接，同时还可以进行多头焊接和多步骤焊接。
这种灵活性使得焊接过程更加高效和精确。
3. 质量控制的改进管道自动焊装备在焊接过程中能够实现更好的质量控制。
通过自动化系统的监控和控制，可以及时发现并纠正偏差，避免焊接质量的下降。
同时，还可以通过实时数据分析来优化焊接过程，提高焊接质量。
管道自动焊装备的前景展望管道自动焊装备在未来有着广阔的发展前景。
以下是对管道自动焊装备未来几个方面发展的展望：1. 智能化的发展随着人工智能和机器学习技术的发展，未来的管道自动焊装备将更加智能化。
通过学习和优化算法，装备将能够根据不同的焊接要求和材料特性，自动调整焊接参数，并实时监控焊接过程。
这将使得焊接过程更加精确和高效。
2. 自适应和自适应控制系统的应用未来的管道自动焊装备将具备更强的自适应能力。
通过传感器和反馈控制系统，装备可以实时感知环境和材料的变化，并根据这些变化调整焊接参数和工艺。
这将使得焊接过程更加稳定且适应性更强。
3. 数据化和云端平台的应用未来的管道自动焊装备将更多地应用数据化和云端平台技术。
通过数据采集和分析，装备可以实时监控和分析焊接过程中的数据，并将这些数据上传到云端平台，实现远程监控和数据共享。
AP1000核电站主蒸汽管道焊接工艺研究摘要本文就三门AP1000压水堆核电站主蒸汽管道焊接工艺及施工技术进行论述，并对焊接施工的技术难点和控制重点的进行研究，为今后AP1000核电项目主蒸汽管道的焊接提供借鉴。
关键词AP1000；主蒸汽管道；焊接工艺1 工程概况AP1000压水堆核电站每个核反应堆厂房包括两个主蒸汽系统回路。
从核反应堆厂房到核辅助厂房主蒸汽隔离阀的主蒸汽管道核级别为2级，质保级别为QA1级，设计压力为7.52MPa，设计温度为292℃，设计寿命60年；主蒸汽隔离阀以后通往常規岛的管道为核级别为3级，质保QA1级。
每个主蒸汽管道环路有13道现场安装。
2 焊接工艺的确定2.1 焊接工艺的选择主蒸汽管道的材质为SA335 GR P11，属于合金钢，管道为38″非标准管道，壁厚为1.74″。
对于主蒸汽管道焊接，目前国内多数核电站均采用钨极氩弧焊打底（GTAW）+手工焊条电弧焊填充（SMAW）的焊接工艺。
但AP1000核电站中，主蒸汽管道属于LBB管线部分（即Leak before break的缩写），焊接方法要求使用全钨极氩弧焊（GTAW），其他合金钢管道可使用钨极氩弧焊打底（GTAW）+手工焊条电弧焊填充（SMAW）的焊接工艺。
2.2 焊接材料的选择根据主蒸汽管道母材的化学成分和力学性能，确定焊接消耗材料牌号为ER80S-B2，焊材化学成分如表1所示。
2.3 焊接工艺参数考虑到最大限度的覆盖现场安装焊接作业，分别进行了全GTAW方式的焊接工艺评定和GTAW打底SMAW填充和盖面的工艺评定。
主要参数：最大热输入40.29kj/cm，预热温度156℃，层间温度156～195℃，焊后热处理温度620℃保温时间6小时，保护气体为99.99%的氩气[2]。
3 主要焊接工艺3.1 组对及点固焊管道组对间隙为1～5mm，错边量要求0～0.8mm。
组对调整好后，用8～10个圆钢棒对称点焊固定，点固棒的直径范围以点固焊能够在坡口里面为准，且点固棒应沿焊缝周向均匀分布（详见图2），点固焊缝长度应≥20mm。
AP1000核电核岛主蒸汽管道焊接施工控制发表时间：2018-01-10T14:17:41.460Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第21期作者：李君潘建伏颜廷海付维强[导读] 本文以AP1000核电核岛安装工程中主蒸汽管道焊接施工为例。
中国核工业第五建设有限公司山东海阳 265100摘要：主蒸汽管道焊接在电站施工中至关重要，对焊接过程和焊接质量都有较高的技术要求，焊缝质量直接关系到电站的安全经济运行。
本文以AP1000核电核岛安装工程中主蒸汽管道焊接施工为例，通过组对、焊接工艺、焊接顺序、施工特点和难点等方面的论述，总结出AP1000主蒸汽管道的焊接工艺过程及控制要点，对其他AP1000主蒸汽管道或类似管道的焊接有一定的借鉴作用。
关键词：AP1000；主蒸汽；焊接施工；焊缝收缩；焊接变形。
1 引言在AP1000管道系统中，是蒸汽发生器系统（SGS）的组成部分。
AP1000核岛主蒸汽管线从两台蒸发器二次侧引出蒸汽流进入汽轮机。
从蒸发器排汽口出来，依次通过安全壳贯穿件、辅助厂房贯穿件，最终通往汽轮机进汽口。
其中蒸汽发生器到安全壳贯穿件之间的主蒸汽管道满足先漏后破的准则[1]，须采用GTAW焊接，即LBB焊口。
其余焊口采用GTAW+SMAW方法焊接。
海阳AP1000核电1期工程的主蒸汽管道，在焊接工艺和相关技术准备下，现已顺利完成焊接工作。
2 工程概况AP1000核岛主蒸汽管道是蒸汽发生器系统（SGS）的组成部分，材质为ASME SA335 GR P11，规格为Φ965×44.2mm，单堆工程量约为109.5m，核岛安装中共26个焊口，每条管线上有1个隔离阀、1个大气释放阀、6个安全阀。
均需按照核2级，QA1级执行。
所有焊口需在焊后热处理后，进行100%的MT和RT检测。
3 SA335 P11材料焊接性分析SA335 P11属于耐热低合金钢，在450～550℃时有较高的热强性，成分中含铬较高，其抗氧化和抗腐蚀性能优于低合金钢。
AP1000主管道窄间隙自动化焊接方法应用趋势分析摘要：目前，核电建设部门面临着大量的电站建设和安装任务，但是主冷却剂管道等厚壁管依然采用传统焊接方法，不仅焊接效率低、焊工强度大，同时焊缝质量也受到诸多不确定因素的影响。
引用窄间隙自动化焊接方法代替传统手工焊工艺，不仅可以减少焊缝填充量、提高工程安装效率、缩短工期，还可以加强焊缝质量、提高安全裕度。
本文对厚壁管件的窄间隙焊接方法进行研究，分析了AP1000主管道窄间隙自动化焊接的可行性及优越性。
关键词：核电，窄间隙焊接，主管道Abstract: At present, the nuclear construction departments are facing plentiful tasks of nuclear power plant's construction and installation, but the welding of the main pipes has been used the traditional welding methods, the welding efficiency is lower, the welder is harder, and the quality of welds is also not sure. The Narrow-gap welding method may reduce the welding material, improve the welding efficiency, reduce the welding time, and advance the quality and security of welds. The article studies the advanced Narrow-gap welding method, and analyzes its feasibility and advantage.Key words: nuclear, Narrow-gap welding, main pipe0 序言近年来我国加大了对核电设施的投入，核电行业发展迅速，全国核电建设部门面临着大量的电站建设和安装任务。
与之不配套的是，目前国内核电所采用的焊接工艺基本为大坡口的手工焊和半自动焊接方法，对于核岛主冷却剂管道、常规岛主蒸汽及高压旁路管道等厚壁大管件而言，往往一个对接焊缝需要数位焊工通过连续数日的高强度施焊才能完成，焊工劳动强度大，焊接效率低；同时，手工焊也受到工作环境及焊工状态等诸多不确定因素的影响，焊缝质量难以控制。
为了减少大坡口手工焊工艺给大管件对接工程带来的不良影响，进一步提高工程安装效率、提高焊接质量，本文对厚壁管件的窄间隙焊接方法进行研究，分析了窄间隙自动化焊接方法的优越性，并对主管道窄间隙焊接与秦山核电二期传统焊接方法进行比较，分析了AP1000主管道窄间隙自动化焊接的可行性及优越性。
1 窄间隙焊接及其分类1.1 窄间隙焊接定义大厚度钢管或钢板采用狭窄坡口进行焊接的方法称为窄间隙焊接。
1.2 窄间隙焊接方法分类比较常用的窄间隙焊接方法有：窄间隙钨极氩弧焊（N-TIG）、窄间隙埋弧焊（N-SAW）、窄间隙熔化极气体保护焊（N-GMAW）等。
1.2.1 窄间隙钨极氩弧焊窄间隙钨极氩弧焊即利用窄间隙坡口进行钨极氩弧焊。
窄间隙钨极氩弧焊的电极是利用难熔化的钨或钨的合金棒做成的，电弧燃烧过程中，电极是不熔化的，故易维持恒定的电弧长度，焊接过程稳定；并且氩气保护的独特优点是氩弧燃烧非常稳定，容易获得较高的焊缝质量。
1.2.2 窄间隙埋弧焊窄间隙埋弧焊即利用窄间隙坡口进行埋弧焊焊接。
窄间隙埋弧焊是电弧掩埋在颗粒状焊剂下面进行焊接的一种焊接方法。
由于焊丝导电长度缩短，电流密度提高，因此电弧的熔深能力和熔敷效率都提高，同时，由于焊剂和熔渣的隔热作用，电弧的热辐射散失少，热效率高，焊缝质量优良。
但是由于窄间隙埋弧焊是依靠颗粒状焊剂堆积形成的保护条件，因此主要用于水平面焊缝的焊接。
同时，由于窄间隙焊接的焊缝坡口窄，尤其是厚板的底层焊接时，焊渣不易脱落，因此需要焊剂具有良好的脱渣性。
1.2.3 窄间隙熔化极气体保护焊窄间隙熔化极气体保护焊即利用窄间隙坡口进行熔化极气体保护焊。
窄间隙熔化极气体保护焊由于利用焊丝作为电极，可采用高密度电流，因此母材熔深大。
熔化极气体保护电弧焊的另一主要优点是可以方便地进行各种位置的焊接，同时具有焊接速度较快等优点。
但是熔化极气体保护焊由于电极同时作为填充焊丝，因此不易维持恒定的电弧长度，电弧稳定性不及非熔化极气体保护焊好。
综合考虑各焊接方法焊接特点、现场焊接条件、焊接位置等因素，AP1000主管道采用窄间隙钨极氩弧自动化焊接方法较为合适。
2 厚壁钢管窄间隙焊接的优势焊接结构的大型化要求采用越来越厚的钢管和钢板，并且要求得到越来越好的焊接接头性能。
传统大厚度钢管的焊接方法不仅开坡口困难，同时由于坡口面积大，焊接工作量也成倍增加，施焊速度缓慢，而且焊后材质应力变形相对较大，焊接接头存在较大的残余应力和残余变形，焊缝质量相对较差。
窄间隙自动焊接不仅可以大幅度减少坡口横截面积、大大减少焊接金属的填充量，而且在不太大的焊接热输入下，可以实现高效焊接，因而被作为一种先进的、成熟的、经济的、能够得到优良焊接接头的焊接方法，已经被广泛应用于锅炉、化工机械、重型机械等领域的各种厚壁钢管或钢板的焊接。
传统焊缝坡口及窄间隙焊缝坡口形状的比较参见图1。
图1传统焊缝坡口、窄间隙焊缝坡口及窄间隙焊缝金相图片3 以秦山核电二期主管道焊接为例介绍传统焊接方法3.1 概况秦山核电二期整个核岛的主回路有两个环路，每个环路又由三部分组成，分别为：热段-长7.4m并带有50°弯头一个和不同规格的管座、管嘴数个，其连接着蒸发器和压力容器；冷段-长6.18m带有42°弯头一个和数个不同规格的管嘴，其连接着压力容器和主泵；过渡段-由一段40°弯头和两段90°弯头组成并连接于蒸发器和主泵之间。
整个主回路由十八道焊口组成。
主回路管道全部采用法国材料Z3CN20.09M，为超低碳超厚壁大管径离心铸造不锈钢管，管径最大φ973mm，管壁最厚达96mm。
3.2 工期、人力资源及设备需求主管道焊接工期为6.5个月；施工单位参与人员共43人，其中管理人员6人，焊工12人，打磨人员12人，记录员12人，烘干员1人；投入使用的焊机为12台。
3.3 焊接方法及焊口施焊顺序秦山核电二期主管道焊接采用的是手工钨极氩弧焊打底、手工电弧焊盖面的焊接方法。
每个焊口第一层（道）采用脉冲焊，在管子的圆周上分十个区域，由两名焊工对称分段焊接；进行第二道至最后一道焊接时在管子圆周上分四个区域由两名焊工对称分段焊接；相邻焊道的收、起弧位置依次交替并错开约50mm。
焊接过程中为控制变形和补高某区域的焊肉，在现场指导的安排下可适当调整焊接顺序。
4、AP1000主管道安装及焊接4.1 AP1000主管道概述AP1000核电站主冷却剂管道安装包括两个环路（指一个堆），每个环路包括1个热段管段和2个冷段管段，每个管段包括2道焊口，其中一道焊口连接反应堆压力容器，另一道焊口连接蒸汽发生器（对热段）或主泵（对冷段），整个主冷却剂管道总共12道焊口。
主管道结构参见图2。
主冷却剂管道的材料为316LN超低碳不锈钢整体锻件，通过热弯和热挤压形成弯头和制造管口，其中热段直径（外径）37.5英寸，厚度3.25英寸，冷段直径（外径）27英寸，厚度2.56英寸。
AP1000采用全锻件式主管道是设计方面的要求。
AP1000的堆芯功率输出接近秦山二期机组的2倍，主管道内径几乎相同，工作条件要苛刻些，因此设计要求也高些。
整体锻造管道，消除了焊缝、降低了成本、减少了在役检查的工作量。
与以往压水堆核电站相比，AP1000核电站主管道的最大特点是结构不同。
以往压水堆核电站主管道设计有过渡段，可以用来调整冷段和热段的安装偏差，通过横向和竖向两段调节管段来调整因焊接收缩变形产生的安装偏差。
而AP1000核电站主管道只有热段和冷段，没有过渡段，焊接收缩变形只有在安装焊接过程中采取措施自行平衡。
总体安装思路是先将主管道就位、压力容器安装，待蒸发器到货后先将它安装就位，然后组对主管道与压力容器及蒸发器，并通过预留反变形、合理安排各焊口的焊接工序等措施来平衡三个管段的焊接收缩变形，使焊缝区在整个焊接过程中得到相对自由状态的收缩，控制焊接残余应力的产生。
4.2 AP1000主管道焊接相关问题AP1000主管道窄间隙自动化焊接问题一直是焊接技术人员关注的焦点，下面从焊接方法、设备需求、人员需求、工期需求、焊接空间需求等多个方面分别介绍AP1000主管道使用窄间隙自动化焊接方法进行焊接的基本方案：4.2.1 焊接方法：考虑现场焊接空间狭窄、全位置进行焊接及焊缝质量要求高等特点，AP1000主管道焊接优先选用窄间隙钨极氩弧焊方法自动化焊接。
4.2.2 设备需求：大厚壁不锈钢焊缝在焊接过程中收缩非常明显，鉴于克服焊接残余应力和降低组对难度的要求，有时需要几道焊口同时进行焊接，因此经过初步考量，确定需要窄间隙钨极氩弧焊焊机及其配套设备5套，其中4套同时或非同时投入使用，1套备用。
具体的主要设备和工机具需求参见下表：表1 AP1000主管道焊接主要设备及工机具需求表4.2.3 人员需求依上所述，为了减少焊缝收缩变形，现考虑高峰期4道焊口同时施工，为了满足此需求，高峰期每个工作班组需要配备4个焊接作业小组，每个焊接作业小组配置2名焊工（1名主操、1名辅操）。
同时，也对其它生产人员数目进行考量，建议可以采取如下配置方式：表2 主管道安装焊接需要的直接生产人员统计表4.2.4 工期需求根据二三公司设计部门的研究数据，在满足上述人员及设备需求的前提下， AP1000主管道采用窄间隙焊接方法焊接一道焊口所需要的时间大约为7~10个工作日，考虑几道焊口同时施工的情况，现初步估测主管道的安装焊接时间大约为2~2.5个月。
4.2.5 焊接空间需求由于模块化施工概念的引用，AP1000机组的主管道安装空间与传统机组的主管道安装空间有所区别： AP1000机组的主管道横贯CA01模块，这样的布置使主管道的安装空间被严格的限制，因此焊机操作空间也非常有限。
根据加拿大gold track公司提供的焊机技术资料可知，Gold Track V型焊机机头的径向最小需求空间约为240mm，轴向最小需求空间约为375mm左右，初步估测，现场安装空间可以满足施焊要求，但施焊设备的详细布置及空间具体需求有待进一步研究。
5 AP1000主管道窄间隙焊接与常规机组（以秦山核电二期为例）主管道传统焊接方法比较窄间隙焊接具有焊接效率高、焊接时间短、焊工劳动强度小、焊缝质量好及焊接一次合格率高等优势，提高了主管道焊缝的安全裕度，适应了国内核电建设发展的需要，但是窄间隙焊接需要的成本很高，每台gold track V型窄间隙焊机大约需要200多万元人民币，因此，需深入比较二者优劣的所在，科学的做出选择。
