压水堆核电站二回路管道的焊接与热处理工艺
摘要：在压水堆核电站中，二回路碳钢管道管径大、管壁厚，焊接施工难度大，质量要求高。
通过加强工艺的过程控制，合理采用氩弧焊和焊条手工电弧焊联合的单面焊双面成型的焊接方法和合理安排焊接顺序，在焊前预热和焊后进行消除应力热处理，可有效地提高大管径大厚壁管道的焊接质量。
关键词：二回路管道、热处理、焊接顺序
中图分类号： p755.1 文献标识码： a 文章编号：
1前言
压水堆核电站原理是由原子核反应堆释放的核能通过一套动力装置将核能转变为蒸汽的动能，进而转变为电能。
该动力装置由一回路系统、二回路系统及其他辅助系统设备组成。
在采用二代改进型压水堆技术的100万千瓦级核电站二回系统主要由主给水系统（are）、主蒸汽系统（vvp）组成。
主蒸汽、主给水管道分布于反应堆（rx）厂房、联结（wx）厂房，可分为主蒸汽管道系统、主蒸汽超级管道系统、主给水管道系统。
主给水系统（are）用来向蒸汽发生器输送经过高压加热器加热的高压给水，由三根管线组成，每根管线分别与一台蒸汽发生器接口。
主蒸汽系统（vvp）是由三根主蒸汽管线组成，每根管线分别与一台蒸汽发生器出口接管相连。
三根管线分别穿过安全壳，进入主蒸汽隔离阀管廊，主蒸汽管穿过主蒸汽隔离阀管廊后进入汽轮机厂房。
主蒸汽系统（vvp）的功能主要是把蒸汽发生器产生的饱和蒸汽输送
到汽轮机厂房推动汽轮机发电机组发电,另外还用于排除主蒸汽系统管道的凝结水。
主蒸汽、主给水管道焊接施工中，焊口级别高，质量要求严，为rcc-m规范二级，是碳钢管道中级别最高的焊口。
2二回路管道焊接标准介绍
由于国内核电没有形成一套全面的建造标准体系，我国目前现在的cpr1000核电站主要采用法国的核电站建造标准，其中机械建造标准为rcc-m。
二回路主给水、主蒸汽管道为碳钢无缝管：p280gh，其中主给水管道规格为：φ406.4×21.44 ㎜，主蒸汽管道主要规格为：φ813×32㎜，主蒸汽超级管道规格为：φ813×46mm。
按照rcc-m和施工方对二回路焊接质量控制的要求，二回路的主要管道需双人对称焊，并进行焊前预热和焊后消除应力热处理。
3二回路管道的焊接工艺分析
3.1．焊接方法的采用
目前我国核电站建设在安装过程中，工艺选用都比较的保守，主要是为了保证核电安装的质量，对于新工艺的选用都要在实验室通过大量实验证明其可靠性，并且需得到业主单位的同意方可采用。
为此，二回路管道选用的是工艺成熟的氩弧焊和焊条电弧焊工艺来施焊。
3.2．焊接坡口的选择
在为了保证质量的同时，节省焊材，选用u形坡口，坡口尺寸如如下：
3.3 焊接材料与焊接电流参数
焊材采用法国液化空气焊接公司生产的型号为er70s-6、牌号为carborod1的焊丝和型号为e7018、牌号为molycord kb nuc的焊条。
焊丝规格为φ2.0，焊接电流参数范围75a-125a；焊条规格为φ3.2和φ4.0，焊接电流参数范围分别为90a-135a和120a-165a。
焊接电流需根据仰焊、立焊和平焊焊接位置的变化而进行调整。
3.4焊接顺序
为了防止焊缝收缩变形，接头应力集中。
对接管道组对采用同材质点固棒在坡口内均匀点固，焊接采用双人对称焊焊接，应从两侧均匀、交替施焊且两名焊工技能水平应相当，且每道起搭接接头应错开。
图1为管外径为813mm的管子的水平固定焊位置的焊接顺序图，图2为管外径为406.4mm的管子的水平固定焊位置焊接顺序图。
图1 图2
4热处理工艺
管道热处理采用电阻加热局部热处理的方式，热处理设备需能自动控制和调节温度。
4.1．热处理参数
预热温度选定为125℃～200℃之间，预热保温时间≥30分钟；后热温度选定为大于预热温度的300℃，保温时间≥1小时；焊后热处理温度选定为610℃±5℃，保温时间按母材厚度计算，每毫米厚度2分钟，最少30分钟，最长120分钟。
焊后热处理另外一个重要的参数是加热速度和冷却速度。
为了防止变形和有害应力的产生，任何情况下，在350℃以上时形状简单的部件焊接后热处理的加热速度和冷却速度都不超过规定值。
在rcc-m中，对于最大厚度不超过25mm的部件，加热速度和冷却速度为220℃/h；对于厚度大于25mm的部件，取220℃/h除以部件最大值厚度与25mm的倍数值与55℃/h中的较大者。
加热速度和冷却速度计算如下：
220℃/h÷(46mm÷25mm)≈119℃/h。
热处理参数在加热前应按不周工序步骤要求进行事先设定，并需经质检人员共同确定。
4.2．电阻加热示意图
加热电阻丝在离坡口边缘至少20mm处绕管道一周布置，上用30mm 厚的无机保温棉包裹，并铁丝绑扎固定。
电阻丝离坡口边缘距离不应过大，加热时热电偶上下均匀布置。
4.3注意事项
1）预热至规定温度后保温半小时，方可开始焊接。
2）焊后热处理不能立即进行时需进行后热。
3) 因某种原因而导致焊接中途停止，预热、后热应按原要求重新进行。
4) 焊后热处理加热温度在300℃以下时，升温速度不要求。
5) 焊后热处理降温至≤300℃停止通电，自然冷却；降温至≤100℃拆除加热装置。
6) 所有预热、后热及焊后热处理保留曲线记录。
7) 热电偶测温端紧贴焊缝并避免与加热带接触。
8)保温棉至少应将加热带全部覆盖。
5常见错误分析
5.1热处理等效厚度与预热等效厚度混淆
热处理等效厚度主要用来计算保温时间，其等效厚度分三种接头形式来计算：对接焊缝、角焊缝和支管焊缝。
其等效厚度分别取值对接焊缝的接头横截面厚度，角焊缝的焊喉厚度、支管和设备之间焊缝的最大厚度。
不同预热等效厚度的众多计算方法。
5.2焊后热处理加热速度和冷却速度
焊后热处理加热速度和冷却速度在焊接工艺评定中是一个重要因素，速度的改变需重新进行工艺评定。
所以加热速度和冷却速度必须是一个定值，不是范围区间。
在焊接工艺评定规划时必须注意
到这一点，尽量少做工艺评定以达到最大的经济效果。
5.3预热宽度与焊后热处理宽度
管道焊缝的热处理为局部热处理，对加热宽度有一定的要求。
一般来说预热宽度要大于焊后热处理宽度。
技术人员通常会忽略这点而出现错误操作。
在施工中为了操作简便，预热宽度与焊后热处理宽度一般取预热的宽度规定值。
5.4二回路主给水管道与蒸汽发生器接管管嘴焊接
二回路主给水管产与蒸汽发生器接管管嘴焊接时，要注意u形坡口发生了细微的变化，主要是蒸汽发生器设备图给出了接管管嘴坡口的详图。
6结论
6.1对于大厚壁管道的焊接，采用氩弧焊和焊条电弧焊联合的单面焊双面成型焊接方法，成型质量好，背面咬边缺陷少。
多层多道焊时，焊道起弧与收弧接头错开，注意层间焊道的清理，打磨须圆滑过渡，尤其是母材侧壁应特别仔细，可防止应力集中和减少夹渣、未熔合等缺陷的产生，提高焊接一次合格率。
6.2在核电二回路管道焊接时，合理安排焊顺序，采用双人对称焊，可有效地防止管道在焊接时收缩变形。
6.3对于管道热处理时，采用电阻加热器进行加热，操作方便筒单，安全可靠，热处理记录可追溯性强。
