核电站核岛贮罐焊接变形原因分析及变形控制措施

摘要：

从现场焊接和安装分析了贮罐产生变形的原因，并提出了控制储罐变形的方法和具体措施，即制订正确的焊接顺序，使用夹具来控制储罐的焊接变形。并以宁德核电站一期工程核二级大型不锈钢贮罐2PTR001BA罐（反应堆和废料池水冷却及处理系统）为例，详细介绍该贮罐的焊接顺序与焊接方法，阐述焊接变形的主要原因，并从焊接工艺、正确使用夹具方面提出解决此类焊接变形的控制措施。

关键词：

核电站 核二级贮罐施工 焊接 变形 控制

中图分类号：[TL48] 文献标识码：A 文章编号：

作者简介：

于洪彬，男，1986年6月生，黑龙江省呼兰县人，北京防灾科技学院2007级毕业生，焊接技术及自动化专业；就职于广东火电工程总公司，任焊接工程师。2007年至今，一直从事核电站核岛EM7工作包贮罐安装施工及监督检查工作。

前言

在焊接过程中，由于受热不均匀的加热和冷却，焊接影响区在纵向和横向收缩时，必然导致构件产生局部鼓曲、弯曲、歪曲和扭转等，即产生了焊接变形。在储罐施工过程中，由于预制精度、组装误差和焊接时的热胀冷缩等，储罐底板、壁板和顶板都会产生不同程度的变形。这些变形如果超过标准要求，不仅会影响贮罐的外观，而且还会在外载荷的作用下产生应力集中和附加应力，降低贮罐的使用能力，是贮罐的安全性下降，严重的则会影响贮罐的使用。

本文以宁德一期核岛安装大型贮罐2PTR001BA为例，着重介绍其焊接变形控制措施，该罐是核二级，质保一级的圆柱形贮罐，罐外径11.7m、高17.956m、主体材料为022Cr19Ni10，使用寿命40年，所以对其质量要求极为严格，这类容器主要由36块各层厚度不同的钢板组装成的筒体、封头29块、底板33块、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等构成。这里着重介绍贮罐底板、筒体和封头的焊接变形控制。

正文

一、PTR贮罐底板焊接变形原因及其变形控制

（一）、底板焊接变形的主要原因分析

带环形边缘板的底板(见下图1)的焊接施工的主要困难是焊接面积大，中幅钢板薄（δ=6.0mm），边缘钢板厚（δ=20.0mm），焊缝多而长，焊接时焊缝及其附近温度高，而邻近区域温度则急剧下降，这样就是如此薄的钢板产生可不均匀的膨胀，最终造成板材变形，焊接后的收缩变形大，特别是底板与罐壁连接的角焊缝，焊后收缩变形更大。

图1

（二）、底板的焊接变形控制措施

根据以上的现场出现的技术问题，因此，罐底板的焊接，应采用收缩变形最小的焊接工艺及焊接顺序。罐底板的焊接变形控制方案，应按以下顺序进行：

1.中幅板焊接变形控制

中幅板（见图1）焊接时，焊工应均匀分布，由中心向外施焊，先焊短缝后焊长缝。焊接长缝时，应采用由中间向两端分段跳焊的焊接方法，这样使焊接时由于受热不均产生的焊接应力最大程度的向焊接母材的两端散去，避免了应力集中所产生的各种缺陷。同时焊接长缝时还必须采用隔缝跳焊法，以便将底板因焊接引起的整体波浪变形控制到最小程度。为了更好的控制焊接变形，散去焊接应力，在实际施工过程中，我们采取留取预留段暂不焊接的方法，无论是长缝还是短缝在施焊末端均预留出300~500mm暂时不焊接，待中幅板与环形边缘板的连接缝焊接前焊接完成此预留段。

2.环形边缘板的焊接变形控制

环形边缘板（见图1）焊接时，根据设计要求为带垫板的12条对接焊缝，由于环形边缘板较厚，焊接产生的热输入量越大，焊接残余应力就越大，焊接变形就越严重，实践证明，每个环形边缘板的对接焊缝在焊接以后，会因焊缝横向收缩而引起变形，对于此类问题，现场采取反变形的焊接变形控制措施，这个反方向的预变形就能与之焊接所引起的变形相抵消，从而减少焊接变形的目的。即先将环形边缘板对接口与焊接变形相反的方向垫高120~160mm左右，根据以上情况故采用隔缝跳焊法，把奇数（偶数）焊缝预留，作为伸缩缝。偶数（奇数）焊缝先焊接，焊接时焊工均匀分布，采用由外向里分段跳焊加退焊的焊接顺序。这样可以保证贮罐焊接完毕后有个好的椭圆度。另外，在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对承载力影响极大，也不利于起灭弧处的焊接质量，故焊接时一般应设置引弧板，焊后将它割除即可。

3.罐底与罐壁间的角焊缝焊接变形控制

由于底层罐壁较厚，焊接填充量大，焊接时由数对焊工对称分布，按先内后外的顺序（内外交替进行），沿同一方向进行分段焊接，初层焊道采用跳焊法。

4.环形边缘板与中幅板搭接焊缝焊接变形控制

施焊时焊工沿圆周均匀分布，前3层焊道采用分段跳焊，其后沿统一方向采用连续焊。

二、 PTR贮罐壁板焊接变形原因分析及其变形控制措施

（一）、罐壁焊接变形的主要原因分析

贮罐罐壁焊接变形主要原因在于罐体壁板各层厚度不同，最薄壁板厚度为δ=6.5mm、最后层厚度为δ=32.0mm，各层焊接变形控制不易控制问题，其中表现最突出的是焊接后贮罐椭圆度以及相邻壁板间T型焊缝成型，罐体层板间环形焊缝长度达到37070.8mm，焊接时如果采用的焊接顺序和焊接工艺不当，则焊接后椭圆度能否符合标准是无法保障的。

（二）、罐壁焊接变形的变形控制措施

为此，现场采取机械固定加焊接变形控制的方法，这里主要介绍焊接变形控制，总的焊接顺序是先焊相邻上下圈板的纵焊缝，后焊接上下圈板之间的环焊缝，为了保证相邻上下圈板的纵环焊缝焊接后所有的T型焊缝不厚出现较大的内凹变形，要求在焊接纵缝时上下各留出150mm短焊缝不焊接，当上下圈板环焊缝点焊完毕后，再补焊此前为施焊的短焊缝，其后有数名焊工均匀分布在罐内沿同一方向焊接环缝，所有壁板焊缝前三层应采用分段跳焊加分段退焊的焊接顺序，这样就确保了贮罐在焊后有个好的成型和外观。

三、PTR贮罐顶板焊接变形原因分析及其变形控制措施

（一）、罐顶上封头焊接变形的主要原因分析

PTR罐罐顶有29块钢板拼接而成，每块钢板都是具有弧度要求的，相邻钢板焊接后能否保证对整体罐顶弧度不产生影响为主要问题，罐体顶板钢板厚度均为δ=6.0mm，每条焊缝长度达L=6000.0mm，如此薄而长的不锈钢板焊接时，焊接热输入量不均、错边等原因，都会造成焊接后焊接变形对罐顶整体弧度有影响。

（二）、罐顶上封头焊接变形的变形控制措施

顶板的焊接宜采用下列顺序进行：

1.接外侧焊缝，后焊接内侧焊缝。径向的长焊缝，宜采用隔缝对称施焊方法，并由中心向外分段退焊；

2.无论是搭接还是对接，施焊时上端应预留一段暂不焊接（等中心顶圆板与各瓣片点焊后再焊接预留段及两者之间的环焊缝），预留量为150mm；

3.与壁板焊接时，焊工应对成均匀分布，并沿同一方向分段退焊。

总结

在2PTR001BA焊接安装过程中，最难控制的就是焊接变形，在安装过程中采取了机械校正与调整焊接顺序，选择适当焊接工艺的方法，成功的控制了大型贮罐2PTR001BA在焊接安装过程中的焊接变形，有力的证明了此套焊接方法的正确性，保证了核电高标准的焊接质量。