浅析一回路主管道冷段焊接变形控制

摘要:本文通过对田湾核电站一回路主管道冷段焊接变形的原因及其特点的分析,着重阐述了主管道冷段焊接变形的趋势及控制措施,对今后同类工程的焊接变形控制具有借鉴意义。

关键词: 焊接变形;分析;控制措施

1、主管道焊接变形控制的意义

田湾核电站主管道为大直径厚壁管道Ф990X70mm,材料特殊,工艺复杂,施工难度大,变形不易控制。主管道变形控制的目的是为了主管道在一端焊接的情况下,确保另一端的焊口获得准确的对口位置,即组对间隙满足1.5±0.5mm,错边量为≤0.5mm的设计要求。主管道是连接主设备的重要结构,因主设备的位置相对固定,为保证安装满足设计要求,控制主管道焊接变形就显得尤为重要。

2、主管道安装、组对方案

每条主管道冷段是由两个直管段组成,包含3道焊口。

焊接接头的焊接顺序见图1:冷段―― N1N2N3。

先组对好与压力容器的焊口N1,组对时利用经纬仪和测距仪监测直管段另一端与主泵接管的同轴度和端面平行度。

组对好与压力容器的焊口N1后100%的焊好此口,监控管段另一端的变化量。

同样用测距和测同轴度的方法确定需切除的另一段管段的余量,切余量时同时要考虑两个焊口的收缩量。

组对另一直管段,组对时可沿管段轴线适当移动主泵壳。组对好后,焊中间焊口N2,再焊与主泵的接口N3。

3、主管道焊接变形的特点

3.1组对技术要求

主管道组对要求:对口间隙为1.5±0.5mm,根部错边不超过0.5mm,主泵壳上结合面的水平度设计要求不超过0.5mm/m,由此可见主管道焊接过程中变形控制就显得尤为重要。前一个焊口的焊接变形量将影响到下一个焊口的组对,并且冷段封闭焊口N3会影响到主泵的定位精度。

3.2材料的特点

不同的结构材料线膨胀系数不同,线膨胀系数越大,焊接时横向收缩量越大,产生的焊接变形越大。焊口N1/N2/N3的材质均不相同,焊口N3比其它焊接接头的焊接变形量要小,这在焊接工艺试验阶段对焊接收缩量的测量结果得到证实,因此应注意不同材质焊接接头的变形趋势。

3.3焊接收缩量

根据焊接工艺试验阶段的数据分析,主管道焊接变形基本发生在基层焊接过程中,焊缝的填充程度与变形量的关系如下:

根部焊接:手工氩弧焊---横向收缩量约为总收缩量的35-40%;

焊至焊缝的1/3截面:手工电弧焊---横向收缩量约为总收缩量的35-40%;

焊至焊缝的2/3截面:手工电弧焊---横向收缩量约为总收缩量的10-15%;

焊至焊缝的整个截面:手工电弧焊---横向收缩量约为总收缩量的10-15%。

由此可知,主管道焊接收缩量主要发生在基层焊缝30%厚度以前,因此焊接变形控制的重点应该在根部TIG焊接及基层1/3焊缝截面的电弧焊焊接过程中。

3.4预热及热处理

根据焊接工艺要求,在手工电弧焊开始焊前要进行预热,将使管道和设备本体发生膨胀并产生变形,这就相应增加了焊接变形的控制难度。严格控制焊接工艺参数和施焊顺序,减少焊接残余应力在焊口上的不均匀分布,降低焊后热处理之后的变形量过大。

3.5主泵壳上结合面的水平度控制

因主泵壳体的结构特点,其重心并不在它的几何中心轴线上,而是偏向冷管段管嘴一端。在主泵壳体与冷管段的管段接上以后,将增大其重心偏移量,同样增大了冷管段管嘴在管段轴线相对的一端上翘的倾向。

4、主管道焊接变形的监控和测量方法

4.1 焊缝轴向收缩量的测量

在距坡口两侧各25mm处沿圆周钟点方向3、6、9、12四点各打2个洋冲眼(见示意图2),点的深度不超过0.3mm,用游标卡尺测量每层焊缝焊后的收缩量,并记录。采用同样方法测量记录热处理后的尺寸。

4.2 焊缝径向收缩量的测量

基层焊缝焊接前后,用加长内径千分尺测量径向收缩量,测量点沿圆周8个等分点均布。

4.3 焊缝角变形的测量

用百分表测量角变形量,测量点分布见示意图3。

4.4 端部收缩量的测量

用百分表测量端部收缩量,测量点分布见示意图4。

5、复合钢主管道焊接变形控制措施

5.1组对过程控制

主管道组对应保证管段放置稳固,应避免焊口产生附加应力,管段应自由对口,不得强行组对。组对时应尽量保持周向间隙均匀,如间隙不均匀,间隙大的位置,坡口宽度大,熔敷金属填充量增大,焊接热输入量也大,造成此方位的横向收缩量增大,产生管段变形。

5.2 焊接过程控制

众所周知,焊接过程将不可避免地产生焊接应力及变形,而焊接变形控制的目的就是要使焊接应力及变形降到最低,以满足设备定位及管道组对要求。

焊接时两名焊工对称同步焊,控制每层每道焊缝横向收缩量的均匀性,重点控制收缩量最大的基层焊缝1/3截面前。

5.3 焊接变形调整措施

通过百分表监测观察主管道焊接过程中偏移趋势,当偏移量过大(一般在>1mm)时,需对焊接变形进行调整,可通过改变两名焊工的焊接顺序及焊接规范来调整焊接变形。

5.4 反变形控制

根据焊接工艺试验阶段变形量的数据积累,可以预见焊接变形趋势及焊口径向、横向变形收缩量大小,则组对时可采取反补偿措施。即采用预变形使主泵水平度的最终变形控制在设计要求范围内,即≤0.5mm/m。

6、小结

主管道焊接满足核电站主设备和主管道的安装设计要求,说明主管道的焊接变形控制措施是有效的和可行的,控制变形关键是在平时的细微调整上下功夫,如果始终注意不让其变形的累计量超出2毫米,则最终的变形是完全可以追回的。主管道的焊接变形控制的成功经历为今后的同类工程的焊接变形控制提供了经验,具有借鉴意义。

参考文献:

[1]《核动力装置的设备和管道焊接和堆焊的基本规则》(ПНАЗГ-7-009-89)

[2]主管道焊接工作程序LYGMT2042

作者简介:

孙宏伟:1974年8月30日出生所在单位:中电投电力工程有限公司烟台分公司 所在部门:安全质保部 焊接工程师