核电站主管道焊接技术的分类及应用

【摘 要】核电站主管道是连接主回路压力容器、蒸汽发生器和主泵管道，是核反应堆冷却剂系统的主动脉，其内部流经高温、高压、高放射性的介质，属于回路承压边界。其焊接技术一直以来都是核电站安装工作中的重中之重。本文分析了EPR焊接工艺、CPR焊接工艺以及AP1000焊接工艺，为核电站主管道自动焊工艺研究提供了重要的参考。

【关键词】主管道；自动焊；焊接工艺

0 引言

核电站反应堆冷却剂主管道简称核电站主管道，是核电站核岛部分的关键部件之一，属于核安全一级、QA1级设备。连接着反应堆压力容器、蒸汽发生器和主泵，是一回路反应冷却剂系统压力边界的重要组成部分，运行中长期承受反应堆冷却剂的高温、高压，其安装焊接质量直接关系到核电站的运行安全。本文将对现在主要的焊接技术做一个整理分析。

1 EPR焊接工艺

EPR核电站主回路系统由对称布置的四环路组成[1]，每个环路包括一台蒸汽发生器、一台主泵以及相连的主管道冷段、热段和过渡段，每个环路6个现场焊口，一共24个。

1.1 施工逻辑分析

EPR主管道焊接实施涉及压力容器、蒸汽发生器、主泵以及主管道回路设备，包含测量计算、坡口加工引入组对和焊接等工作[2]，各项工序具有严格的逻辑关系。EPR主管道由于采用自动焊工艺，其施工逻辑有了较大的改进。

1.2 施工工艺分析

自动焊工艺组对间隙要求为0-1mm[3]，相比传统手工焊1-4mm更为严格。因此，EPR核电站主管道施工引入了工装，以实现主管道的精确调整和组对，因此需要通过对主设备竣工尺寸进行精密测量；另外，为尽量消除安装公差对主管道组对影响[4]，主管道在组对调整过程中，需通过紧密测量严格控制设备安装位置，以满足自动焊组对的要求。

2 CPR1000焊接工艺

CPR1000焊接工艺[5]采用二代加一回路百万千瓦级压水堆核电站技术路线。一回路系统通过主管道将反应堆压力容器、蒸汽发生器、主泵、稳压器连接构成3个封闭的环路[6]。

2.1 焊接工艺评定

通过分析产品焊缝的母材材质、规格、坡口形式、焊接位置及焊接方法，主管道工评定母材选用与产品同钢号，且母材硼含量小于0.0018%，氮含量小0.08%的不锈钢材料；由于主管道属于大壁厚管道，采用氩弧自动焊，坡口形式加工为窄间隙[7]U型。

2.2 现场焊接

CPR1000 压水堆核电站每个环路由热段、过渡段和冷段组成，热段连接压力容器和蒸汽发生器；过渡段连接蒸汽发生器和主泵泵壳；冷段连接主泵泵壳和压力容器[8]。每个环路现场焊口8道，3个环路共有24道焊口。3个环路的焊接顺序及焊接施工活动彼此不受影响，可以同时开展焊接活动。

3 AP1000主管道焊接工艺

3.1 AP1000核电站主回路介绍

AP1000核电站主回路系统分2个环路组成，包括1条热段和2条冷段，稳压器通过波动管与1环热段相连，每个环路有6道主管道焊口，每台机组共12道焊口[9]。

3.2 AP1000核电站主管道安装施工逻辑

AP1000主管道的安装施工逻辑顺序：1）压力容器、蒸发器、主泵泵壳、主管道就位；2）主管道压力容器侧焊口坡口检查，焊口组对，内部使用点固块进行固定；3）RV侧焊接至主管道壁厚50%，并执行相应的过程检查；4）SG侧测量定位，并进行数据拟合切割，加工坡口；5）坡口检查，焊口组对，点固焊，焊接至约50%厚度，执行过程检查；6）焊接RV侧焊口50%～100%，焊接SG侧焊口50%～100%[10]。

3.3 AP1000核电站主管道焊接过程

AP1000核电站主管道冷段每道焊口由三部分组成[11]，热段焊口由四部分组成。其中冷段焊缝组成包括根部焊道、填充层焊道、盖面层焊道，热段焊缝组成包括根部焊道、内部填充焊道、填充焊道、盖面焊道。焊接组对要求：组对间隙0～2mm，内错边量0～0.8mm。

4 结语

在焊接顺序上，EPR沿用的是蒸汽发生器引入前，其他焊口全部焊接完成，然后引入蒸发器，最后进行蒸汽发生器出入口焊接；CPR沿用手工焊工艺下主要设备安装逻辑。

三代核电EPR与AP1000核电站中的主管道采用窄间隙坡口设计，具有减小焊接残余应力和变形、提高焊接质量、减少填充量、降低生产成本的优点。主管道自动焊工程技术的成功研发与应用是我国核电工程建设领域的一项自主创新成果。主管道自动焊技术满足了批量化建造核电站的需要，该技术对提升核电站主管道焊接质量，提升电站安全性，提升施工效率有重要价值。

【参考文献】

[1]聂岩，王东，刘瑜.EPR核电站主管道自动焊施工技术研究[J].科技创新导报， 2013：50-53.

[2]刘新利.核电站反应堆冷却剂系统主管道安装焊接[J].中国核电，2011，04：60-67.

[3]黄宗仁，董岱林，冯琳娜.核电厂主管道手工焊与自动焊工艺对比分析[J].电焊机， 2015，45：107-111.

[4]王府强，蒋自强.核电站主管道焊接变形控制及应力消除[J].商品与质量，2016.

[5]谭文良，李付良，聂岩，赵文灿.CPR1000核电站主管道自动焊技术的工程实施[J].科技创新导报，2012：18-19.

[6]聂岩，王东，章科，马力川.EPR与CPR堆型核电站主管道自动焊工艺差异性分析[J].科技创新导报，2013：3-6.

[7]黄宗仁，李桓，黄炳炎，董岱林.窄间隙自动焊在核电厂主管道焊接中的应用[J]. 焊接技术，2015：36-39.

[8]佟立丽，邵舸，顾健，薛峻峰，彭建平，王志强.福清核电1、2号机组增大应急给水箱容积安全分析[J].科技导报，2013，31：51-55.

[9]孙汉虹.第三代核电技术AP1000[M].中国电力出版社，2010.

[10]王永峰，李浩.第3代核电（AP1000）关键设备工艺制造特点综述[J].能源与环境，2010：25-27.

[11]胡亚蕾.第三代核电技术――非能动安全先进核电站AP1000[J].科技资讯，2010：118-118.