海阳核电大口径大壁厚管道焊接质量控制

2022-09-12

我国正在采用美国西屋公司开发的第三代核电站AP1000技术, 在三门、海阳两个厂址共建4个机组, 该项目作为我国重大科级专项之一的大型先进压水堆核电站示范工程项目【1】AP1000海阳核电站 (以下统称:海阳核电) 主蒸汽的主给水系统管道质保等级为QA1级, 在发电机组正常运行时, 通过主给水管线给两台蒸发器供水。海阳核电主给水管道都是大口径大壁厚无缝钢管, 采用对接接头通过氩弧焊打底手工电弧焊填充盖面的方法进行连接, 工艺要求严格、焊接所需时间长、质量验收严格等特点。为保证主给水管道焊口的质量, 海阳核电对焊接施工进行了全过程质量监控。

一、焊前准备

1. 组织机构和人员配备

首先, 需要设立健全的监督检查制度。针对主给水管道安装施工, 在现场设立健全的施工组织机构, 做到管理上有人负责, 技术上有专人把关;实时二级QC专人检查跟踪, 质保专人监督, 做到凡事有人监督检查。

其次, 施工人员素质合格, 焊工、管工、热处理工等需求必须满足施工要求。海阳核电主管道焊接采用的是窄间隙氩弧自动焊接技术, 而主给水管道焊接采用的是人工氩电联焊, 所配备的焊工必须具有良好的身心素质, 具有丰富的焊接实际操作经验和过硬的技能操作水平, 经过严格的核电质保、专业理论知识以及技能操作培训, 按HAF603 (2007版) 、ASME第Ш卷NC分卷 (1998版, 2000增补) 以及ASME第Ⅸ卷 (现行版本和增补) 的要求考试取得相应资格才可上岗工作。

2. 工机具准备

主给水管道焊接过程中所使用的工机具必须是经过报验或标定, 且功能和数量均能满足施工要求, 如, 逆变直流氩弧焊机至少两台 (并配备充足的99.99%氩气) , 管道坡口加工机至少一台, 热处理温度设备至少两台, 其他设备和检测机具也应齐全。

3. 材料准备

与常规压力容器相比, 核电用材料具有:核设备用金属材料设计考虑因素多、质保体系要求严格、化学成分要求严格、力学性能试验项目多、质保要求严格、无损检查要求更严格, 等特点, 所以主给水管道焊接过程中所用的材料必须进过严格的进场验收, 且施工过程中要严格遵守管理程序。

海阳核电主给水所用的成品管件的坡口由生产厂家完成, 在焊接前进行表面抛光。直管段则是施工队用管道切断坡口机首先将进行切断并进行坡口加工, 要求坡口表面及坡口内外两侧30mm范围内光滑、无油污、无氧化层、裂纹、夹层、毛刺等现象, 凹凸不平处应打磨平整。然后将余量切除, 端面倾斜偏差不大于3mm (根据标准PFI ES-3 2000版) 。

4. 焊接环境

焊接施工不得在下列任意一个情况下进行:

a、焊接环境湿度大于90R H%, b、施焊区域有雨雪冰雹飓风等不良环境, c、氩弧焊接时风速大于2m/s, 手工电弧焊接时风速大于8m/s。

另外, 现场安装的焊接如出现高空作业等特殊情况, 必须采取相应措施, 出现受限空间则需要进行模拟试验, 在试验结论为可行的情况下方可进行施焊。

5. 焊接工艺

主给水管道焊接采用传统的手工焊接方法, 即氩弧焊接打底, 焊条电弧焊填充、盖面, 整个过程采用双人对称焊接。主给水管道对接焊缝焊接参数如表1

坡口形式以及尺寸一般随板厚而变化, 同时还与焊接方法、焊接位置、热输入、坡口加工方法以及工件材质有关【2】。管道的制造误差为管道组对增加了难度, 错边量以及同轴度难以控制。主给水管道焊接, 在保证壁厚满足设计要求的情况下, 采用内坡口加外U形式坡口如图1所示。

二、焊接过程的控制

1. 组对

采用点固棒进行组对点焊固定, 点固棒沿焊缝周向均匀分布, 点固棒焊接必须有评定合格的WPS作为指导, 且点固棒材质与管道母材是相同的P-NO.材料。组对焊接的点固焊缝不得有裂纹、气孔等缺陷。点固棒去除严禁锤击去除, 且对去除后部位进行表面PT检测合格后才可进行下一道工序。

2. 焊前预热

采用电加热方法进行预热, 将加热片包裹在焊口两侧, 加热时热量从两侧沿管壁传至焊缝, 由于热量的散失导致坡口处温度始终低于预设温度 (温差在50℃左右) , 所以设备的预设温度要高于WPS要求的预热温度50℃左右, 且必须封堵管端并包裹“焊缝”。焊口预热温度以实际测量结果为准。

3. 焊接

焊接过程中, 禁止管道坡口外母材上引弧焊, 焊接接头错开, 层间温度控制在150~250之间, 焊接完每一层每一道必须进行目视检查, 将药皮、飞溅等杂物清理干净, 去除质量差的焊道接头以及不良缺陷。盖面过程中视情况增加修饰焊道以备修整径向收缩。在最后一层结束时, 焊缝须保持预热温度, 施工班组需马上进行一次目视, 检查焊缝以及临近25mm区域表面的质量, 以便对焊接缺陷及时打磨修补。

若焊接需要中断, 则必须在焊缝至少有10mm厚度已经熔覆或25%的焊接坡口已经填满的前提下。焊接中断后不得将加热电源关闭, 应将被焊管段的两端封堵, 用保温棉将焊口包裹并将热处理加热器的预设温度调至消氢处理的温度 (200~400℃进行保温) 。

焊接过程中, 通过铅坠和钢尺进行测量, 加强焊接过程的变形监控, 以便及时调整焊接顺序进行纠正。

4. 焊后热处理

焊接完成后, 如果不立即进行焊后热处理, 焊缝要一直保持预热温度直到焊后热处理;如果立即进行焊后热处理则需要先进行消氢处理, 即200-400℃保温至少4小时, 缓慢降温至环境温度后再进行焊后热处理。热处理前还需清理焊缝及其周围的飞溅等影响热处理的杂物, 以保证热电偶的固定和热处理后母材的清洁度。

热电偶安装时, 须将其头部位于焊缝预热影响区且紧贴部件表面, 由于主给水管道管径较大, 为保证温度反馈正常, 至少要安装3个热电偶, 均匀固定在管道周向位置。在热处理过程中, 热处理人员需时刻监控热处理反馈的升降温速度, 最高温度, 保温时间, 温度记录仪的状态等信息。

三、焊后检查

1. 焊缝打磨和标识

主给水焊缝属于在役焊缝, 焊缝打磨应严格按照ASME第Ш卷NC分卷要求, 打磨距离为焊缝两侧各150mm或两倍壁厚加100mm两者取较大者, 表面粗糙度为250micro-inch (6.3Ra) 以上, 平整度满足每英尺 (25.4mm) 不超过1/32英寸 (0.79mm) 的凹陷。焊缝以及焊接热影响区与母材要平滑过渡。对于存在外错边的焊口, 应将焊缝表面焊接或打磨成不小于3:1的坡度。焊缝标识钢印标识, 深度为1mm以内, 标识高度4~6mm, 应包括图纸号、管线号、焊缝号等内容。

2. 焊缝质量检查

焊缝质量以及标识需经过焊缝目视检查, 主要内容:标识内容、位置及标识方法的正确性、表面粗糙度、焊缝质量等。焊缝质量要求不得有表面焊接气孔、焊接裂纹未焊透 (仅适用于易于看到的内表面) 、表面未熔合等缺陷出现, 对于咬边的缺陷不超过1/32in且不应侵入所要求的截面厚度以内。目视合格后, 对于主给水管道环向对接焊缝, 进行100%RT检测, 角焊缝或其他无法R T检测的焊缝对可达表面进行PT检测, 所有经过热处理焊缝都进行100%MT检测。缺陷判定根据ASME第三卷NC-5352。结束语

中国核工业第五建设有限公司施工总承包部在海阳核电主给水大口径大壁厚管道焊接施工过程中, 把握了每一个质量控制质要点, 采取了有效的质量控制措施, 通过全程监控, 保证了质量。主给水管道的焊接质量合格率达到了工程质量技术要求, 充分证明了海阳核电对大口径大壁厚管道焊接质量管理的科学性、可行性和可靠性, 为大口径大壁厚管道安装质量控制提供了宝贵经验。也充分证明过程控制是焊接质量控制的关键。

摘要：焊接是管道安装工程质量形成过程中的关键工序, 焊接质量的好坏直接影响着工程的竣工验收和系统的安全运行。然而一般焊接质量控制往往只重视焊前和焊后, 却忽略了焊接过程的控制。大口径大壁厚管道的安装工序多, 难度大, 焊接过程中每一道焊缝的焊接需要进行全过程质量控制, 才能保证管道焊接施工质量。

关键词：核电,主给水,管道,焊接,质量控制