中国核工业第五建设有限公司 上海市 201500
摘要：核电机组凝汽器是凝汽式汽轮机系统的重要组成部分和辅机部套之一，是电力热力循环中的重要一环，对整个电厂的建设和安全、经济运行都有着决定性影响。凝汽器管束模块封口焊工艺是凝汽器安装过程中的重点、难点，同时也是对机组运行影响最大的重要工序，其因为管口数量巨大（以某核电项目为例，单台凝汽器共用12588根冷却管），对焊接质量的稳定性提出了非常高的要求。凝汽器封口焊在安装过程中发生了很多质量问题，给设备的制造及现场安装均带来了很大冲击，尤其是在核电现场进行返修难度大、工期长、返修成本居高不下。为了切实提高凝汽器封口焊质量，项目部对质量问题进行了原因分析，并对凝汽器封口焊焊接工艺进行了改进。
关键词：凝汽器；管子管板；封口焊；自动氩弧焊
引言
凝汽器属于表面式热交换器的一种，是核电站二回路凝结水系统中的重要设备。汽轮机内作过功的蒸汽进入冷凝器，冷却水（海水）在凝汽器冷却管内流动，蒸汽在管束的外表面受冷却凝结成水后进入循环水系统。冷凝器作为冷却二回路水的关键设备，对于保证一回路持续冷却、确保堆芯安全具有重要的意义。冷却管和管板密封焊作为核电站二回路循环水和海水冷却水的密封边界，由于焊缝的原始制造缺陷、异物的磨损、系统内介质的冲刷和腐蚀等原因，可能导致管板密封焊缝局部泄漏，进而导致密封屏障失效。如果不进行修复，海水进入核电站二回路后将影响二回路设备可用性和冷凝器的真空度，破坏核电站的安全运行。因此，必须对存在缺陷的管板密封焊缝进行修复，恢复其密封边界的完整性。
1凝汽器封口焊缺陷原因分析
1.1胀接不均匀、划痕产生的缺陷原因分析
凝汽器冷却管管束胀管数量巨大，在胀管过程中，若个别胀珠损坏，容易导致部分管板孔胀接后存在椭圆现象，造成胀接不均匀现象[6]。凝汽器管束在胀管工序后，会使用切管机和平管机进行切管和平管，由于切管机和平管机定位芯套材质为黄铜，易划伤钛管，另外芯套直径偏小，当其在钛管内高速旋转时，易在定位芯套外与钛管间嵌入铁屑，也会划伤钛管。
1.2结构设计存在泄漏隐患、换热管振动设计不符合设计标准
管子与管板存在质量问题，另外在制造安装阶段，管孔是否倒角，安装时的划伤、磕碰，以及管端胀接、焊接质量等均会影响凝汽器的焊接质量。补水等附加流体进入凝汽器的水质不达标也会造成凝汽器的泄漏隐患。
1.3封口焊成形不良及进深值不足原因分析
凝汽器管束封口焊进深值可理解为焊缝最小厚度。ASME标准中要求钛管封口焊缝的进深值应不小于管壁厚度。长期以来，凝汽器封口焊焊缝成形不良以及进深值不足等问题是制约封口焊质量的重要因素，经分析类似质量问题往往受焊接位置、工装夹具、制造工艺等影响，特别是产品焊缝见证件进深不足将对产品焊缝造成巨大的质量风险。
1.4凝汽器的磨损程度与分布，焊接工艺以及运行环境原因分析
分析其泄漏与磨损更有可能是由运行期间海水生物腐蚀、贝壳划伤、沙子冲蚀等造成的。由于电站处于海湾边，海水泥沙含量大、流速快，当海水所携带的颗粒状泥沙冲击冷凝管板时，以及其他物品冲击管板，最终造成其磨损与腐蚀。
2凝汽器封口焊工艺改进及成效
2.1优化焊接方法的选择
火焰钎焊是一种常见的焊接方法，利用可燃气体与氧气在焊炬混合喷出燃烧的高温火焰将母材金属加热到钎焊的温度后，加入钎剂、钎料。钎剂、钎料熔化后靠毛细作用在钎缝的间隙内流动，利用液态的钎料润湿性，填充接头间隙并与母材金属相互扩散连接焊件[1]。空调管路系统具有气密性的要求。火焰钎焊与其他焊接相比，具有成本低、劳动效率高、致密性好，操作简单等优点。
基于以上因素，在空调和制冷工业当中通常采用火焰钎焊方法连接大量的铜管接头。
2.2物料管控
按照物料管控制度，进行严格的管控，同时完成物料检验。对于未拆封物料，进行储存温度和湿度的控制，同时标明已拆封物料的时间。物料存储，要采用物料专用的防潮柜，确保存储温度和湿度的稳定。对于已经拆封，但是暂时不使用的物料，要重新进行真空包装。尤其需要关注的是焊膏的管控。焊膏的颗粒会影响的焊脚，因此，一是要保证焊膏的选择，二是要控制焊膏的存储。焊膏选择要结合焊接的焊脚微小程度，确保低于45mm。焊膏存储需要在冷藏恒温环境存储，温度要在3℃～10℃之间，使用时，要在室温下回温6小时。另外，焊膏使用前要完成搅拌，搅拌转速要达到1000转到1200转每分钟，搅拌3分钟，确保锡膏状态为流动状，拿起搅拌刀时，缓慢的下落，并呈现线状为宜。
2.3封口焊清洁度控制
（1）端管板组件装焊前检查清洁度。端管板来料时，仔细检查管孔内的锈蚀与防锈油涂抹情况，如有锈蚀或防锈油涂抹量不足，则在端管板组件装焊前对其进行清理和补涂防锈油。（2）端管板组件装焊时保护管孔区域清洁度。端管板组件装焊时，先在端管板碳钢侧管束区域内表面贴一层附膜防锈纸，在防锈油作用下，防锈纸会与管板表面紧密贴合，将管孔彻底保护起来，确保无飞溅和粉尘进入管孔。（3）端管板组件装焊后，管孔区域补涂防锈油。端管板装焊完成后，先用管道压缩气体吹干净碳钢层表面与管孔内壁表面的灰尘与杂质，仔细清洗后，在整个管孔区域内仔细涂覆防锈油，杜绝留下盲区。
2.4打底层焊接
①引弧：在管材坡口内部边缘采用具有高频引弧方式的焊机进行施焊引弧。②焊接方法：引着电弧后迅速将电弧压低至焊接接头金属熔池表面1～1.5mm处，并迅速将其移到坡口的钝边处，略做小幅度上下摆动，使坡口两侧金属充分熔化并形成清晰明亮的熔池后，送丝时按锯齿型运条方法进行施焊。其中，氩弧焊打底优先选用内填丝法，焊丝端头始终停留指向熔池上部，略微靠近管材内侧处。这种施焊方法有利于确保焊接接头根部焊透并可有效防止焊接接头产生内凹缺陷。③收弧：收电弧时应先减慢施焊速度，然后将焊接接头熔池填满，把电弧迅速移至坡口另一侧，逐渐减少焊丝对焊接接头的填丝量，快速前移并按下控制开关启动衰减装置灭弧。
2.5补焊修复
冷凝器密封焊缺陷的修复方案应综合考虑缺陷的尺寸和性质类型等因素，主要有焊接修复和安装堵头两种方式。安装堵头是依据管束的尺寸加工合适的堵头，利用焊接方法将堵头与管板焊缝熔合在一起，利用金属熔合达到一定的连接强度和密封性能。为确保堵头焊接的质量，堵头材质应选择与换热管管束同牌号的材质进行加工，被堵管的管板端部密封焊需要进行焊前打磨和清理，使之圆整清洁，堵头与管束有良好的装配。
结束语
通过分析核电站凝汽器管子管板封口焊接缺陷，总结了气孔、波纹、成形不良、进深值不足等缺陷产生的原因；提出通过调整焊接参数来优化焊接工艺，建立了相对精准定量控制凝汽器管子-管板封口焊缝的进深值方法和通过增加工艺参数调节试板的方式来调整焊接参数，确保焊缝质量，为核电制造厂分析凝汽器管束封口焊缺陷原因和制定工艺改进措施提供了参考方法。
参考文献：
[1]郭明河，李勇，罗海荣.立式浮动管板废热锅炉结构设计[J].化工设备与管道，2018，55（06）：9-12.
[2]邵伟，李斌.钛及钛合金换热管管头焊接质量控制[J].化工装备技术，2018，39（06）：48-50.
[3]王记兵，徐大鹿，孟多南，马志承，邢卓.紫铜管板胀焊工艺研究[J].中国化工装备，2018，20（06）：3-5.
[4]陈伟.空冷器管-管板焊接工艺探讨[J].科技经济导刊，2018，26（32）：72.
[5]梁艳.空冷器换热管与管板焊接工艺的研究[J].中国新技术新产品，2018（21）：55-56.