中国核工业第五建设有限公司 上海 201512
摘要：AP1000核电CV属于MC级设备，CV设备由底封头、11圈筒体板和顶封头组成。底封头是最先制作的模块，其内径39.624m，高11.4299m（上口至内底），由4圈钢板（5B板、4B板、3B板、2B板）组成。本文根据CV底封头焊接施工特点，分析其质量控制重点，并对相关质量控制重点进行有效跟踪，落实到各焊接施工步骤中，确保焊接施工质量。
关键词：CV底封头，焊接，质量控制。
1.引言
AP1000核电安全壳由两层组成，其外层为钢筋混凝土屏蔽构建物，内层为椭球形封头的圆柱形钢制容器，即钢制安全壳（CV），均属于抗震I类部件和构建物。钢制安全壳（CV）是AP1000核电非能动安全技术的典型应用。钢制安全壳（CV）是AP1000核电的第三道安全屏障，在反应堆冷却剂失水事故中包容堆芯辐射，是冷却系统中最重要的设备之一[1]。本文主要介绍了CV底封头的焊接质量控制，按照焊接过程分解焊前、焊中、焊后三个阶段，对每个阶段的各施工步骤进行逐一分析质量控制要点。
2.CV底封头简介
AP1000核电CV属于MC级设备，它由上下对应的2个碗状封头（底封头和顶封头）和11圈筒体板构成，直径约40m，高度约66m，总重量约4000t。底封头是最先制作的模块，其内径39.624m，高11.4299m（上口至内底），材料为SA738-Gr.B，属于低合金钢，由内向外各圈（由4圈钢板，分别为5B板、4B板、3B板、2B板）钢板数量分别为2、6、24、32块，板厚41.3mm，底封头板的对接焊缝长度约697m，单板最大重量10.5t，总重约678t（考虑附件重量）[2]。如下图1.1。
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图1.1 底封头示意图
3.CV底封头模块焊接质量控制重点
3.1焊接施工特点
底封头所有焊缝均为对接全熔透焊缝，采用X型坡口，清根焊的方式进行组装焊接。
底封头的组装在三门核电现场的组装车间内进行。该车间位于海边，有较强的海风，且该车间只设有顶棚，四周均无防护，无防风、防寒作用，且只能对一般的雨雪有遮挡作用，在风速较大的情况下仍会有雨雪飘落进车间。
3.2焊接质量控制分析
根据底封头焊接施工特点进行分析可以得出：（1）底封头各圈的钢板数量不同，纵缝数量不同，将导致各圈焊接变形量不一致，影响环缝的组对和焊接，从而影响底封头的结构尺寸和焊缝质量；（2）底封头组件多，焊缝多，在运输储存、组对调整、焊接施工等过程中，必将使用大量吊耳、工装等临时附件，易出现临时附件的焊接及去除的施工记录不规范、不完整等问题；（3）焊接环境风速过大或环境湿度大，焊缝易产生气孔、夹渣、成型不良等缺陷。
4.CV底封头焊接过程质量控制
4.1焊前质量控制
4.1.1组对
底封头板在完成吊装就位后，将进行焊缝组对工作，在组对施工时需要完成焊缝标识、焊前清理（定位焊区域）、临时附件的焊接。在组对调整过程中常需要焊接一些临时附件来进行调整钢板的组对情况，焊接临时附件时，应保证附件材质与母材材质保持一致，临时附件焊缝的焊脚不得小于5mm；焊接完成后应检查焊缝是否存在裂纹。在组对施工过程中，质量控制重点：（1）焊缝标识的正确性（2）焊前清理情况（3）临时附件焊缝的焊脚尺寸。
4.1.2定位焊接
在焊缝组对情况满足要求后，施工班组应对焊缝进行定位焊接，定位焊缝的长度为50~100mm左右，间距250~300mm（可根据现场实际情况，增加或减小定位焊长度、间距），焊接完成后应核实焊缝是否存在裂纹。
定位焊接施工过程中的质量控制重点：（1）定位焊的预热及层间温度控制（2）定位焊缝的焊缝质量。（组对间隙较大处易存在焊缝开裂的问题）
4.1.3定位焊后组对检查
（1）在焊缝完成定位焊后，质检人员应当对焊缝的组对情况进行检查。（2）组对间隙要求为0~5mm，当焊缝组对间隙小于等于5mm时可直接进行焊接。当组对间隙大于5mm小于10mm时，焊接时使用陶瓷衬垫或SA738 Gr.B材料的衬垫。（3）组对错边量应小于等于3.2mm。在错边量无法调整时，在允许公差范围内应修整成平滑过渡，在完工的焊接宽度范围内的斜度至少为3：1，必要时，在焊缝边缘的外侧堆焊附加焊缝金属。（4）定位焊后组对检查的质量控制重点：组对间隙5mm/10mm左右的位置应仔细测量，如组对超过5mm，则必须使用衬垫，如超过10mm则应开启NCR进行处理；坡口组对错边量不得超过3.2mm，若错边量大于3.2mm且无法调整，则需开启NCR进行处理。
4.2焊中质量控制
4.2.1内侧打底及2~4层焊接
由于底封头焊缝采用清根焊，为便于清根作业（使用碳弧气刨），故采用内侧打底，外侧清根的方式。为减少焊接变形，底封头焊接根据焊缝的类型不同，分别采用了分段焊、跳焊、对称焊、预留焊缝等形式来控制焊接变形。如环焊缝焊接采用分段同向焊接，内侧按顺时针方向，外侧按照逆时针方向焊接，焊工均匀分布。
内侧打底及2~4层焊接的质量控制重点：（1）底封头整体的焊接顺序，如环焊缝两侧的纵焊缝焊接完成80%后（预留段除外），方可进行该条环焊缝的定位焊接；（2）单条焊缝的焊接顺序，如第一圈纵缝需至少两名焊工进行对称分段焊接；（3）焊接预热及层间温度控制；（4）根据内侧焊缝填充情况可适当调整填充厚度，焊缝填充厚度过小，在外侧背面清根时容易出现内侧焊缝开裂。
4.2.2外侧清根及PT/MT
在内侧完成打底及2~4层焊接后，施工班组转至底封头外侧进行背面清根，外侧清根采用碳弧气刨的方式，气刨完成后需要使用砂轮机重新进行坡口打磨，打磨完成后进行NDE检测（PT或MT）。
外侧清根及PT/MT的质量控制重点：（1）外侧清根时应避免清根过深；（2）碳弧气刨完成后的外侧坡口应符合WPS的要求；（3）NDE检测完成后，坡口及焊缝两侧的检测材料应彻底清理。
4.2.3完成焊接
外侧清根及PT/MT完成后，施工班组进行外侧焊接，在外侧焊接3层后，现场可根据实际情况优先采用内外侧交替焊接来减少及控制变形量。当焊接变形较大时，应及时焊接工装卡具进行机械调整。
在填充、盖面焊接时应注意焊道宽度，焊条摆幅不得超过焊条直径的3倍。
最终焊接完成后在对焊缝表面进行打磨时应注意焊缝两侧熔合线的打磨，避免打磨过度导致焊缝低于母材的情况发生。完成焊接的质量控制重点：（1）焊接变形的控制（2）焊道宽度的控制（3）焊接预热及层间温度控制（4）最终焊缝质量。
4.3焊后质量控制
4.3.1最终焊缝NDE检测
最终焊缝应进行目视检测、液体渗透检测/磁粉检测、射线检测、真空盒泄漏检测。同时根据现场施工实际情况，在最终焊缝进行NDE检测前对施工过程中的临时附件进行去除，去除完成后与最终焊缝一同进行NDE检测（去除区域需进行PT/MT检测）。最终焊缝NDE检测的质量控制重点：（1）最终焊缝NDE检测要求（2）临时附件焊接及去除的施工记录的完整性。
5.结束语
通过对CV底封头焊接施工特点分析及焊接施工过程步骤的分析，明确了过程中质量控制重点，作业人员及质检人员严格按照相关要求进行见，基本杜绝了焊道超宽、环缝开裂、电弧击伤、施工记录不规范等问题的发生，同时整体焊缝RT检测合格率也超过97%，满足合同中不低于96%的要求。
参考文献：
[1]孙汉虹，《第三代核电技术AP1000（第二版）》，中国电力出版社，2015
[2]李会永，王军涛，AP1000核电站钢制安全壳底封头组装焊接质量控制[J]，广东化工，2012，39（8）：183-184