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AP1000大口徑循環(huán)水系統(tǒng)厚壁管道制作安裝的質(zhì)量控制

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本文結(jié)合AP1000循環(huán)水系統(tǒng)管道制作和安裝的實(shí)際情況，重點(diǎn)介紹循環(huán)水系統(tǒng)厚壁管道制作安裝的工作流程及質(zhì)量控制要點(diǎn)，可對(duì)后續(xù)同類項(xiàng)目以及類似管道的質(zhì)量控制提供借鑒和參考。

AP1000；大口徑；循環(huán)水；厚壁管道；質(zhì)量控制

1 前言

核電站廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)用于輸送經(jīng)循泵提升的循環(huán)冷卻水至凝汽器，然后由凝汽器排至虹吸井，某AP1000型核電站每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)兩根內(nèi)徑為DN4100mm的循環(huán)水管道作為供水和排水母管。循環(huán)水管道采用Q235A鋼板卷制焊接，最大厚度38mm，Q345A剛性環(huán)加固，最大厚度50mm，管道內(nèi)外壁均采用防腐涂料、外壁外加電流陰極保護(hù)。

循環(huán)水管段標(biāo)準(zhǔn)節(jié)每節(jié)長(zhǎng)6m，由兩張3m寬度的鋼板卷制拼接而成，單件含剛性環(huán)重量為34.8t，因外形尺寸大，焊縫多，返修返工困難，制作、焊接及熱處理控制等均需要采取一定的措施方能保證質(zhì)量可控，本文針對(duì)循環(huán)水管道的制作和安裝過(guò)程中的質(zhì)量控制重點(diǎn)和要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

2 制作安裝難點(diǎn)分析

（1）管道需現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行卷制焊接，圓度及精度要求高。

（2）制作安裝工序多，返修或返工難度大，過(guò)程控制尤為重要。

（3）單節(jié)6m鋼管有2道縱縫，1道環(huán)縫，18道剛性環(huán)對(duì)接焊縫，6道剛性環(huán)與鋼管角接焊縫，焊接工作量大，焊接變形控制較難。

（4）管道尺寸大，焊縫數(shù)量多，分布密，熱處理較為困難。

（5）內(nèi)外壁均采用油漆防腐，安裝時(shí)管內(nèi)有腳手架搭設(shè)、焊接、打磨等作業(yè)，油漆成品保護(hù)難度較高。

3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 下料尺寸控制

按圖紙和WPS要求對(duì)鋼板進(jìn)行下料，并按要求制備坡口，下料及坡口制備采用數(shù)控自動(dòng)切割機(jī)一次成型，切割面的熔渣、毛刺等用砂輪磨光，切割時(shí)造成的坡口溝槽深度不應(yīng)大于0.5mm。下料完成后，對(duì)鋼板坡口、尺寸等進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.2 卷制過(guò)程控制

卷制過(guò)程中，需要對(duì)管道不圓度進(jìn)行嚴(yán)格控制，在卷制前需制作找圓樣板，然后對(duì)下料好的鋼板采用900噸油壓機(jī)進(jìn)行模壓預(yù)彎，利用臥式卷板機(jī)進(jìn)行卷制，按鋼管的外徑要求將鋼板緩慢的卷制成圓形，一邊卷制一邊測(cè)量及樣板比對(duì)，為了避免卷制時(shí)曲率半徑過(guò)小，不允許一次卷制到位，當(dāng)卷制到鋼板兩端對(duì)攏時(shí)，按照WPS要求進(jìn)行外側(cè)點(diǎn)焊。

鋼板卷板應(yīng)滿足下列要求：

1)卷板方向應(yīng)和鋼板的壓延方向一致。

2)卷板前，應(yīng)將鋼板表面已剝離的氧化皮和其他雜物清除干凈。

3)卷板后，用樣板檢查弧度，其間隙應(yīng)符合規(guī)定。

3.3 焊接變形控制

3.3.1 坡口設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)接接頭形式的差別主要體現(xiàn)在板厚、坡口形式及尺寸、根部間隙和鈍邊等參數(shù)，這些參數(shù)直接影響焊縫的橫截面積，從而影響焊條（焊絲）的熔敷金屬量和輸入的線能量，最終導(dǎo)致焊接變形不同[1]。因此，需對(duì)坡口進(jìn)行優(yōu)化，并經(jīng)焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證選擇合適的坡口形式。

對(duì)于本文所述管道，根據(jù)母材、設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及綜合焊接效率、質(zhì)量考慮，經(jīng)焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證及變形量測(cè)量，選用非對(duì)稱X形坡口能較好的控制焊接變形量的同時(shí)兼顧焊接效率及質(zhì)量。

（1）利用激光傳輸，準(zhǔn)確度高。從無(wú)磁懸掛刻線處發(fā)射的激光是與鉆具軸線近似平行的直線，可以準(zhǔn)確地反映無(wú)磁懸掛刻線的位置，比目測(cè)的精度提高數(shù)倍，而且受雨、雪、大風(fēng)等惡劣天氣的影響較小。

3.3.2 合理的焊接工藝及順序

厚壁管道焊接的焊接順序一般有兩種，先焊一側(cè)后焊另一側(cè)和兩側(cè)交替焊接，先焊的部分能夠?qū)蠛覆糠值氖湛s變形起到約束作用，進(jìn)而影響最終變形。本文所述循環(huán)水管道制作焊接位置為1G，為避免管道多次翻轉(zhuǎn)，制作焊接順序選擇先焊大坡口側(cè)（內(nèi)側(cè)），后焊小坡口側(cè)（外側(cè)）的焊接順序。安裝焊接位置為5G，采用兩名焊工對(duì)稱焊接，先焊管道內(nèi)側(cè)焊縫，后焊管道外側(cè)焊縫。

管道制作對(duì)接焊縫焊接工藝采用單絲埋弧自動(dòng)焊，H08A焊絲，HJ431焊劑，440～610A電流，30～33V電壓，焊接速度370～380mm/min。剛性環(huán)對(duì)接焊縫采用單絲埋弧自動(dòng)焊，H10Mn2焊絲,SJ101焊劑，500～635A電流，29-34V電壓，焊接速度350～420mm/min。管道安裝對(duì)接焊縫采用C02氣體保護(hù)焊，ER50-6焊絲,162～231A電流，20～23V電壓，焊接速度105～125mm/min。

通過(guò)坡口優(yōu)化及選擇合理的焊接工藝和順序，經(jīng)對(duì)成品測(cè)量，管道圓度偏差、端口垂直度、直徑偏差、剛性環(huán)垂直度等關(guān)鍵指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 整體熱處理

3.4.1 熱處理工藝選擇

鋼管對(duì)接焊縫長(zhǎng)約20m，剛性環(huán)對(duì)接焊縫長(zhǎng)約12m，剛性環(huán)與鋼管角焊縫長(zhǎng)約79m，累計(jì)單節(jié)鋼管111m長(zhǎng)焊縫。焊縫數(shù)量多，拘束度大，殘余應(yīng)力大，因此需要采取措施消除殘余應(yīng)力。

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于小型焊縫，采用局部履帶式遠(yuǎn)紅外加熱的熱處理方式，但針對(duì)該鋼管特殊的形式，傳統(tǒng)履帶式加熱法存在較多不足：

1)人工綁扎需要大量的時(shí)間，效率低下。

3)角焊縫部位受加熱片的形狀影響，難以達(dá)到良好的熱處理效果。

綜合考慮工效及熱處理效果，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及建議，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)建造了整體熱處理爐，采用上下分體式結(jié)構(gòu)，上面爐蓋設(shè)計(jì)成與鋼管形狀相似的弧形結(jié)構(gòu)，下部設(shè)計(jì)成箱式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部包裹100mm厚的保溫棉，采用保溫釘、保溫壓板以及不銹鋼絲進(jìn)行固定[2]。

3.4.2 熱處理工藝參數(shù)選擇

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程，熱處理時(shí)著重對(duì)升溫速度、加熱速度、保溫時(shí)間、冷卻方式以及降溫速度進(jìn)行控制，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)DL/T 819《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》，經(jīng)焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證。經(jīng)焊后熱處理質(zhì)量評(píng)價(jià)及硬度測(cè)試，質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5 油漆成品保護(hù)

根據(jù)同類型循環(huán)水管道經(jīng)驗(yàn)反饋，某在建核電站的循環(huán)水管道在通水前檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁油漆大面積起層、脫落、部分區(qū)域管道鋼材表面出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，經(jīng)調(diào)查分析，油漆起層及脫落的主要原因?yàn)榘惭b過(guò)程中成品保護(hù)措施不到位以及現(xiàn)場(chǎng)安裝焊口手工除銹不徹底造成。因管道吊裝就位后，管道內(nèi)部焊接、打磨等作業(yè)不可避免，部分區(qū)域還需要進(jìn)行內(nèi)部腳手架搭設(shè)及拆除等。

在安裝完成后，對(duì)管道內(nèi)壁油漆采用涂層測(cè)厚儀和電火花檢測(cè)儀對(duì)漆膜質(zhì)量進(jìn)行檢查，整體效果良好，漆膜表面平整，劃痕磕碰等漆膜損傷質(zhì)量問(wèn)題大為減少，成品保護(hù)措施成效顯著。

4 總結(jié)

本文介紹了大型循環(huán)水系統(tǒng)管道制作安裝的流程，分析了存在的質(zhì)量控制難點(diǎn)，通過(guò)總結(jié)實(shí)施質(zhì)量控制重點(diǎn)措施，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，可為后續(xù)項(xiàng)目及類似管道或鋼結(jié)構(gòu)制作安裝提供借鑒，提高施工效率，保證施工質(zhì)量。

[1]曾志斌.大型鋼結(jié)構(gòu)厚板對(duì)接焊接變形試驗(yàn)研究.中國(guó)鐵道科學(xué).2009.

[2]謝忠.整體熱處理工藝在AP1000核電站循環(huán)水管道中的應(yīng)用.電站焊接學(xué)術(shù)討論會(huì).2010.

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