浅析“华龙一号”核电环吊轨道焊接管理

浅析“华龙一号”核电环吊轨道焊接管
理
摘要：随着核电技术设计新理念的发展，“华龙一号”首堆福清5号机组核
环吊轨道进行了改进，由原压板连接方式改为焊接。

本文概述了核环吊轨道焊接
相关工艺要求，从管理方面分析了焊缝缺陷产生的原因，并制定改进措施，望该
课题的研究，对后续核电建安阶段核环吊轨道焊接管理起到借鉴与参考作用。

关键词：环吊轨道；焊缝缺陷；原因分析；优化措施
1前言
核电站用特种重型环形桥式起重机，简称核环吊，环吊车轮沿着环形鸵座上
部的环轨运行，为核反应堆厂房内的重型设备安装、维修以及换料提供吊运服务。

核环吊轨道（以下简称“环轨”）焊接从设计到制造、安装，以及检验均有极为
严格的要求，因此确保环轨焊接质量显得尤为重要。

本文结合实际工作，以福清
核电站5号机组环轨焊接为例，阐述了焊接管理的几点认识。

2概述
“华龙一号” 环轨采用德国DIN536标准的A150起重机轨道，材质为90V
级别，在地面进行组装、调整和焊接工作，接头分为90°直接头和45°斜接头，其中直接头进行焊接，斜接头不焊接，环轨焊接完成后为5段72°弧长轨道，与
环承梁组装成环形，调整斜接头间隙值满足6至10mm，以满足核环吊安全运行需求。

3环轨焊接工艺
3.1 焊接工艺参数
图1：环轨截面分区示意图
环轨焊接方法采用SMAW，直流反接极性，焊条直径5mm、型号为E5015和
E8515-G，环轨底部用E5015焊条，环轨中部及环轨顶部使用E8515G焊条，如图1；轨道底部/中部焊接电流250A-280A，轨道顶部焊接电流为180A-200A。

3.2 热处理参数
对环轨进行焊前预热，温度达300-350℃，每边预热长度200mm；焊接完成
后将焊缝后热到600℃，用至少20mm厚的石棉布将环轨焊缝盖好，缓冷至常温。

4 环轨焊接工作流程
图2：核环吊轨道焊接工作流程
4.1先决条件检查
按照“人机料法环”原则进行先决条件检查。

4.2组对
在环梁上布置支撑工装，防止环轨焊接变形；在焊缝位置下铺垫四层石棉布，石棉布上放置铜垫板，焊缝间隙为25mm。

4.3预热
反复进行加热，预热温度需达300-350℃，每边预热长度为200mm；预热温度使用测温仪进行检测。

4.4 焊接
单个环轨焊缝焊接顺序：底部焊接→中部焊接→顶部焊接。

所有焊缝分为五个阶段焊接，每焊接完成一个阶段，对环轨重新拼装并检测弧长数据。

4.4.1 焊前准备
环轨焊接前搭设简易棚和作业平台；在环轨上做出标记点，观测焊接期间是否变形并及时调整；焊接环境要求风速不超过8m/s，温度不低于15℃，湿度不超过90%；焊材验收合格，焊条烘干处理后放入保温筒。

4.4.2 环轨底部焊接
预热环轨温度达300℃至350℃，底部应焊满并清除焊渣，焊接过程中低于300℃，则重新预热轨道。

4.4.3 环轨中部焊接
环轨两侧紫铜胎板安装好并留出间隙，中部焊过程中每层进行焊渣清理，轨道两侧边焊接应避免熔池凝固过快造成夹渣。

4.4.4 环轨顶部焊接
轨道中部焊接完成后，待环轨上部温度降至300℃时，开始焊接环轨顶部，焊接完成后清除焊渣。

4.5 后热
轨道顶部焊接完成后将环轨加热至600℃以上，保温5-10分钟，用四层石棉布将轨道接口处盖好，使轨道缓冷至常温，拆除所有的环轨固定措施。

4.6 焊缝打磨
打磨前加热环轨至150℃左右，环轨工作面采用砂轮机修磨环轨接口处，打磨焊缝与两段环轨光滑过渡，非工作面打磨圆滑即可。

4.7 焊接后检查
焊缝焊接后进行液体渗透检查无裂纹为合格。

5环轨焊缝缺陷及原因分析
5.1环轨焊缝缺陷
福清5号机组环轨焊接完成后，部分焊缝因裂纹和未熔合等较多焊缝缺陷，缺陷位置产生在轨道底部和腰部，现场开启不符合项进行返修处理。

5.2原因分析
5.2.1 焊缝缺陷产生机理的原因分析
针对环轨焊缝缺陷裂纹、未熔合的产生机理并结合实际情况进行原因分析。

产生未熔合的主要原因：
1）焊接过程中使用电流过小或焊速过快；
2）操作方法不当，如运条速度过快、焊条角度不当、电弧偏吹、焊条摆幅不当等；
3）焊条和焊道清理不干净，存有杂物，影响熔合。

产生裂纹的主要原因：
1）环轨材料的含碳量高，淬硬倾向大；
2）板厚大，约束应力强，焊接应力无法释放，导致裂纹的产生。

5.2.2 焊接先决条件原因分析
由于现场施工条件的限制和变化，不能合理有效控制导致焊缝缺陷的产生。

人：虽然所有参与施工的焊接、热处理、无损检测人员资质均满足要求，但
焊工对施焊方法和技巧掌握不足，且焊工轨道焊接练习操作次数少，缺乏环轨焊
接经验，未能掌握焊接技巧，责任心不强，焊接时清渣不彻底。

机：焊接设备、工机具、吊索具均检查合格，但环轨焊接打底过程中弧吹造
成液态熔敷金属在工装底部铜垫板流动，难以熔合，施焊困难，焊渣不易清理。

料：环吊轨道母材材质特殊，焊材采用高强度焊条，直径较大（Φ5.0mm），该焊条焊接电流大，焊接操作掌控不足。

法：未明确环轨焊缝目视检测标准，如气孔、未熔合等焊缝缺陷检查标准。

环：现场环轨焊接施工环境相比车间条件较差，轨道长度、焊工技能状态、
热处理温度控制等方面存在差异。

6环轨焊接优化措施
6.1优化焊接方法
6.1.1 优化环轨底部焊接
若轨底焊接完成后，安装的紫铜胎板与轨腰间的缝隙往往过大，导致环轨中
部焊接时熔池容易流出，难以凝固，焊接实施困难。

经实践研究确定：焊至距离
轨底上部预留1至3mm停止轨底焊接（不焊满状态），安装轨腰两侧紫铜胎板完
成环轨中部焊接，待两侧紫铜胎板拆除后将轨底上部进行焊接填满。

6.1.2 优化环轨中部焊接
环轨中部焊接过程中每层进行清渣，导致母材温度降低造成多次加热，不利
于焊缝质量。

经实践研究确定：轨道中部采用不清渣连续密封焊接法（过程中不
用清理药皮），过程要求快速更换焊条，焊条运焊至轨道两侧边缘时多停留几秒，避免熔池熔渣凝固太快造成夹渣，也便于药皮从轨腰和紫铜铜板的间隙溢出。

该焊接方法需强化焊工焊接过程练习，环轨焊接焊工上岗前进行考核，同时
加强焊工责任心，技能满足要求方可同意进行现场焊接。

6.2优化工装装置
环轨焊接采用工艺要求采用特殊工装（紫铜胎板+弓形卡兰+铜垫板），但焊接过程中弧吹造成液态熔敷金属在底部铜垫板上流动，难以熔合，施焊困难，容易造成未熔合缺陷。

经工艺改进并试验：环轨焊接时将底板铜垫板更改为钢垫板（厚度3至10mm），焊接完成后切割打磨去除底部钢垫板，轨道底部焊缝经检测后未发现任何焊缝缺陷。

6.3增加补焊工艺
增加环轨补焊工艺，并采购增补焊材3.2mm焊条，型号为E5015，焊接方法采用SMAW，直流反接极性，补焊电流80A-140A。

6.4增加焊缝目视检测
增加焊缝目视检查（VT）依据钢结构焊接规范验收标准。

6.5改进保温措施
石棉布包裹的环轨焊缝两端的长度各增加至400mm，以降低环境温度对环轨焊接温度及保温造成的影响。

7结论
“华龙一号”福清核电6号机组环轨采取改进措施后，和5号机组环轨焊接相比，6号机组环轨焊接期间施工工序衔接流畅，焊缝缺陷数量明显减少，焊接质量大幅度提升，且环轨焊接工期比5号机组缩短20天，实践证明环轨焊接工艺优化措施有效可行，为后续核电建安阶段核环轨焊接管理积累了宝贵经验。