反应堆压力容器终接环缝焊后局部热处理工艺

反应堆压力容器终接环缝焊后局部热处理工艺

反应堆压力容器用于固定和包容堆芯及堆内构件，使核燃料的裂变反应限制在一个密封的空间内进行，它和一回路管道共同组成高压冷却剂的压力边界，是防止放射性物质外逸的第二道屏障之一。可以毫不夸张地说，反应堆压力容器是核电厂最重要的设备之一，是整个核电站的心脏。反应堆压力容器的结构如图1所示。

图1 反应堆压力容器简图

反应堆压力容器主体材料为锰-镍-钼合金钢锻件，制造的关键工艺之一是焊接，焊接一般均采用埋弧自动焊，焊接后需要进行焊后热处理(post weld heat treatment，PWHT)，以消除焊接残余应力和改善焊接接头组织和性能，焊后热处理对压力容器制造质量的影响是至关重要的。国内制造厂家在反应堆压力容器设备最后一道环缝(称为“终接环缝”)焊接完成后，一般都采用最终设备整体进炉焊后热处理，热处理之后进行再对密封面、定位键槽、螺纹孔和吊篮支承面、进/出口接管支承、出口接管内凸台、5mm检漏孔、径向支承块和进/出口接管安全端坡口等位置进行最终精加工，以满足设计要求。然而反应堆压力容器的容器组件尺寸大，重达三百多吨，加工精度要求高，整体热处理工艺质量难以保证，也给最终精加工带来很大难度。若对反应堆压力容器组件采用在终接环缝组焊前分开精加工，而终接环缝焊后采用局部消应力热处理的工艺方案，可以较好地解决该难题。

1、反应堆压力容器设备整体热处理

目前，国内反应堆压力容器制造厂家在终接环缝焊接完成后，普遍采用设备整体进炉进行焊后热处理的方法，热处理加热、保温温度控制方便，热处理温度均匀、温度热应力小，设备最后一道环焊缝消应力效果较好。但反应堆压力容器的整体热处理也存在一些明显的弊端。

1)容器组件筒身变形量控制难度大。反应堆压力容器的容器终接环缝焊接完成后整体进炉热处理，制造商需要有大型的热处理炉，因容器组件高度有十多米，热处理炉高度受限制，垂直放置难度大，只能采用卧式放置，容器壁厚、重量大，加热和保温时间很长，最终消应力热处理温度高(595～620℃)，容器筒身容易变形，一旦变形过大，校正极其困难，只能采用对卧式放置的容器内部增加多道支撑环的方式防止容器筒身变形，从实际情况看，控制效果一般都不理想。

2)中子测量管管座的变形量控制难度大。根据设备技术要求，在中子测量管管座与下封头焊接完成后，应采用直径为14.5mm的不锈钢棒对每根中子测量管管座作通棒试验，以确保其焊接后满足图纸规定的位置度为2mm的要求。采用整体进炉热处理前，50只中子测量管管座已经与下封头焊接完成，热处理前无法采用施加外力等措施预防中子测量管管座热处理过程中的轻微形变，最终热处理后重新检测发现，大多数中子测量管管座都无法满足图纸给定的位置度要求。

3)径向支承块等的精加工难度大。4只径向支承块下端面距离容器法兰密封面接近8.5m，精度要求高，一般机床无法满足其加工要求，只能采用特殊的小机床放置到容器内，增加了机床固定和加工的难度。一般只能将容器组件在现场安装就位后采用与堆芯吊兰筒体配装过程中逐渐研磨的办法才能满足精度要求。

4)反应堆压力容器其他不需要热处理的区域进行了热处理。反应堆压力容器最终热处理主要目的是消除容器终接环缝焊接产生的残余应力，采用整体热处理就会对容器其他不需要热处理的区域也进行了热处理;这样反而对这些区域的材料组织结构、清洁度控制和容器内壁堆焊的不锈钢耐蚀性能带来了不利影响，也增加了这些区域再次无损检验验证的工作量。因此，如果能对反应堆压力容器终接环缝采用焊后局部热处理的方法，可以避免上述整体热处理不足。

5、结束语

从该反应堆压力容器终接环缝装配及焊后局部热处理结果来看，较好地解决了整体热处理的不足，把压力容器所有的最终精加工问题都在制造厂内解决，同时简化了加工工序，缩短了产品制造周期，是一个很好的创新，值得其他反应堆压力容器制造厂家借鉴。当然，鉴于反应堆压力容器设备的特殊性以及局部热处理的局限性，对终接环缝的局部热处理提出了更高的要求，制造厂家和设备监造人员在工作中应给予足够的关注。