CPR1000核电站核岛主蒸汽管道自动焊工艺研究与实施

CPR1000核电站核岛主蒸汽管道自动焊

工艺研究与实施

摘要：CPR1000堆型核电站核岛主蒸汽系统管道焊接属大厚壁管道焊接，一

直采用手工组合焊接工艺，要求焊接操作人员具备优秀的技能水平，焊接强度高，是核岛二回路中焊接质量保证的重要一环。本文主要讲述利用成熟的窄间隙自动

焊工艺，模拟核岛主蒸汽管道的焊接的要求与特点，从焊接坡口、工艺参数、焊

接过程控制、加热保温装置等方面进行研究，验证窄间隙自动焊工艺的可靠性与

可行性，分析具体的实施方案及相关问题的解决措施。

关键词：CPR1000 ；主蒸汽管道；窄间隙；自动焊工艺

1.

前言

CPR1000堆型核电站核岛主蒸汽系统（VVP系统）管道负责把主蒸汽从核岛

输送到常规岛，然后供应给主汽轮机及其他用汽设备从而产生电能，在核电站运

行中具有举足轻重的作用，其由主蒸汽管道、主蒸汽隔离阀、机械贯穿件、主蒸

汽安全阀、防甩支架以及横向限制件等特殊装置组成，特殊装置众多、结构复杂，具有施工技术繁琐和逻辑施工性较强等特点。

CPR 1000核电厂主蒸汽系统管道管径为32″，材质是P280GH,厚度32mm—

39mm，主要焊接工艺是采用氩弧焊打底，手工电弧焊填充和盖面的焊接工艺，进

行单层多道焊，坡口较宽，熔敷金属填充量大，焊接时需要预热、后热和消除应

力热处理，该焊接工艺生产效率低，且焊工的劳动强度大，焊接周期长，更重要

的是对焊工技能水平的要求较高，焊接质量不够稳定，容易受技能水平、环境等

因素的影响而无法得到有效控制。

焊接过程的自动化，是近代焊接技术的一项重要发展。它不仅标志着更高的

焊接生产效率和更好的焊接质量，而且还大大改善了生产劳动条件。自动化程度

将会成为衡量现代安装行业技术水平的重要标志之一，自动焊工艺的优点是：1.

生产效率高，缩短焊接施工周期；

2.

焊接质量高而且稳定，减少焊缝返修，焊接规范可自动控制调整，保持稳定；

3.

改善劳动条件，降低劳动强度。

1.

主蒸汽管道窄间隙自动焊工艺研究

1.

焊接设备：

在主蒸汽管道窄间隙自动焊工艺研究中，采用GT-VI型自动焊机，该焊机由

脉冲逆变焊接电源、监控系统、遥控系统、焊接机头、焊接轨道组成，具备弧长

可调节、实时监控、高频脉冲、电弧稳定等功能，能够精确地控制焊接热输入，

可以以较低的热输入获得较大的熔深，从而减少了焊接热影响区和焊接变形，满

足高质量的焊接需求。

1.

焊接坡口设计

窄间隙在厚壁管道焊接中是一种高效的焊接方式，采用狭窄U型坡口设计具

有大幅度减少焊缝截面积及焊材填充量的作用，降低成本，提高生产率，同时减

少焊接残余应力和变形，而且在不太大的均匀焊接热输入条件下热影响区窄、焊

缝金属晶粒细小、强度及冲击韧度良好、成分均匀，焊接收缩变形均匀。

1.

焊前准备

焊前清理是保证焊接质量的重要环节，为保证焊接质量，对焊接坡口和内外壁50mm范围内进行打磨至金属光泽，彻底清除坡口附近的油、锈等影响焊接质量的杂物，然后进行液体渗透检测，排除母材表面存在缺陷的可能。

1.

焊接材料

主蒸汽管道自动焊的工艺研究模拟试验，采用与核岛现场同牌号的母材，

P280GH，规格为812.8×32mm，焊材采用ER70S-6碳钢焊丝，Φ1.0mm，保护气体使用≥99.999%的高纯氩气。

1.

焊接工艺技术规程

表1焊接工艺概况

坡口清理

钢丝刷刷拭是否清根□有■无

方式

其他N/A依据标准RCC-M2000+2002补遗

表2：焊接工序

4盖面焊道工序

3填充末期焊道工序

2填充焊道工序

1根部焊道工序

焊接位置5GT

预热温度125～200℃

焊接层间温度125～200℃

焊接工序

1.

热处理工艺

据相应标准要求，对于主蒸汽管道的焊接工艺需要预热、后热及消除应力热

处理，可改善焊缝金属的二次结晶，提高焊缝金属的性能，消除焊接残余应力，

降低淬硬倾向，避免出现冷裂缝。采用履带式电阻加热，包裹保温棉进行过程保温，关键的难点就在于加热履带及保温棉的布置是否会影响焊接设备的轨道。

1.

试验焊缝的检测

焊缝焊接完成后，按照RCCM工艺评定的制作要求，对焊缝内外表面进行了

外观检查，并进行了相应的PT、RT检测和破坏性试验，结果均符合要求，从数

据上证实了自动焊工艺的可靠性。

1.

现场主蒸汽管道实施自动焊的难点

影响现场管道安装自动焊焊接的因素很多，主要有工艺技术参数、焊缝位置、焊机机头及轨道尺寸、坡口加工、焊接过程监控、施工逻辑等，各因素都可能对

现场的焊接造成影响。

从我们的工艺试验阶段，已对技术参数、机头轨道的布置、坡口尺寸等与工

艺相关的重要因素进行了分析和试验验证，下面将主要针对窄间隙自动焊工艺在

现场的的具体应用中可能存在的问题进行分析。

1.

焊接施工逻辑

由于主蒸汽管道系统装置较多，环境结构复杂，需根据施工逻辑顺序来梳理

自动焊的应用范围与实施顺序。VVP焊口在焊接时，带调节余长的焊口必须留到

最后才焊，因为在切割余长时不仅要考虑土建及预制、安装过程中的误差，还要

考虑焊口焊接的收缩量，在进行管道焊口焊接时，要认真记录焊缝的焊接收缩量，以便给切割余长提供可靠的数据；其次是确定焊接的先后顺序，必须等到前一焊

口消除应力热处理结束并探伤合格后方可进行下一步焊接，以免造成后续的无法

进行缺陷返修工作。