核电站环行起重机环梁焊接变形超差分析与研究

尹晓辉 刘荣(大连华锐重工集团股份有限公司,辽宁大连 116000)



核电站环行起重机环梁焊接变形超差分析与研究

尹晓辉 刘荣
(大连华锐重工集团股份有限公司,辽宁大连 116000)

【摘 要】核电站环行起重机沿着位于反应堆厂房上部的环形轨道行驶,它是核电站中的重要起重设备之一。针对核电站环行起重机环梁焊接变形超差的现象,从环行起重机的结构组成及环梁焊接过程中涉及的人员、设备、焊接数据包、焊接过程入手,找出环梁焊接变形超差的原因,并针对原因提出了解决对策,有效解决了环梁焊接变形超差的问题。

【关键词】核电站环行起重机 环梁 变形 焊接顺序 火焰矫正

1 概述

核能是地球上储量最丰富、高度浓集的能源，核能发电具有不排放CO2等温室气体的优势，还有燃料价格稳定，可确保能源安全的优点。目前随着国家能源结构的调整，我国已进入了核电的快速发展期，我国核电站的年建造数量位居世界第一。核电站中需要大量的起重运输设备搬运物料，其使用的起重设备有10余种类型，数量多达250余台，环行起重机位于核反应堆安全壳厂房的顶端(见图1)，用于吊运蒸汽发生器、反应堆压力容器等反应堆厂房内所需的吊运服务。

环行起重机一旦发生故障，只能对小部件进行维修，环梁做为承轨梁，根本不可能对其进行更换维修，由于这种高可靠性的要求，一旦环梁发生质量问题，将导致整个核反应堆封堆，并且永不再使用，这将会造成严重的经济损失，甚至可能导致核安全事故。

2 结构组成

图1 环行起重机

图2 环行起重机 环梁

环行起重机在环行轨道上运行，由工作小车、安装小车、桥架、旋转机构和水平轮、环轨、环梁及电控设备等组成。环梁是核电环行起重机的承轨梁，环梁的中心直径在Φ35000mm以上，见图2，环梁为梯形箱型梁形式，上盖板安装环轨，下盖板采用厚板兼做水平轮轨道，上下盖板厚度差较大且梁内各筋板为贯穿腹板式。整个环梁安装由六段环梁单体组成，对各段环梁单体的焊接变形要求较严，制造难度较大。环梁单体焊后要求扭曲小于等于5mm，环梁整体组装后要求上盖板平面度为10mm。

3 焊接变形超差原因排查

在对两台环行起重机共12个环梁单体焊后的检验时发现，有5个环梁单体焊后变形超差，其余7个环梁单体尺寸合格，根据这一现象，对可能造成焊接变形的几个环节进行了原因排查：

(1)环梁焊接工艺确认：组织公司内焊接方面专家对环梁的焊接数据包进行评审，首先CO2气体保护电弧焊在平焊、横焊、立焊时选取的焊材及对应的电流、电压及焊接速度，其次是焊前预热温度及焊接时层间温度的选取，通过评审认为环梁以上的焊接数据是适用的。(2)环梁单体焊接设备确认：所有的设备都在核电专用设备台账上，并且定期维护保养，相关的记录都能及时提供，而且7个尺寸合格的环梁单体也都是使用这些设备焊接的，因此，认为环梁焊接时使用的设备是合格的。(3)环梁单体焊接人员确认，所有焊接人员都在核电产品焊接人员台账上，都取得了相关的焊接从业资质证书，因此，认为环梁焊接人员合格的。(4)焊接及火焰矫正实施过程的确认，通过检查焊接过程记录卡及火焰矫正记录卡，发现焊接时个别位置焊接顺序与焊接工艺方案中的不完全一致，焊接变形后进行火焰矫正时，选取的烤火点，存在的不合理现象。(5)环梁焊缝大部分为探伤焊缝，经统计环梁探伤焊缝焊后首次探伤合格率为92%，而环行起重机整体产品的焊缝焊后首次探伤合格率为大于97%，环梁探伤焊缝的焊接质量较低，焊缝的返修量比较大，增加了焊接变形。

根据以上的排查，环梁单体焊接变形超差的原因为以下三点：

(1)探伤焊缝的首次探伤合格率为92%，低于要求的97%，焊缝的返修量比较大，增加了焊接变形。(2)焊接时的焊接顺序未与焊接工艺方案完全一致。(3)火焰矫正时，烤火点的选取，存在不合理现象。

4 解决对策

(1)根据焊接过程记录表，对每名环梁焊接人员的探伤焊缝首次探伤交检合格率进行了统计，发现共涉及到的9名焊工中，其中有4名焊工的合格率大于97%，其余5名焊工的合格率均低于90%，为减少焊缝的返修量，减少焊接变形，对环梁的焊接人员进行固定，只有探伤焊缝首次交检合格率大于97%的4名焊接人员可进行环梁焊接，如需培增加人员，需提前对其焊接资质及从业水平进行确认，达到要求方可进行名单增加，而且在焊接时，在给定的焊接参数范围内选

用下限值，以尽量小的焊接电流施焊。(2)环梁焊接时，按焊接工艺规程规定的焊接顺序、方向进行施焊，对焊接顺序、方向有疑义时需进行评审确定最终方案。(3)在Π型梁完成后及环梁腰缝焊接前，进行符地样检查其变形情况，如变形超差，制定火焰矫正工艺，提前进行修理矫正，避免在全部焊接完成后再进行烤修。(4)采用火焰矫正焊接变形时，对于烤火点的选取由工艺人员确定，火焰矫正工艺经评审后方可下发，矫正时用红外测温仪对加热温度进行实时监测并记录。

5 效果跟踪

对策实施情况：

(1)环梁焊接人员为确定的4名焊接人员，未有人员增加。(2)环梁焊接时，完全按焊接工艺规程规定施焊，未进行改动。(3)Π型梁完成后及环梁腰缝焊接前，符地样检查其变形情况时，第二个环梁需进行火焰矫正，经矫正后合格。(4)三个环梁单体焊后有两个进行了火焰矫正，矫正时完全按工艺进行，经矫正后合格。(5)三个环梁单体焊接最终的扭曲变形检测结果为：

第一个环梁单体：扭曲为4.0mm；第二个环梁单体：扭曲为4.3mm；第三个环梁单体：扭曲为3.6mm。三个环梁单体均合格，而且后期环梁在制造过程中，也未再发生焊接变形超差的现象。

6 结语

通过对核电站环行起重机环梁焊接变形超差的问题分析，不仅找到了问题的原因，而且通过所确定的解决对策，起到了预防问题再发生的作用，在后期的环梁制造过程中，取得了很好的成果，不仅降低了生产成本，提高了经济效益，而且提升了集团公司在核电行业中企业形象。