高溫氣冷堆中下堆芯殼底座中的內(nèi)筋板焊接方法與流程

本發(fā)明涉及到一種高溫氣冷堆中下堆芯殼底座中的內(nèi)筋板焊接方法。

背景技術(shù)：

隨著“第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)”概念的提出，高溫氣冷堆逐漸以其特有的安全性、用途廣泛及隨著模塊式高溫堆概念的提出而具有的小型化、投資少、建造周期短等特點(diǎn)贏得了越來(lái)越多有識(shí)之士的青睞。

高溫氣冷堆是具有第四代核能系統(tǒng)安全特性的先進(jìn)反應(yīng)堆，它是國(guó)際核能領(lǐng)域第四代核能系統(tǒng)中六種備選堆型之一，并且是唯一可在2020年前實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行的第四代核能系統(tǒng)。目前世界上的主要有核國(guó)家都在積極發(fā)展高溫氣冷堆技術(shù)用于發(fā)電與制氫。

我國(guó)在已經(jīng)建成的10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆的技術(shù)基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)國(guó)際上新一代核能技術(shù)的發(fā)展方向，借鑒國(guó)外高溫氣冷堆的經(jīng)驗(yàn)，通過自主研究與開發(fā)，力爭(zhēng)2017年前后建成電功率為20MW、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫氣冷堆核電站示范工程(以下簡(jiǎn)稱HTR-20)。

HTR-20金屬堆內(nèi)構(gòu)件堆芯殼是華能山東石島灣核電廠高溫氣冷堆核電站示范工程的重要組成部分，包括堆芯殼組件和其它相關(guān)部件。

高溫堆堆芯殼是一個(gè)薄壁型焊接直圓筒結(jié)構(gòu)，它的下端有個(gè)底座。該底座由清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院(國(guó)家唯一指定“第四代核電高溫氣冷堆設(shè)備”的設(shè)計(jì)研究院)設(shè)計(jì)，市場(chǎng)上沒有第二個(gè)該規(guī)格的底座。為了增加總體結(jié)構(gòu)的剛度，簡(jiǎn)體上緣部份有加厚的上法蘭段，而簡(jiǎn)體的下部則有下加厚段簡(jiǎn)體。高溫堆堆芯殼總尺寸約φ5534毫米×20米，總重約313噸，底板厚度135毫米是整個(gè)底座上的最大厚度，共有七個(gè)卷制簡(jiǎn)體(厚度有40毫米、90毫米兩種規(guī)格)。定位板1塊，尺寸φ5160mm×δ115mm，重量18.8T；壓板10塊，尺寸φ5160mm×δ65mm，每塊重量10.6T。

底座的裝配焊接是整個(gè)設(shè)備制造的關(guān)鍵。

如圖1和圖2所示，底座的結(jié)構(gòu)比較特殊，是個(gè)復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)件，由底板3、內(nèi)1筒、外筒2、內(nèi)筋板4、外筋板20、內(nèi)環(huán)21和外環(huán)22和滾柱墊23組成。底板中間有一條拼縫，厚為135毫米，直徑為5460毫米，底板中央大開孔焊有內(nèi)筒，并和筋板相焊，在筋板和底板上還焊有外筒，內(nèi)筒的毛坯尺寸為內(nèi)徑φ1170mm，厚度δ65mm的卷筒，外筒尺寸為內(nèi)徑φ3900mm，厚度δ50mm的卷筒。在底板下部焊有15條輻射狀的內(nèi)外筋板，筋板厚度為50毫米。內(nèi)外筒及筋板高度均為1022毫米。底座的底部還焊有厚度為δ60mm的內(nèi)外環(huán)，與內(nèi)外筒及筋板一起加強(qiáng)底同座整體的剛度。所有焊接坡口都由機(jī)加工完成，所有焊縫均為全焊透，并經(jīng)MT、UT檢測(cè)合格。

底座工件材質(zhì)為12Cr2MolR，由于材料Cr、Mo含量較高，焊接時(shí)有較大的淬硬傾向，焊接困難很大。底板的最大變形量應(yīng)控制在≤9.6mm，也就是說控制在加工余量之內(nèi)，現(xiàn)在的常規(guī)焊接方法無(wú)法保證底板的最大變形量控制在≤9.6mm。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種可以保證底板的最大變形量控制在≤9.6mm的高溫氣冷堆中下堆芯殼底座中的內(nèi)筋板焊接方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高溫氣冷堆中下堆芯殼底座中的內(nèi)筋板焊接方法，在內(nèi)筒、外筒和底板焊接完成后，將15個(gè)內(nèi)筋板均布在內(nèi)筒和外筒之間后，對(duì)所需焊接部位進(jìn)行預(yù)熱直至205℃以上，所形成的預(yù)熱區(qū)域覆蓋所需焊接區(qū)域且向四周延伸，預(yù)熱區(qū)域延伸后在內(nèi)筒、外筒和底板上的邊界分別距離所需焊接部位50mm以上，內(nèi)筋板的兩側(cè)分別設(shè)置有斜面，內(nèi)筋板的斜面與內(nèi)筒、外筒、底板分別形成坡口，預(yù)熱完成后對(duì)外筒和內(nèi)筋板之間、內(nèi)筒和內(nèi)筋板之間進(jìn)行定位焊，具體為先順時(shí)針定位焊外筒和內(nèi)筋板，然后再順時(shí)針定位焊內(nèi)筒和內(nèi)筋板，內(nèi)筋板與外筒之間的兩個(gè)坡口均要定位焊且定位焊焊完之后再進(jìn)行下一個(gè)內(nèi)筋板與外筒的定位焊，內(nèi)筋板與內(nèi)筒之間的兩個(gè)坡口均要定位焊且定位焊完成之后再進(jìn)行下一個(gè)內(nèi)筋板與內(nèi)筒的定位焊，之后采用多層多道焊接方法，先進(jìn)行內(nèi)筋板和內(nèi)筒、外筒之間的焊接，具體順序?yàn)轫槙r(shí)針對(duì)內(nèi)筋板與外筒之間的兩個(gè)坡口進(jìn)行填焊三層→順時(shí)針對(duì)內(nèi)筋板與內(nèi)筒之間的兩個(gè)坡口進(jìn)行填焊三層→順時(shí)針對(duì)內(nèi)筋板與外筒之間的兩個(gè)坡口焊滿→順時(shí)針對(duì)內(nèi)筋板與內(nèi)筒之間的兩個(gè)坡口焊滿，完成之后對(duì)內(nèi)筋板和底板進(jìn)行焊接，具體順序?yàn)橄冗x定一個(gè)內(nèi)筋板作為起點(diǎn)，即第一個(gè)內(nèi)筋板，所有內(nèi)筋板的焊接順序?yàn)榈谝粋€(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第八個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第三個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第十個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第五個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第十二個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第七個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第十四個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第二個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第九個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第四個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第十一個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第六個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第十三個(gè)內(nèi)筋板→順時(shí)針第十五個(gè)內(nèi)筋板，先對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板的一側(cè)的坡口填焊三層，然后按照前面所述所有內(nèi)筋板與底板的焊接順序?qū)ζ溆鄡?nèi)筋板與第一個(gè)內(nèi)筋板同側(cè)的坡口填焊三層，完成后對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板的另一側(cè)的坡口填焊五層，然后按照前面所述所有內(nèi)筋板與底板的焊接順序?qū)ζ溆鄡?nèi)筋板與第一個(gè)內(nèi)筋板同另一側(cè)的坡口填焊五層，完成后對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板的一側(cè)坡口填焊四層，然后按照前面所述所有內(nèi)筋板與底板的焊接順序?qū)ζ溆鄡?nèi)筋板與第一個(gè)內(nèi)筋板同側(cè)的坡口填焊四層，完成后對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板的另一側(cè)的坡口填焊滿，然后按照前面所述所有內(nèi)筋板與底板的焊接順序?qū)ζ溆鄡?nèi)筋板與第一個(gè)內(nèi)筋板同另一側(cè)的坡口填焊滿，完成后對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板的一側(cè)的坡口填焊滿，然后按照前面所述所有內(nèi)筋板與底板的焊接順序?qū)ζ溆鄡?nèi)筋板與第一個(gè)內(nèi)筋板同側(cè)的坡口填焊滿，在整個(gè)焊接過程中始終要保證之前預(yù)熱區(qū)域覆蓋的區(qū)域的溫度在205℃以上。

所述定位焊的時(shí)候，焊完之后對(duì)定位焊焊縫引弧和收弧端進(jìn)行打磨，使得定位焊焊縫的截面呈等腰梯形，等腰梯形的底角為23°～35°。

所述坡口角度為20°～28°。

本發(fā)明的有益效果是：利用上述方法，可以保證底板的最大變形量控制在≤9.6mm，焊接牢固，滿足核電方面的焊接質(zhì)量要求，提高底座的使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明高溫氣冷堆核電站中金屬堆內(nèi)構(gòu)件下堆芯殼底座的俯視圖；

圖2是圖1中A-A剖視圖。

圖中：1、內(nèi)筒，2、外筒，3、底板，4、內(nèi)筋板，5、第一個(gè)內(nèi)筋板，6、第二個(gè)內(nèi)筋板，7、第三個(gè)內(nèi)筋板，8、第四個(gè)內(nèi)筋板，9、第五個(gè)內(nèi)筋板，10、第六個(gè)內(nèi)筋板，11、第七個(gè)內(nèi)筋板，12、第八個(gè)內(nèi)筋板，13、第九個(gè)內(nèi)筋板，14、第十個(gè)內(nèi)筋板，15、第十一個(gè)內(nèi)筋板，16、第十二個(gè)內(nèi)筋板，17、第十三個(gè)內(nèi)筋板，18、第十四個(gè)內(nèi)筋板，19、第十五個(gè)內(nèi)筋板，20、外筋板，21、內(nèi)環(huán)、22、外環(huán)，23、滾柱墊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的高溫氣冷堆中下堆芯殼底座中的內(nèi)筋板焊接方法，在內(nèi)筒1、外筒2和底板3焊接完成后，將15個(gè)內(nèi)筋板4均布在內(nèi)筒1和外筒2之間后，對(duì)所需焊接部位進(jìn)行預(yù)熱直至205℃以上，所形成的預(yù)熱區(qū)域覆蓋所需焊接區(qū)域且向四周延伸，預(yù)熱區(qū)域延伸后在內(nèi)筒1、外筒2和底板3上的邊界分別距離所需焊接部位50mm以上，內(nèi)筋板4的兩側(cè)分別設(shè)置有斜面，內(nèi)筋板4的斜面與內(nèi)筒1、外筒2、底板3分別形成坡口，預(yù)熱完成后對(duì)外筒2和內(nèi)筋板4之間、內(nèi)筒1和內(nèi)筋板4之間進(jìn)行定位焊，具體為先順時(shí)針定位焊外筒2和內(nèi)筋板4，然后再順時(shí)針定位焊內(nèi)筒1和內(nèi)筋板4，內(nèi)筋板4與外筒2之間的兩個(gè)坡口均要定位焊且定位焊焊完之后再進(jìn)行下一個(gè)內(nèi)筋板4與外筒2的定位焊，內(nèi)筋板4與內(nèi)筒1之間的兩個(gè)坡口均要定位焊且定位焊完成之后再進(jìn)行下一個(gè)內(nèi)筋板4與內(nèi)筒1的定位焊，之后采用多層多道焊接方法，先進(jìn)行內(nèi)筋板4和內(nèi)筒1、外筒2之間的焊接，具體順序?yàn)轫槙r(shí)針對(duì)內(nèi)筋板4與外筒2之間的兩個(gè)坡口進(jìn)行填焊三層→順時(shí)針對(duì)內(nèi)筋板4與內(nèi)筒1之間的兩個(gè)坡口進(jìn)行填焊三層→順時(shí)針對(duì)內(nèi)筋板4與外筒2之間的兩個(gè)坡口焊滿→順時(shí)針對(duì)內(nèi)筋板4與內(nèi)筒1之間的兩個(gè)坡口焊滿，即對(duì)每個(gè)內(nèi)筋板填焊三層后再填焊下一個(gè)內(nèi)筋板4，內(nèi)筋板4之間是順時(shí)針順序填焊。完成之后對(duì)內(nèi)筋板4和底板3進(jìn)行焊接，具體順序?yàn)橄冗x定一個(gè)內(nèi)筋板作為起點(diǎn)，即第一個(gè)內(nèi)筋板5，然后是順時(shí)針排布的第二個(gè)內(nèi)筋板6，第三個(gè)內(nèi)筋板7，第四個(gè)內(nèi)筋板8，第五個(gè)內(nèi)筋板9，第六個(gè)內(nèi)筋板10，第七個(gè)內(nèi)筋板11，第八個(gè)內(nèi)筋板12，第九個(gè)內(nèi)筋板13，第十個(gè)內(nèi)筋板14，第十一個(gè)內(nèi)筋板15，第十二個(gè)內(nèi)筋板16，第十三個(gè)內(nèi)筋板17，第十四個(gè)內(nèi)筋板18，第十五個(gè)內(nèi)筋板19。所有內(nèi)筋板的焊接順序?yàn)榈谝粋€(gè)內(nèi)筋板5→第八個(gè)內(nèi)筋板12→第三個(gè)內(nèi)筋板7→第十個(gè)內(nèi)筋板14→第五個(gè)內(nèi)筋板9→第十二個(gè)內(nèi)筋板16→第七個(gè)內(nèi)筋板11→第十四個(gè)內(nèi)筋板18→第二個(gè)內(nèi)筋板6→第九個(gè)內(nèi)筋板13→第四個(gè)內(nèi)筋板8→第十一個(gè)內(nèi)筋板15→第六個(gè)內(nèi)筋板10→第十三個(gè)內(nèi)筋板17→第十五個(gè)內(nèi)筋板19，先對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板5的一側(cè)的坡口填焊三層，然后按照前面所述所有內(nèi)筋板4和底板3之間的焊接順序?qū)ζ溆鄡?nèi)筋板與第一個(gè)內(nèi)筋板5同側(cè)的坡口填焊三層，即以底板3圓心作為參考點(diǎn)的話，所有內(nèi)筋板4的左右側(cè)均以人站著底板3圓心處面向內(nèi)筋板4作為參考，例如如果先對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板5的左側(cè)進(jìn)行與底板3填焊三層完成后，那么接下來(lái)就是對(duì)第八個(gè)內(nèi)筋板12的左側(cè)進(jìn)行填焊三層，然后是第三個(gè)內(nèi)筋板7，按順序接下去。完成后對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板5的另一側(cè)的坡口填焊五層，如果前面是先對(duì)內(nèi)筋板4的左側(cè)進(jìn)行填焊，那么內(nèi)筋板5的另一側(cè)就是右側(cè)。然后按照前面所述所有內(nèi)筋板4與底板3的焊接順序?qū)ζ溆鄡?nèi)筋板與第一個(gè)內(nèi)筋板5同另一側(cè)的坡口填焊五層，完成后再對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板5的一側(cè)(即焊好三層的那側(cè))坡口填焊四層，然后按照前面所述所有內(nèi)筋板4與底板3的焊接順序?qū)ζ溆鄡?nèi)筋板與第一個(gè)內(nèi)筋板5同側(cè)的坡口填焊四層，完成后對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板5的另一側(cè)(即焊好五層的那側(cè))的坡口填焊滿，然后按照前面所述所有內(nèi)筋板4與底板3的焊接順序?qū)ζ溆鄡?nèi)筋板與第一個(gè)內(nèi)筋板5同另一側(cè)的坡口填焊滿，完成后對(duì)第一個(gè)內(nèi)筋板5的一側(cè)的坡口填焊滿，然后按照前面所述所有內(nèi)筋板4與底板3的焊接順序?qū)ζ溆鄡?nèi)筋板與第一個(gè)內(nèi)筋板5同側(cè)的坡口填焊滿，在整個(gè)焊接過程中始終要保證之前預(yù)熱區(qū)域覆蓋的區(qū)域的溫度在205℃以上。

所述定位焊的時(shí)候，焊完之后對(duì)定位焊焊縫引弧和收弧端進(jìn)行打磨，使得定位焊焊縫的截面呈等腰梯形，等腰梯形的底角為23°～35°。有效保證定位焊的強(qiáng)度，防止焊接過程中工件裂開。

所述坡口角度為20°～28°。有效防止焊縫接頭時(shí)兩端焊不透。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：核電方面的產(chǎn)品焊接要求都很高，設(shè)備大，焊接難度大，利用上述方法，可以保證底板的最大變形量控制在≤9.6mm，焊接牢固，滿足核電方面的焊接質(zhì)量要求，提高底座的使用壽命。