华龙一号蒸汽发生器管子管板密封焊缝的质量监督控制.pdf

2023.04 设备监理16 质量控制Q u a l i t y C o n t r o l华龙一号蒸汽发生器管子管板密封焊缝的质量监督控制岑龙涛 王保满 王伟波 张志强（中广核工程有限公司 深圳 518124）摘 要：蒸汽发生器是核电站的核心设备之一，管子管板焊缝为核一级焊缝，其焊接质量直接关系核电站的安全和使用寿命。由于管子管板密封焊缝数量多，涉及的工序种类多，所以存在较大的质量风险。本文对于焊缝结构、工艺特点、检验要求等方面进行了分析，总结了不同参数对于焊接过程的影响，提出了管子管板密封焊质量控制的要点。实践证明，华龙项目蒸发器管子管板密封焊质量稳定，监督控制效果良好。关键词：蒸汽发生器 管子管板密封焊 质量控制 Study on the Quality Supervision and Control of Seal Welding for Tube Plate of Hualong one Steam GeneratorCen Longtao Wang Baoman Wang Weibo Zhang Zhiqiang(China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd.Shenzhen 518124)Abstract Steam generator is one of the core equipment of nuclear power plant.The weld of tube plate is the first grade nuclear weld,and its welding quality is directly related to the safety and service life of nuclear power plant.Due to the large number of pipe tube plate sealing welds and the variety of processes involved,there is a large quality risk.This paper analyzes the weld structure,process characteristics,inspection requirements and other aspects,summarizes the influence of different parameters on the welding process,and puts forward the key points of quality control on pipe and tube plate seal welding.Practice has proved that the evaporator tube plate seal welding quality of Hualong project is stable,and the supervision and control effect is good.Keywords Steam generator Seal welding of tube sheet Quality control中图分类号：TB497 文献标志码：B文章编号：2095-2465(2023)08-0016-03 DOI:10.19919/j.issn.2095-2465.2023.08.005作者简介：岑龙涛（1988 )，男，硕士，高级工程师，从事核电核岛换热器设备工艺制造与质量监督工作。通讯作者：岑龙涛，E-mail：。（收稿日期：2023-04-13）“华龙一号”蒸汽发生器是压水堆核电站重要的关键设备之一，属于连接一回路和二回路的关键设备，通过将反应堆产生的热量传递给二次侧工作介质水，产生饱和蒸汽，从而推动汽轮机发电，并将带有放射性的一回路系统与不带有放射性的二回路系统进行隔离。一二次侧的压力边界为管子管板密封焊缝，起到密封隔离作用，承受着严酷的温差、压差以及各类化学腐蚀等，易发生介质泄漏等事故，会导致一回路带有放射性的介质进入二回路产生核污染。本文通过分析 HL-T67 型“华龙一号”蒸汽发生器管子管板焊缝的结构特点和工艺参数，并结合具体工作实践，对于焊缝质量控制要点进行了总结，为华龙项目蒸汽发生器管子管板密封焊的质量控制优化做出了有益的尝试。1 焊缝结构型式管 板 为 18MND5 低 合 金 钢 锻 件，直 径 约 为 3 536 mm，厚度约为 598 mm，一次侧堆 INCONEL690镍 基 合 金，最 小 堆 焊 层 厚 度 为 8 mm。传 热 管 为INCONEL690 镍基合金无缝管，规格为17.48 mm 1.01（1.04）mm。管板钻孔12 312个，正三角形排列型式，PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.0417质量控制Q u a l i t y C o n t r o l孔径为17.73 mm（-0.05，+0.07），二次侧最小孔桥为 6.21 mm。传热管端部与堆焊层表面为不开坡口的平齐式结构，采用不填丝的自动钨极氩弧焊方法，由于 U 型传热管管壁较薄，导致管子管板焊接难度增大1，全位置焊接时如果线能量控制不当，极易造成管口变形。密封焊缝的结构如图 1 所示，焊喉尺寸 a 为圆心位于焊缝根部并完全内切于焊缝中最大圆的半径，a0.66e（e 为传热管壁厚）。图 1 密封焊缝结构?ea?18MND5WS1U?2 工艺分析及检验要求2.1 工艺参数分析镍基合金焊接时内部容易产生气孔，U 型管孔壁厚较薄，设计规定密封焊应在清洁室内进行（湿度60%，温度为1828）。焊接时宜采用小的热输入，工艺方法采取脉冲焊，通过焊接热输入和熔池位置的调整，使得既有较大的焊喉厚度，又可以控制熔敷金属向管内凸起，以利于焊缝与管板的平缓过渡。焊接使用不填丝的自动钨极氩弧焊（GTAW），含氧化物钨极的直径为1.6 mm，采用惰性气体保护（30%Ar+70%He），混合气体的特点是电弧燃烧稳定，阴极清理作用好，具有高的电弧温度，熔深大，速度快2。某项目蒸发器的密封焊工艺的主要参数见表 1。序号项目参数1脉冲/基值电流/A70 95/20 402脉冲/基值时间/ms100/1003预熔电流/A30 504预熔时间/s0.5 15焊接电压/V10 136焊接速度/（mm/min）110 1307电流极性DCEN（直流正接）8保护气体流量/（L/min）13 169焊接位置5F（全位置）表 1 焊接工艺参数2.2 检验要求焊缝的检验要求，主要包括外观检验和无损检测。2.2.1 外观检验焊缝表面及邻近母材区域，不允许出现以下缺陷：未熔合，表面气孔、裂纹、凹陷和蜂窝状，夹钨或夹渣，管孔内径尺寸不合格，堆焊层侧的任何咬边。2.2.2 无损检测无损检测的方法、时机及验收要求见表 2。序号检测方法实施时机验收要求1RT（射线检验）焊接过程中（按比例抽检）尺寸 3.0 mm 所有缺陷，都应进行返修，管板堆焊层上的固有缺陷可不用考虑2PT（液体渗透）焊后氦检漏前熔敷金属不允许存在任何显示3LT（氦检漏）PT 检验后泄漏率 1.010-8 Pam3/s（100%氦气，压差 0.1 MPa）表 2 焊缝无损检测3 焊接质量监督控制要点传热管与管板的连接工序主要包括：管板镍基堆焊、堆焊后消应力热处理、深孔钻机加工、穿管、定位 胀、密封焊、无损检验、液压胀。“华龙一号”蒸汽发生器共计 12 312 个焊接接头，由于数量大，且对于环境清洁度和无损检验的要求极其严格，决定了管子管板密封焊接的质量控制是一个系统性的工程。3.1 管板堆焊质量自动钨极氩弧焊工艺对于管口附近的表面质量非常敏感，堆焊层中的缺陷被翻卷出来后，容易产生气孔或夹渣3，或者引起钨极电极的波动、息弧，导致咬边、凹坑。1）堆焊工艺选 择。带 极埋弧堆焊质量稳定，生产周期短；非熔化极气体保护焊（TIG）堆焊清洁度优异，生产周期较长。具体选择哪一种工艺方法，需要结合设计单位要求、焊接工艺评定、焊接设备种类等综合 考虑。2）堆焊前检查。按照“人、机、料、法、环”的质量保证控制方法，核实焊接人员资质和焊机设备的可用性，检查焊接工艺规程（WPS）等工艺文件的完整性，在试板上模拟堆焊，以验证焊接工艺的稳定性。同时，需要控制管板待堆焊面和环境的清洁度。3）堆焊过程控制。确保电流、电压、焊速、预热温度、层间温度等工艺参数，符合 WPS 的要求，关注2023.04 设备监理18 质量控制Q u a l i t y C o n t r o l起弧位置、收弧位置和压道量，做好道间及接头打磨，确保焊缝成形良好。3.2 管板深孔钻后的清洁度管孔深孔钻清洁后，管孔内壁涂油防护，并使用防护工装进行覆盖，避免二次污染和管孔锈蚀；下部壳体组件进行喷砂时，对于管孔进行防护，避免石英砂等污染管孔；管板组件进入清洁室前，管孔需要不定期进行抽检，确保清洁度满足要求。某项目蒸发器在进入清洁室后，装配支撑板之前，发现 268 个管孔内壁存在锈蚀，锈蚀孔数量占比约为5%，锈蚀主要分布在管孔两侧端部低合金钢位置，距离管板一次侧表面管孔的锈蚀数量较二次侧表面多。该管孔锈蚀问题处理时间周期长，耗费大量经济成本，造成生产工期延误。3.3 传热管穿管过程及定位胀1）穿管清洁度控制。对于管板一次侧表面使用丙酮擦拭清洁，二次侧进行倒圆角除毛刺清理，确保抛光区域呈现金属光泽；清洁室内温度为 18 28，湿度 60%；穿管前对于管板一次侧表面和管孔，使用清洁白布再次进行清理和检查，避免任何微小杂质的残留而影响密封焊质量；检查 U 型管质量，确认管端无毛刺、小气孔等可能造成焊缝缺陷的隐患；穿管操作人员需要穿戴清洁防护服和白手套，禁止用手直接接触 U 型管，防止汗液内酸碱物质腐蚀传热管；穿管后测量管板一次侧端面与 U 型管端头的平齐度（0.13 mm），如果超出范围，需要进行刮头处理。2）定 位 胀质量控制。核实胀接评定工艺的有效性，确保胀接参数（如胀接压力、胀接长度等）符合工艺评定的要求，检查胀接人员的资质。定位胀接完成后，对于每一个管孔使用丙酮进行去污清洁，避免残留杂质影响焊缝质量。3.4 管子管板焊接过程密封焊是定位胀之后的工序，操作难度大且直接关系整台蒸发器的质量。1）焊接前，检查焊接工艺规程、工艺履历卡等文件的完整性；核实焊接设备的完好性，不能出现电流过载保护功能失效等问题；检查焊工资质的有效性，建议具有成熟经验的操作者进行施焊，避免因操作经验不足造成焊缝表面和内部缺陷；检查管孔待焊区域的清洁度，确保无油污、水渍；开展焊前试板见证件的试焊工作，在见证件焊缝理化试验合格后，再正式开始产品的焊接。2）焊接过程中，定期检查钨极的烧损情况，严格落实工艺文件中钨极更换频次的要求；施焊时对于管孔进行防护，避免焊机磕碰焊缝表面；制造厂焊接工序执行交班管理，检查工作交接表的签字落实情况；检查焊接参数的稳定性，关注起弧和收弧位置；有效控制清洁室内的温湿度，避免温湿度不满足要求，导致出现焊缝质量缺陷。3.5 焊接见证件的质量控制见证件的管板母材、换热管、焊接设备、人员资质、工艺参数等方面，应与产品焊缝保持一致。1）见证件的表面状态：关注见证件母材和换热管的清洁度，避免出现油污、毛刺、非金属颗粒物等，如果见证件焊前清洁度状态与产品不一致，会导致见证件焊缝出现超标缺陷，进而对产品焊缝的质量有效性产生影响。2）见证件数量设置要求：每班次、每名焊工焊接前，需要焊接一个见证件接头；焊接100个产品管孔后，需要焊接一个见证件焊缝。班前样、每 100 孔样 需要进行目视检查（VT）、尺寸检查（DT）、渗透检验（PT）、宏观试验、微观试验，检查见证件焊缝质量的合格性。4 结束语蒸汽发生器管子管板密封焊质量控制需要关注焊接结构、工艺方法、管板堆焊、深孔钻、穿管、定位胀、管孔焊接、见证件、清洁度等因素，对于上述质量要点进行分析和总结，可以为“华龙一号”蒸汽发生器的密封焊质量监督工作提供详细的操作方法，具有重要的实践意义。质量监督人员做好充足的理论准备，掌握生产中的重点工序和关键工艺，为蒸汽发生器的安全顺利制造提供有力保障。参考文献1 顾永康,张良成,张仁刚,等.60 万 kW 核电蒸汽发生器的管子与管板焊接 J.焊接,2001(02):33-35.2 李进.蒸汽发生器管子管板封口焊质量控制分析J.焊接技术,2021,50(01):104-107.3 邱振生,黄腾飞,杨春乐.蒸汽发生器管子管板封口焊缝质量影响因素分析 J.焊接,2015(03):1-5+69.