核电站用不锈钢水池及焊接方法与流程

本发明涉及一种水池组焊结构，尤其是一种MIG半自动焊核电站不锈钢水池组焊结构，属于核电站建筑
技术领域：
。
背景技术：
：根据不锈钢覆面结构和应用，核电厂不锈钢覆面分为两类：一类是核电厂运行期间不能排空的水池不锈钢覆面，如IRWST水池不锈钢覆面、ASG水池不锈钢覆面、EHR水池钢覆面、乏燃料水池不锈钢覆面等；该类水池的池底覆面板厚度为6mm，池壁覆面板厚度为4mm，池顶覆面板厚度为4mm，覆面板的焊缝检查使用射线检查，这些水池覆面板通过折弯板焊接成的专用型钢与混凝土连接，水池底部的设备预埋板，固定在一次混凝土上或一次预埋件上，厚度不小于10mm；另一类是核电厂运行期间可以排空的水池不锈钢覆面，如反应堆水池钢覆面、准备井水池钢覆面、双层地坑钢覆面等。不锈钢覆面板厚度为3mm，这些水池通过不锈钢角钢与混凝土连接，承载固定装置设备预埋板厚度也不小于10mm，其中覆面板的支撑结构通过不锈钢托架和膨胀螺栓固定于一次混凝土中。与不锈钢覆面相关的不锈钢部件主要包括支架、预埋钢板及钢筋、管嘴、爬梯、平台和楼梯、闸门、门以及相关的固定件和密封件。水池不锈钢覆面主要功能在于为核设备运行提供适宜的清洁环境、阻止放射性物质渗入核电站内部混凝土结构、保护运行期间工作人员、方便核电站退役后清洁处理、燃料临时存放、废料处理等，其建造质量的好坏直接影响着核电站运行的安全性。在核电站的设计和建设中，不锈钢水池属于核质保Ⅰ级、核安全Ⅱ级的设备，其覆面板安装焊缝的等级为核一级，焊后需进行100％无损检测(其中乏池、装载井水池、IVR水池、IRWST水池及ASG水池液位高度以下钢覆面焊缝需进行100％射线检验)和致密性试验，焊接质量要求非常严格。核电站不锈钢水池现场安装焊接工程量大，以华龙一号HPB1000核电堆型为例，一台HPB1000机组不锈钢覆面的设备有重要水池13个、预埋地坑36个、中放废液滞留间13个及其它单层钢覆面2个，水池中还存在一些承担各种功能的结构件，如爬梯、钢平台、过滤器、撇沫器、水池标尺等附属结构。上述不锈钢水池覆面板均为对接焊缝结构，不锈钢水池附属结构及支撑锚固系统(包括锚筋组件、锚筋组件与顶板、焊钉、拍片槽及覆面板支撑系统等的组对焊缝)组焊多为角接焊缝，焊缝的位置有平缝、横缝、立缝和仰缝，焊缝长度总计约为13000米(其中全熔透焊缝长度约为6500米，角焊缝长度约为6500米)，焊接工作量大，质量控制难度很大。据申请人了解，长期以来，国内外均采用手工钨极氩弧焊工艺，现场坡口焊存在以下问题。1.电弧电压、焊接速度、送丝速度等重要焊接参数波动性较大，加大了未熔合、气孔、夹钨等焊接缺陷产生的几率，焊缝表面成型不够美观，焊缝内在质量的稳定性和一致性较差。2.焊接劳动条件差、强度高，难以保证焊接过程持续，焊接效率大打折扣及焊接质量不稳定，焊缝一次合格率低，焊接工期无法切实得到保证。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种显著提高工效、保证稳定焊接质量的核电站不锈钢水池及焊方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种核电站用不锈钢水池，包括不锈钢水池底面DB、侧壁CB和顶面天花板THB的覆面板；其特征在于：相邻底板DB覆面通过底框架角钢KJZG-2焊接，底板DB四周覆面板外边与各个侧壁CB下覆面板EX的底边通过底框架角钢KJZG-2焊接，侧壁邻接覆面板通过侧框架角钢KJZG-1焊接，邻接天花板THB通过锚筋组件MJZJ焊接，天花板THBD端部与侧壁板CB经过折弯板ZWB过渡后对接；天花板THB与折弯板ZWB通过锚筋组件焊接；侧壁板CB与折弯板ZWB通过水池上口框架KJZG-3焊接，折弯板ZWB自身通过弧形垫板对接；水池中心凸台上部环形平板TTB-P与凸台环形竖板TTB-L焊接连接，水池中折弯件ZWJ与侧壁板CB焊接连接。所述锚筋组件包括U型钢、锚筋以及锚固块，U型钢和锚固块位于锚筋的两端。天花板THB焊接在锚筋组件的U型钢底面上；天花板THB与折弯板ZWB拼接后也焊接在锚筋组件的U型钢底面上。各底框KJZG-2、侧框KJZG-1和水池上口框架KJZG-3及天花背肋MJZJ构成不锈钢水池的主体框架。一种核电站不锈钢水池结构的焊接方法，其特征在于，包括：(1)所有不锈钢水池覆面板在尺寸检查完成后将其安装就位，将覆面板的四周点焊固定，点焊间距为50㎜～100㎜；(2)对于所有覆面焊缝及所有有密封性要求的焊缝均采用MIG半自动焊接：利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，焊丝由电弧熔化，送入焊接区，由焊炬嘴喷出的保护气体来保护电弧进行焊接；焊丝的直径为0.8～1.2mm，焊接电流为42～90A，电弧电压为18～24V，保护气体流量为10～15L/min，层间温度5℃≤T≤150℃；保护气体为氩气和氦气的混合气体，氩气和氦气的含量比值为15-20：85-80；(3)不锈钢钢衬里的安装焊接顺序为：池顶覆面→池壁覆面→池底覆面，当预埋板或管及其它附件的焊缝离覆面焊缝距离大于600mm时，先焊预埋板或管及其它附件，否则先施焊覆面焊缝，再焊预埋板或者管及其它附件，焊接方形预埋板时，在拐角应连续施焊，不允许存在焊接接头；池顶覆面的焊接工艺为：池顶覆面焊前采用砼块或不锈钢压块，反变形、卡具进行加固；焊接过程中采用陶瓷作为底衬，焊接顺序可以为分段退焊；池壁覆面的焊接工艺为：同一池壁的覆面全部组对、点焊完成后，开始焊接池壁焊缝，先焊立缝，再焊横缝，采用分段退焊，分段长度不得超过500mm；立缝焊接完成后，即可施焊覆面的横缝，横缝的焊接均采用分段退焊，分段长度不超过500mm；池底覆面焊接工艺为：底面覆面组对、点焊完成后采用砼块或不锈钢压块压紧焊缝两侧，先焊长焊缝，再焊短焊缝；焊缝的焊接采用从中间往两边分段退焊，分段长度不超过500mm。所有的焊缝在焊接前，用不锈钢钢丝刷或不锈钢钢丝轮将焊缝坡口及两侧清理干净，并且用丙酮擦洗。相邻焊缝的焊接顺序和焊接方向须相同，以便尽量减少扭曲变形。所述氩气和氦气的含量比值为20：80。MIG焊试验验证不同气体混合及不同含量比例对焊接质量、焊接操作稳定性、焊接接头性能的影响。试验使用的气体混合种类有：Ar+He；Ar+O2；Ar+CO2；Ar+He+O2；试验用的混合气含量比例有：序号Ar+HeAr+O2Ar+CO2Ar+HeAr+He+O21A(50％+50％)F(98％+2％)H(98％+2％)M(10％+90％)Q(8％+90％+2％)2B(60％+40％)G(99％+1％)I(99％+1％)N(20％+80％)3C(70％+30％)J(97％+3％)O(15％+85％)4D(80％+20％)K(96％+4％)P(25％+75％)5E(90％+10％)L(95％+5％)不同气体组合焊接时基本参数基本不变：组对间隙为3mm‐3.5mm，坡口为I型坡口，垫板为陶瓷。1.对于Ar+He中A/B/C/D/E系列气体混合比例规律为，Ar比例依次增大，He比例依次减小。A系列混合气焊接时，焊缝单道成型，焊缝表面有少量飞溅，焊缝两边熔合参差不齐，焊缝中间起拱，焊缝余高较大，但熔池在焊接时稳定，弧压较稳定。B系列混合气焊接时，焊缝表面成型与A系列类似；C系列混合气焊接时，焊缝表面成型不美观，中间起拱，余高较高，两边与母材熔合差；D系列混合气焊接时，焊缝表面比C系列更差，无鱼鳞状成型焊缝；E系列焊接时，焊缝表面外观成型较差，与母材熔合较差，焊接时操作不稳定。2.对于Ar+O2混合中，F和G系列焊接时，焊缝表面成型良好，飞溅较少，焊接操作稳定，但熔敷金属量大，焊缝单道成型。3.对于Ar+CO2混合中，H/I/J/K/L系列焊接时，焊缝表面成型良好，飞溅较少，焊接操作稳定，但焊缝向两边延展性能不好，焊缝宽度较小，焊缝单道成型。4.对于Ar+He混合中，M保护气体比例焊接时，焊缝表面成型不良，无鱼尾纹路的焊缝表面，有少量飞溅，熔敷量小，可以稍做打磨，进行两层焊道焊接4mm板。N系列保护气体比例焊接时，焊缝表面成型良好，略带鱼尾纹路，飞溅较少，熔敷量较几种气体最小，可以稍做打磨，4mm板可进行两层焊道焊接。O保护气体比例焊接时，焊缝表面外观成型较好(但是与N混合气体焊接时相比，成型稍差一点)，与母材熔合较差，焊接时操作不稳定；P保护气体比例焊接时，焊缝表面外观成型较差，与母材熔合较差，焊接时操作不稳定，余高控制较好，但有时会超标，焊后变形较大，气孔和未熔合缺陷较多。5.对于Ar+He+O2混合中，Q保护气体比例焊接时，焊缝表面外观较差，焊缝忽高忽低，弧压不稳定，但飞溅较少。总结如下：几种气体混合比焊接比较中，1、最为好用及焊接稳定的是Ar+He中N和O系列，适用于薄板不锈钢焊接，且无损检验、力学性能和化学性能均满足标准及技术规范要求，可以推广运用于现场钢覆面板焊接施工中；2、氩气含量越大，焊接操作性、焊缝成型及焊缝质量越差，E系列的焊接性能最差。采用MIG半自动焊替代传统的手工钨极氩弧焊焊接工艺方法，可以减少未熔合及气孔，解决夹钨等焊接缺陷问题，同时改善焊接作业条件、提高生产效率，提高RT探伤合格率。3.和TIG焊不同，MIG(MAG)焊采用可熔化的焊丝作为电极，以外加气体作为电弧介质，并保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属。以连续送进的焊丝与被焊工件之间燃烧的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属。焊接过程中，保护气体通过焊枪喷嘴连续输送到焊接区，使电弧、熔池及其附近的母材金属免受周围空气的有害作用。焊丝不断熔化应以熔滴形式过渡到焊池中，与熔化的母材金属熔合、冷凝后形成焊缝金属。采用MIG半自动焊对于现有不锈钢水池焊结构而言，操作简单，适合全方位焊接，同时也具有焊接速度较快、熔敷率较高和保证焊接质量。较传统的手工钨极氩弧焊工艺方法，可以减少未熔合及气孔，解决夹钨等焊接缺陷问题，改善焊接作业条件、提高生产效率，提高RT探伤合格率,同时具有以下显著优点：1.焊接生产率高。由于焊丝自动送进，可实现长焊缝的连续焊接。焊接时焊接电流密度大，焊丝的熔化效率高，所以熔敷速度高。焊接生产率比手工钨极氩弧焊高4～6倍，组装时间可缩短天，整个工期可缩短约1.5个月，大大提高了工作效率。2.应用范围广。可以焊接薄板、厚板以及全位置的焊接等。3.操作性好，具有手工钨极氩弧焊那样的灵活性。4.MIG半自动焊工艺的焊接参数稳定、焊接过程连续，提高了焊缝内在和外观质量并确保了其稳定性。本发明不锈钢水池采用MIG半自动焊。同时又可焊接附属结构、锚筋组件组对、锚筋组件与顶板组对、焊钉、拍片槽组对及覆面板支撑系统安装等的角焊缝。可进行全位置焊接，焊接速度快，熔敷效率高。附图说明下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1是不锈钢水池的结构示意图；图2是拼接示意图；图3是锚筋组件的结构示意图。图4是天花板通过锚筋组件焊接连接示意图。图5是天花板与折弯板通过锚筋组件焊接连接示意图。图6是主框架示意图。具体实施方式本实施例借助MIG半自动焊接建成的核电站不锈钢水池组焊基本结构如图1、图2所示，包括拼缝构成矩形不锈钢水池底面DB(3mm不锈钢板)、侧壁CB-1、CB-2、CB-3、CB-4(3mm不锈钢板)和顶面天花板THB(4mm不锈钢板)的覆面板。相邻底板DB覆面通过底框架角钢KJZG-2焊接，底板DB四周覆面板外边与各个侧壁CB-1、CB-2、CB-3、CB-4下覆面板EX的底边通过底框架角钢KJZG-2焊接，侧壁邻接覆面板通过侧框架角钢KJZG-1焊接，邻接天花板THB通过锚筋组件MJZJ焊接(图4)，天花板THBD端部与侧壁板CB-1、CB-2、CB-3、CB-4经过折弯板ZWB过渡后对接。天花板THB与折弯板ZWB通过锚筋组件焊接(图5)。侧壁板CB-1、CB-2、CB-3、CB-4与折弯板ZWB通过水池上口框架KJZG-3焊接，折弯板ZWB自身通过弧形垫板对接。水池中心凸台上部环形平板TTB-P与凸台环形竖板TTB-L焊接连接，水池中折弯件ZWJ与侧壁板CB-1焊接连接。锚筋组件的结构如图3所述，包括锚固块1、锚筋2以及U型钢3，U型钢3和锚固块1位于锚筋2的两端。天花板THB焊接在锚筋组件的U型钢底面上。天花板THB与折弯板ZWB拼接后也焊接在锚筋组件的U型钢底面上。各底框KJZG-2、侧框KJZG-1和水池上口框架KJZG-3及天花背肋MJZJ构成不锈钢水池的主体框架(图6)。上述不锈钢水池覆面板均为对接焊缝结构，不锈钢水池附属结构及支撑锚固系统(包括锚筋组件、锚筋组件与顶板、焊钉、拍片槽及覆面板支撑系统等的组对焊缝)组焊多为角接焊缝，焊缝的位置有平缝、横缝、立缝和仰缝。第一步、不锈钢车间预制工艺流程制作图→领料→钢材放样→钢材下料→钢材折弯或卷弧→钢材坡口加工→构件组对(覆面板、预埋板、罩壳、锚固组件等)→无损检测→酸洗钝化→包装→编号存放。第二步、不锈钢车间组对焊接(1)组对完成后应对装配间隙、错边量、平直度等进行检查，符合图纸要求，同时在坡口附近明显处标注焊缝号；(2)所有的焊缝在焊接前，用不锈钢钢丝刷或不锈钢钢丝轮将焊缝坡口及两侧清理干净，再用丙酮擦洗；(3)弧形构件加工前，应制作成型胎膜，胎膜采用不锈钢材料；(4)焊接前采取加固措施将覆面板固定在钢平台上，在焊缝完全冷却后方可移除，对于焊接过程中，变形大的部位，焊接前应采用反变形措施；(5)不锈钢焊接采用用多层多道MIG半自动焊接；(6)对于长度在1000mm以上的焊缝，采取分段退焊、跳焊和对称焊的防变形措施。焊接过程中焊接电流、层间温度等严格控制在工艺卡规定的范围内；(7)焊接过程产生的焊接变形，采用静力顶压法校正。第三步、安装工艺流程不锈钢覆面板单元块车间预制、拼装→单元块拼接焊缝焊接及检测→池顶支撑体系和模板安装→定位放线及限位装置的安装→不锈钢覆面单元块现场吊装、组对→不锈钢覆面单元块焊接、检测→保护层混凝土浇筑→主体结构施工→养护→模板拆除。池底一次浇注混凝土检查→测量放线→池底角形托架安装→池底衬垫型材安装→池底锚固板安装→池底抹灰→池底抹灰层的检查→池底抹灰层的保护→脚手架布置→池壁衬垫型材安装→池壁抹灰→抹灰层的检查→油漆→池壁覆面板安装→池壁的清理→池壁焊缝的检查→拆除脚手架→池底油漆→池底覆面安装→清理池底→池底焊缝检查→水密试验→酸洗、钝化和清洁→检查验收。第四步、安装焊接(1)所有不锈钢水池覆面板在尺寸检查完成后将其安装就位，将覆面板的四周点焊固定，点焊间距为50㎜～100㎜。在点焊时，必须用木锤敲击点焊的部位，以使覆面板与衬垫贴合紧密。(2)对于所有覆面焊缝及所有有密封性要求的焊缝均采用MIG半自动焊接；(3)所有的焊缝在焊接前，必须用不锈钢钢丝刷或不锈钢钢丝轮将焊缝坡口及两侧清理干净，并且用丙酮擦洗；(4)不锈钢钢衬里的安装焊接顺序一般为：池顶覆面→池壁覆面→池底覆面，当预埋板或管及其它附件的焊缝离覆面焊缝距离大于600mm时，可以先焊预埋板或管及其它附件，否则先施焊覆面焊缝，再焊预埋板或者管及其它附件，焊接方形预埋板时，在拐角应连续施焊，不允许存在焊接接头；(5)池顶覆面焊前为了防止不锈钢板焊接变形，在焊接前根据不锈钢板面大小情况，可采用砼块或不锈钢压块，反变形、卡具进行加固；焊接前进行目视检测，并清洗焊接坡口及周边区域，标记焊工号。焊接过程中为保证双面焊接质量，应采用陶瓷作为底衬，焊接顺序可以为分段退焊。焊接严格按照焊接工艺卡进行施焊。(6)同一池壁的覆面全部组对、点焊完成后，开始焊接池壁焊缝，先焊立缝，再焊横缝，原则上先焊长焊缝这类纵向收缩量大的焊缝，再焊短焊缝，同一池壁的立缝在施工条件及焊工人数允许的情况下，可以同时进行焊接，采用分段退焊，分段长度不得超过500mm，立缝焊接完成后，即可施焊覆面的横缝，横缝的焊接均采用分段退焊，分段长度不得超过500mm；(7)底面覆面的焊接工艺及顺序同池壁覆面相似，底面覆面组对、点焊完成后采用砼块或不锈钢压块压紧焊缝两侧，原则上是先焊长焊缝，再焊短焊缝；焊缝的焊接采用从中间往两边分段退焊，分段长度不得超过500mm；(8)相邻焊缝的焊接顺序和焊接方向须相同，以便尽量减少扭曲变形。以覆面板车间组对预制焊接工艺为例，MIG半自动焊工艺评定如下：不锈钢母材--垫板材质均为022Cr19Ni10，屈服强度为175MPa，焊接工艺数据单如表1。表1无损检测结果如表2：表2理化试验试验结果如表3：表3焊接工艺评定的力学性能如表4：表4本评定结果符合GB/T222钢的成品化学成分允许偏差，样品焊材所检项目化学成分分析结果符合ISO3581:2003中牌号308L的要求，符合《NFENISO15614-1焊接工艺评定》所规定化学成分、测定性能，符合GB/T1954所规定焊缝金属中铁素体含量，晶间腐蚀性能试验满足NB/T20004-2014中第18章方法1要求，评定结果为合格。立焊、横焊和仰角焊时，为了防止熔化金属从熔池中流淌，须减小熔池面积以便于控制焊缝成形，须采用较小一些的焊接电流，一般比平焊位置小10～20％，其他焊接参数与之匹配变化。实践证明，本实施例MIG半自动焊的核电站不锈钢水池组焊结构相对于现有的手工钨极氩弧焊工艺技术，具有以下显著优点：1.焊接生产率高。由于焊丝自动送进，可实现长焊缝的连续焊接。焊接时焊接电流密度大，焊丝的熔化效率高，所以熔敷速度高。焊接生产率比手工钨极氩弧焊高4～6倍，组装时间可缩短天，整个工期可缩短约1.5个月，大大提高了工作效率。2.应用范围广。可以焊接薄板、厚板以及全位置的焊接等。3.操作性好，具有手工钨极氩弧焊那样的灵活性。4.MIG半自动焊工艺的焊接参数稳定、焊接过程连续，提高了焊缝内在和外观质量并确保了其稳定性。当前第1页1 2 3