高温气冷堆中下堆芯壳底座中的内筒与底板焊接方法与流程

本发明涉及到一种高温气冷堆中下堆芯壳底座中的内筒与底板焊接方法。

背景技术：

随着“第四代先进核能系统”概念的提出，高温气冷堆逐渐以其特有的安全性、用途广泛及随着模块式高温堆概念的提出而具有的小型化、投资少、建造周期短等特点赢得了越来越多有识之士的青睐。

高温气冷堆是具有第四代核能系统安全特性的先进反应堆，它是国际核能领域第四代核能系统中六种备选堆型之一，并且是唯一可在2020年前实现商业化运行的第四代核能系统。目前世界上的主要有核国家都在积极发展高温气冷堆技术用于发电与制氢。

我国在已经建成的10MW高温气冷实验堆的技术基础上，瞄准国际上新一代核能技术的发展方向，借鉴国外高温气冷堆的经验，通过自主研究与开发，力争2017年前后建成电功率为20MW、具有自主知识产权的高温气冷堆核电站示范工程(以下简称HTR-20)。

HTR-20金属堆内构件堆芯壳是华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程的重要组成部分，包括堆芯壳组件和其它相关部件。

高温堆堆芯壳是一个薄壁型焊接直圆筒结构，它的下端有个底座。该底座由清华大学核能技术设计研究院(国家唯一指定“第四代核电高温气冷堆设备”的设计研究院)设计，市场上没有第二个该规格的底座。为了增加总体结构的刚度，筒体上缘部份有加厚的上法兰段，而筒体的下部则有下加厚段筒体。高温堆堆芯壳总尺寸约φ5534毫米×20米，总重约313吨，底板厚度135毫米是整个底座上的最大厚度，共有七个卷制筒体(厚度有40毫米、90毫米两种规格)。定位板1块，尺寸φ5160mm×δ115mm，重量18.8T；压板10块，尺寸φ5160mm×δ65mm，每块重量10.6T。

底座的装配焊接是整个设备制造的关键。

如图1和图2所示，底座的结构比较特殊，是个复杂的焊接结构件，由底板3、内筒4、外筒8、内筋板9、外筋板10、内环11、外环12和滚柱垫13组成。底板中间有一条拼缝，厚为135毫米，直径为5460毫米，底板中央大开孔焊有内筒，并和筋板相焊，在筋板和底板上还焊有外筒，内筒的毛坯尺寸为内径φ1170mm，厚度δ65mm的卷筒，外筒尺寸为内径φ3900mm，厚度δ50mm的卷筒。在底板下部焊有15条辐射状的内外筋板，筋板厚度为50毫米。内外筒及筋板高度均为1022毫米。底座的底部还焊有厚度为δ60mm的内外环，与内外筒及筋板一起加强底同座整体的刚度。所有焊接坡口都由机加工完成，所有焊缝均为全焊透，并经MT、UT检测合格。

底座工件材质为12Cr2Mo1R，由于材料Cr、Mo含量较高，焊接时有较大的淬硬倾向，焊接困难很大。底板的最大变形量应控制在≤9.6mm，也就是说控制在加工余量之内，现在的常规焊接方法无法保证底板的最大变形量控制在≤9.6mm。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以保证底板的最大变形量控制在≤9.6mm的高温气冷堆中下堆芯壳底座中的内筒与底板焊接方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高温气冷堆中下堆芯壳底座中的内筒与底板焊接方法，将两个内筒工装和外筒工装搁置在场地上，内筒工装和外筒工装都为圆筒状，外筒工装的直径大于内筒工装的直径，然后将底板放在内筒工装和外筒工装上，底板的圆心与内筒工装、外筒工装的圆心同心，将内筒放在底板上后对两者焊接部位进行预热直至205℃以上，所形成的预热区域覆盖内筒和底板的焊接区域且向外延伸，预热区域延伸后在内筒和底板上的边界分别距离两者的焊接部位50mm以上，内筒的焊接部位在圆周方向上且在顺时针方向上分成a、b、c、d、e、f、g、h八个弧长相等的焊接区域，预热完成后对内筒和底板进行定位焊，内筒内外均设置有一圈斜面，内筒内的斜面与底板表面形成V形内坡口，内筒外的斜面与底板表面形成V形外坡口，之后采用多层多道焊接方法，具体顺序为内坡口焊三层→外坡口焊三层→内坡口焊第四层→外坡口焊第四和第五层→内坡口焊满→外坡口焊满，同时在每层焊的时候又按照顺序a→e→c→g→b→f→d→h，在整个焊接过程中始终要保证之前预热区域覆盖的区域的温度在205℃以上。

所述定位焊的时候，定位焊的焊缝位于外坡口内，定位焊顺序为a→e→c→g→b→f→d→h，定位焊焊缝的弧长M与内筒外径D的关系为M＝πD/24，焊完之后对定位焊焊缝引弧和收弧端进行打磨，打磨后的定位焊焊缝展开后的截面呈等腰梯形，等腰梯形的底角为23°～35°。

所述内坡口角度为20°～28°，外坡口角度比内坡口角度大2°。

本发明的有益效果是：利用上述方法，可以保证底板的最大变形量控制在≤9.6mm，焊接牢固，满足核电方面的焊接质量要求，提高底座的使用寿命。

附图说明

图1是本发明高温气冷堆核电站中金属堆内构件下堆芯壳底座的俯视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1中内筒和底板局部截面图；

图4是图1中圆周焊接区域分布图；

图5是图1中定位焊焊缝展开口的截面图。

图中：1、内筒工装，2、外筒工装，3、底板，4、内筒，5、内坡口，6、外坡口，7、定位焊焊缝，8、外筒，9、内筋板，10、外筋板，11、内环，12、外环，16、滚柱垫。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

如图1和图2所示，本发明所述的高温气冷堆中下堆芯壳底座中的内筒与底板焊接方法，将两个内筒工装1和外筒工装2搁置在场地上，内筒工装1和外筒工装2都为圆筒状，外筒工装2的直径大于内筒工装1的直径，然后将底板3放在内筒工装1和外筒工装2上，底板3的圆心与内筒工装1、外筒工装2的圆心同心，将内筒4放在底板3上后对两者焊接部位进行预热直至205℃(该温度保证底板的焊接性达到最佳)以上，所形成的预热区域覆盖内筒4和底板3的焊接区域且向外延伸，预热区域延伸后在内筒4和底板3上的边界分别距离两者的焊接部位50mm以上，如图4所示，内筒4的焊接部位在圆周方向上且在顺时针方向上分成a、b、c、d、e、f、g、h八个弧长相等的焊接区域，预热完成后对内筒4和底板3进行定位焊，如图3所示，内筒4内外均设置有一圈斜面，内筒4内的斜面与底板3表面形成V形内坡口5，内筒4外的斜面与底板3表面形成V形外坡口6，之后采用多层多道焊接方法，具体顺序为内坡口5焊三层→外坡口6焊三层→内坡口5焊第四层→外坡口6焊第四和第五层→内坡口5焊满→外坡口6焊满，同时在每层焊的时候又按照顺序a→e→c→g→b→f→d→h，在整个焊接过程中始终要保证之前预热区域覆盖的区域的温度在205℃以上。

所述定位焊的时候，定位焊的焊缝位于外坡口6内，定位焊顺序为a→e→c→g→b→f→d→h，定位焊焊缝7的弧长M与内筒外径D的关系为M＝πD/24，焊完之后对定位焊焊缝7引弧和收弧端进行打磨，打磨后的定位焊焊缝7展开后的截面呈等腰梯形-图5，等腰梯形的底角为23°～35°，有效保证定位焊的强度，防止焊接过程中工件裂开。

所述内坡口5角度为20°～28°，外坡口6角度比内坡口5角度大2°，有效防止焊缝接头时两端焊不透。

本发明的优点是：核电方面的产品焊接要求都很高，设备大，焊接难度大，利用上述方法，可以保证底板的最大变形量控制在≤9.6mm，焊接牢固，满足核电方面的焊接质量要求，提高底座的使用寿命。