一、項(xiàng)目概況

核電站主管道是核反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的主動(dòng)脈，連接著反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆冷卻劑泵，運(yùn)行過程中主管道內(nèi)承載高溫、高壓、高流速以及放射性物質(zhì)的水介質(zhì)，是核電站最重要的設(shè)備之一，為核安全1級(jí)設(shè)備。早期的核電機(jī)組建設(shè)階段核電主管道現(xiàn)場(chǎng)安裝采用手工鎢極氬弧焊+手工電弧焊工藝，存在焊接效率低、優(yōu)秀焊工逐漸短缺等問題。

國內(nèi)后續(xù)批復(fù)的核電機(jī)組主要是三代核電商用機(jī)型，要求設(shè)計(jì)壽命由40年（二代改進(jìn)型機(jī)組設(shè)計(jì)壽命）提升到60年，相應(yīng)的主設(shè)備、主管道在尺寸和性能方面提出了更高的要求，使得主設(shè)備、主管道的生產(chǎn)制造難度進(jìn)一步加大，導(dǎo)致核電安裝中上游設(shè)備到貨工期滯后風(fēng)險(xiǎn)加大，再加上優(yōu)秀焊工人力短缺造成的工期壓力等問題，有必要應(yīng)用窄間隙自動(dòng)焊技術(shù)來解決核電主管道安裝焊接的進(jìn)度、質(zhì)量問題。

為打破核電主管道窄間隙自動(dòng)焊設(shè)備國外壟斷，降低施工成本，進(jìn)一步改進(jìn)和提升窄間隙自動(dòng)焊接頭質(zhì)量和性能，蘇州熱工研究院有限公司聯(lián)合中國電建集團(tuán)核電工程有限公司，基于三代核電主管道現(xiàn)場(chǎng)安裝空間和位置應(yīng)用要求，開展核電主管道鍛件及焊接材料的焊接性研究 ，自主開發(fā)窄間隙自動(dòng)焊設(shè)備的設(shè)計(jì)優(yōu)化，基于接頭質(zhì)量、應(yīng)力與變形控制的不銹鋼管道窄間隙坡口優(yōu)化設(shè)計(jì)，焊接工藝參數(shù)優(yōu)化（保護(hù)氣類型及流量、全位置焊接參數(shù)、脈沖比、電極搖動(dòng)參數(shù)），返修焊接工藝研究等，通過4個(gè)焊口（規(guī)格Φ952.5×82.5mm）焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證，獲得三代核電主管道窄間隙自動(dòng)焊接工藝、窄間隙自動(dòng)焊接頭返修工藝，為提高主管道焊接質(zhì)量、壓縮核電安裝時(shí)間、提升核電站運(yùn)行的安全水平作出貢獻(xiàn)，同時(shí)可為核電波動(dòng)管、主蒸汽VVP管道、火電大厚壁管道自動(dòng)焊提技術(shù)服務(wù)。

二、科技創(chuàng)新

采用基于現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境和空間結(jié)構(gòu)自主研發(fā)的大厚壁管道窄間隙自動(dòng)焊設(shè)備，采用鎢極搖動(dòng)技術(shù)，可在側(cè)壁焊接時(shí)實(shí)現(xiàn)電弧高能量區(qū)覆蓋焊道與側(cè)壁夾角位置，有效避免側(cè)壁夾角位置因?yàn)槟芰坎蛔?、熔化不充分?dǎo)致的側(cè)壁熔合不良問題，具有先進(jìn)性和良好的適用性。該設(shè)備具有鎢極前后兩側(cè)雙向送絲功能，可實(shí)現(xiàn)順時(shí)針和逆時(shí)針雙向圓周行走，避免了只能單向焊接而必須空走一圈返回的方式，焊接效率提高約50%。設(shè)備采用扁焊槍結(jié)構(gòu)，深入坡口內(nèi)壁，實(shí)現(xiàn)坡口內(nèi)氣體保護(hù)和純氬氣保護(hù)焊接，相對(duì)目前工程使用的坡口外氣體保護(hù)和氬氣+氦氣的保護(hù)氣體類型，大大減少了氣體流量和氣體單價(jià)，節(jié)約氣體成本80%以上。

研發(fā)了焊接設(shè)備智能管理軟件控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)權(quán)限管控，全過程焊接電流、焊接電壓、焊接速度、氣體流量、鎢極路徑的記錄以及全程焊接接頭焊縫質(zhì)量的跟蹤監(jiān)視、記錄，實(shí)現(xiàn)了焊接過程的可追溯性和可視性，以及工藝參數(shù)調(diào)整權(quán)限管控。汲取核電主管道焊接工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合焊槍尺寸及行進(jìn)特征、電極兩側(cè)搖動(dòng)技術(shù)、管接頭變形測(cè)量、坡口機(jī)加工試驗(yàn)，完成了主管道窄間隙自動(dòng)焊坡口自主化設(shè)計(jì)與優(yōu)化，避免了根部打底后的干燎工序，增強(qiáng)了打底的兩側(cè)熔池鋪展，同時(shí)掌握了不銹鋼主管道窄間隙自動(dòng)焊焊接過程變形規(guī)律。

完成了核電主管道PF+PG和H-L045+J-L045焊接位置窄間隙自動(dòng)焊工藝、PF+PG位置自動(dòng)焊返修和SMAW返修焊接工藝開發(fā)，包含了組對(duì)間隙、保護(hù)氣類型及流量、電流及脈沖峰值基值設(shè)計(jì)、行進(jìn)速度、層道布置、厚度分層參數(shù)配置等關(guān)鍵工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了PF+PG和H-L045+J-L045全圓周位置單一參數(shù)施焊，避免了不同位置的參數(shù)調(diào)整，4個(gè)評(píng)定焊口無損檢測(cè)一次合格率100%，有效避免了側(cè)壁未熔合等缺陷，具有良好的工程適用性，整體實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、坡口、工藝等的集成創(chuàng)新。

形成了《核電主管道窄間隙自動(dòng)焊PG+PF位置焊接工藝評(píng)定報(bào)告》、《核電主管道窄間隙自動(dòng)焊H-L045+J-L045位置焊接工藝評(píng)定報(bào)告》、《核電主管道窄間隙自動(dòng)焊PG+PF位置自動(dòng)焊返修焊接工藝評(píng)定報(bào)告》、《核電主管道窄間隙自動(dòng)焊PG+PF位置SMAW返修焊接工藝評(píng)定報(bào)告》、《核電廠主管道窄間隙自動(dòng)焊接工藝數(shù)據(jù)包》，可用于指導(dǎo)三代核電主管道安裝工程焊接施工。

三、推廣應(yīng)用

本課題采用國產(chǎn)窄間隙自動(dòng)焊設(shè)備，配合扁槍頭和搖動(dòng)式鎢極裝置，開發(fā)出與之相適應(yīng)的窄間隙焊縫坡口，完成了核電主管道窄間隙自動(dòng)焊工藝及典型位置的返修工藝開發(fā)。將該工藝應(yīng)用于1：1實(shí)際尺寸和材料的核電主管道焊接工藝評(píng)定中，4個(gè)焊口無損檢測(cè)及破壞性試驗(yàn)結(jié)果滿足三代核電主管道接頭性能要求，表明采用國產(chǎn)窄間隙自動(dòng)焊設(shè)備研發(fā)的成套工藝是適用的。

國產(chǎn)窄間隙自動(dòng)焊設(shè)備研發(fā)的主管道成套焊接工藝已經(jīng)應(yīng)用在以華龍一號(hào)為參考機(jī)組的某核電廠波動(dòng)管窄間隙自動(dòng)焊工藝評(píng)定研究，火電廠P22+P91大口徑異種鋼管道焊接工藝評(píng)定，以及某電力建設(shè)公司電站P92鋼管道全位置窄間隙TIG自動(dòng)焊工藝開發(fā)及其接頭性能試驗(yàn)與工程應(yīng)用研究項(xiàng)目，接頭無損檢測(cè)及理化性能均滿足技術(shù)要求，取得了良好的應(yīng)用效果。

該研究成果可應(yīng)用在華龍1號(hào)核電主管道安裝焊接中，或適應(yīng)性驗(yàn)證后應(yīng)用在CAP1400、AP1000等類型核電機(jī)組工程建造期間，，也可應(yīng)用于在役核電廠主管道焊接維修以及重大設(shè)備（如蒸發(fā)器）更換的主管道自動(dòng)焊項(xiàng)目，部分技術(shù)可應(yīng)用于常規(guī)火電、石化項(xiàng)目中大厚壁管道或設(shè)備自動(dòng)焊項(xiàng)目等，應(yīng)用前景廣闊。

四、應(yīng)用效益

通過本項(xiàng)目的開展，先后與中廣核工程有限公司、東方電氣（廣州）重型機(jī)器有限公司、中核檢修公司等簽訂設(shè)備供貨合同，或承接其自動(dòng)焊與工藝定制研制合同，累計(jì)合同額2257萬余元，并建立了后續(xù)持續(xù)供貨的關(guān)系。

依托研究成果，先后承接某電建公司“電站P91/P92鋼管全位置窄間隙TIG自動(dòng)焊工藝開發(fā)及其接頭性能試驗(yàn)與工程應(yīng)用” 項(xiàng)目，合同額260760元；2018年承接中廣核工程公司“核電工程自動(dòng)焊技術(shù)課題自動(dòng)焊設(shè)備研發(fā)及供應(yīng)” 合同，合同額18013605元，設(shè)備采購15600700元，研發(fā)投入2412905元；2019年承接?xùn)|方電氣全位置GTAW智能焊接設(shè)備開發(fā)項(xiàng)目2690000元、中核檢修全位置自動(dòng)TIG焊設(shè)備采購1870344.88元。研發(fā)費(fèi)按6%稅率，設(shè)備按12%稅率。

完成單位：蘇州熱工研究院有限公司、中國電建集團(tuán)核電工程有限公司

完 成 人：趙建倉、李廣晉、任立斌、張汝潺、郭新芳、朱 平、萬夫偉、楊 佳、尚建路、王淦剛、徐忠峰、魯 立、呂一仕、周海濤、趙振亮