AP1000余熱排出換熱器支承框架W形鋼和方形鋼的制造

蔡振芳，趙金民，趙 鵬，王 燁

（上海東海壓力容器制造有限公司，上海 201209）

AP1000余熱排出換熱器支承框架W形鋼和方形鋼的制造

蔡振芳，趙金民，趙 鵬，王 燁

（上海東海壓力容器制造有限公司，上海 201209）

為了確保我國核電廠的安全運行，在AP1000核裝置中設(shè)置了非能動余熱排出裝置，該裝置需增加1臺換熱器及核一級使用的不銹鋼W形鋼和方形鋼支承框架。目前W形鋼和方形鋼的制造工藝取得了成功。經(jīng)試驗、試制，其形狀、尺寸、公差以及各項理化性能試驗數(shù)據(jù)都達(dá)到了設(shè)計要求，可作為核一級支承件，現(xiàn)已成功應(yīng)用于核電項目中。

W形鋼；方形鋼；制造

日本福島核電站事故后，美國西屋公司在AP1000核裝置中設(shè)置了非能動余熱排出裝置。其結(jié)構(gòu)設(shè)置需增加1臺換熱器及支承框架，并將其置于安全殼內(nèi)置換料水箱中。在成功制造了W形鋼和方形鋼后，AP1000非能動余熱排出換熱器（PRHR HX）支承框架的制作問題得以解決，從而提高了AP1000非能動余熱排出換熱器的安全性。

根據(jù)AP1000設(shè)計要求，W形鋼和方形鋼應(yīng)由鋼錠通過模具拉伸擠出成型，但我國至今尚無型材供應(yīng)。改用板材經(jīng)模壓后焊接成W形鋼和方形鋼，現(xiàn)已成功應(yīng)用于三門核電和海陽核電項目。

1 結(jié)構(gòu)描述和制造技術(shù)要求

按圖紙要求，支撐框架由長短不一的W形鋼和方形鋼焊接而成，其外形尺寸為7 184.1 mm×4 318 mm×1 824.7 mm，材料為ASME A304，W形鋼和方形鋼屬核一級部件，技術(shù)要求很高（見圖1）。

圖1 支承框架結(jié)構(gòu)示意簡圖Fig.1 Suspport frame constraction

1.1 幾何尺寸形狀要求

（1）W形鋼

1）制成后的W形鋼應(yīng)進(jìn)行直線度檢查，保證全長范圍及每米的直線度和平面度滿足圖紙要求（見圖2）。

2）W形鋼的直線度要求如下：

①長度為0～3 m時，全長范圍內(nèi)的直線度不大于2 mm，任意每米范圍內(nèi)直線度不大于1 mm；

圖2 焊接示意圖（a、b、c、d為焊槍）Fig.2 The welding process

②長度為3～5 m時，全長范圍內(nèi)的直線度不大于2 mm，任意每米范圍內(nèi)直線度不大于1 mm；

③長度為5 m以上時，全長范圍內(nèi)的直線度不大于3 mm，任意每米范圍內(nèi)直線不大于1 mm。

W形鋼任意每米的扭度不大于1 mm，全長范圍內(nèi)扭度不大于5 mm；W形鋼加工成型后的尺寸應(yīng)符合圖示尺寸。

（2）方形鋼

1）對制成后的方形鋼應(yīng)進(jìn)行直線度檢查，保證全長范圍及每米的直線度和平面度滿足規(guī)程要求。

2）方形鋼全長范圍內(nèi)的直線度要求如下：全長范圍內(nèi)彎曲度不大于2 mm；任意每米內(nèi)彎曲度不得大于1 mm；方形鋼任意每米的扭度不大于1 mm，全長范圍內(nèi)扭度不大于3 mm。

3）方形鋼加工成型后的尺寸應(yīng)符合圖示尺寸。

1.2 理化性能指標(biāo)

除了對制成構(gòu)件、形狀、尺寸及形位公差的要求外，由于采用壓制成型及焊接工藝，其金屬經(jīng)歷了一次冷作和再熔煉過程。因此成型后需要對型材進(jìn)行理化性能試驗，以測定金屬組織及理化性能是否滿足設(shè)計要求。

2 制造工藝方案、工藝流程及試驗、驗收方法的設(shè)定

由于需要制作的W形鋼和方形鋼屬于核一級部件，在制造工藝方案、工藝流程以及詳細(xì)的理化試驗、驗收方法作了深入研究，并通過試驗、試制取得成功，再投入產(chǎn)品制造。

2.1 原材料的生產(chǎn)

為了保證焊接成型后構(gòu)件的理化性能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計要求，板材和焊材的理化性能必須符合ASME規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。

（1）板材

關(guān)于板材，制造公司與鋼廠直接簽訂熔煉驗收合同，詳細(xì)規(guī)定了執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)、驗收指標(biāo)、方法和技術(shù)規(guī)范，編制了制造大綱與全套程序文件并制定了詳細(xì)的質(zhì)量計劃實行全程監(jiān)造。

（2）焊材

制造公司直接購買國外原裝焊材并作相應(yīng)復(fù)驗，以符合規(guī)范要求為驗收條件。

2.2 方形鋼壓制成型方案的探索

按圖紙要求，方形鋼四角需用鋼板壓制成型，但轉(zhuǎn)角半徑難以采用一般壓制工藝，而且應(yīng)變硬化嚴(yán)重。為此，公司進(jìn)行了多次試壓、設(shè)計有關(guān)模具并調(diào)整壓機(jī)噸位，終于實現(xiàn)了大長度尺寸、小轉(zhuǎn)角R的壓制難題，并通過了測試達(dá)到了規(guī)定的理化性能指標(biāo)。

2.3 W形鋼的焊接成型

通過試驗，公司改進(jìn)了傳統(tǒng)的W形鋼筋板和翼板的對接焊工藝，采用了獨創(chuàng)的同一熔池雙槍氬弧焊焊接成型的工藝，不僅減少了缺陷的產(chǎn)生且將變形量控制在可控范圍之內(nèi)，成功實現(xiàn)了W形鋼的焊接成型（見圖2）。

3 工藝評定

對ASME A304的焊接，根據(jù)ASME Ⅸ的要求和規(guī)定進(jìn)行了工藝評定。確定焊接坡口型式及各個焊接參數(shù)，然后根據(jù)工藝評定合格后編制WPS，作為生產(chǎn)用焊接工藝。

4 控制變形方法

薄鋼板焊接的變形很難控制，除以上措施外，公司還采用工裝防止過大變形的產(chǎn)生（見圖3、圖4）。

圖3 W形鋼工裝示意圖Fig.3 W-shaped steel assembly

圖 4 方形鋼工裝示意圖Fig.4 Square shaped steel assembly

5 制造工藝

1）W形鋼：對W形鋼，其翼板和筋板分別按工藝尺寸下料進(jìn)行首次機(jī)加工（含坡口）并去除熱影響區(qū)，采用圖3工裝組裝、組焊。

2）對方形鋼按工藝尺寸下料并首次加工（含坡口），用模具壓槽成半個方形鋼，按圖4工裝組裝并焊接。

3）組焊：組裝后按合格的PQR編制的焊接規(guī)程WPS進(jìn)行焊接，焊接完畢對焊縫按NF5210作100%RT；按NF5320驗收合格后，按NF5210作100%PT檢查；探傷合格后對W形鋼、方形剛做二次加工，以達(dá)到圖示尺寸。

6 理化試驗

理化試驗結(jié)果見表1、表2。

表1 W形鋼Table1 W-shaped steel

表2 方形鋼Table2 Square-shaped steel

7 結(jié)論

在試驗、試制成功后，公司開始了產(chǎn)品生產(chǎn)。經(jīng)用戶、承包商和國核全程監(jiān)督檢查驗收后，證明公司焊接成型生產(chǎn)的W形鋼和方形鋼達(dá)到了圖紙規(guī)定的技術(shù)要求。

[1] 美國機(jī)械工程協(xié)會第Ⅱ卷材料 B篇 非鐵基材料[S]，2004.（ASME SECTION Ⅱ.MATERIALS. PART B NON-FERROU MATERIALS[S]，2004.）

[2] 美國機(jī)械工程師協(xié)會第五卷無損檢測[S]，2004.（ASME SECTION Ⅴ NDE[S]，2004.）

[3] 美國機(jī)械工程師協(xié)會，第9卷 焊接[S]，2004.（ASME SECTION Ⅸ WELDING[S]，2004.）

Manufacture of W-Shaped Stainless Steel and Square
Shaped Stainless Steel to be Used as the Support for AP1000 Passive Residual Heat Removal Heat Exchanger

CAI Zhen-fang，ZHAO Jin-min，ZHAO Peng，WANG Ye
（Shanghai East-sea Pressure Vessel Manufacturing Co.，Ltd.，Shanghai 201209，China）

To avoid nuclear safety accidents as the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant and to ensure the operation safety, we introduced a passive residual heat removal device in AP1000 nuclear equipment The device requires an extra heat exchange and support frames made by W-shaped and square shaped steel which meet the requirement for nuclear safety class 1 equipment. At present, success is achieved in the manufacture process of W-shaped and square-shaped stainless steel. Through test and development, the shape, dimension, precision and other physical and chemical properties can meet the design requirement and can be used as nuclear safety class 1 supporting components. This product has been successfully applied in Sammen nuclear power project.

W-shaped steel；square-shaped steel；manufacture

TM623 Article character：A Article ID：1674-1617(2014)03-0240-05

TM623

A

1674-1617(2014)03-0240-05

2014-04-03

蔡振芳（1940—），男，上海人，高級工程師，本科，從事核電設(shè)備制造工作。