1、核电站钢制安全壳大尺寸套筒组件制造工艺要点摘 要：核电站钢制安全壳套筒组件是重要的承压部件，主要有套筒和插入板组成，大尺寸套筒组件的制造难点在于插入板的分片成形方式确定、插入板分片拼焊时尺寸精度控制、插入板与套筒的组焊定位等，文章分析了大尺寸插入板的分片形式；设计了一套插入板拼焊工装来检测控制成形精度；设置定位筋板快速准确实现插入板与套筒的组焊。在解决以上几处工艺要点后，明确了大尺寸套筒组件的制造工艺流程。 关键词：套筒；插入板；成形；组焊 引言 核电站钢制安全壳套筒组件是核安全 2 级部件1，由套筒和插入板组成，大尺寸的套筒组件制造时，涉及下料切割、成形、焊接、热处理、无损检测、机加工等多道
2、工序，制造难点再与插入板分片方式的确定、成形精度的检测与控制、插板与套筒定位组焊方案的确定。文章对这几处工艺要点进行了分析，并提供了解决方案，最终明确了套筒组件的制造工艺流程。 1 核电站钢制安全壳套筒组件概述 钢制安全壳（以下简称 CV）是大曲率的圆筒，套筒组件是 CV 上的贯穿件，主要由插入板和套筒组成，其中插入板与 CV 筒体曲率一致，且插入板厚度大于 CV 筒体厚度。根据 ASME BPVC-1-NE-4622 要求2，套筒组件应在组焊完成并经热处理后，再与 CV 筒体组焊。 以图 1 为例，大尺寸套筒组件的制造涉及下料切割、成形、焊接、热处理、无损检测、机加工等多道工序，成形要求高，
3、控制焊接变形难度大，其制造工艺要点如下：（1）插入板分片方案的确定。插入板外形尺寸较大，出于成形设备加工能力限制、材料利用率等因素考虑，需要由几张钢板拼接而成。 （2）插入板拼焊时成形曲率检测与控制。出于成形设备加工能力的限制，应先分片成形，然后拼焊，此时需要设计拼焊工装控制成形曲率。 （3）套筒与插入板组焊时定位与变形控制。套筒与插入板组焊时需要准确定位，并且需要防止焊接变形。 2 插入板的几种分片形式 以图 1 为例，插入板的制造工艺流程如下：（1）压制（或卷制）钢板，要求内表面曲率 R21440；（2）在成形好的钢板上划各拼焊板的切割线，并将各拼焊板切割下来；（3）制备各拼焊板的组焊坡口
4、，坡口进行磁粉检测；（4）各拼焊板组焊，检测并控制插入板的成形曲率，此时应设计拼焊工装；（5）各拼接板组焊过程中，焊缝根部磁粉检测，焊接完成后进行射线检测和磁粉检测；（6）机加工插入板内圆焊接坡口，外圆坡口暂不加工；（7）清洗、入库，准备与套筒组焊。 插入板拼接一般只允许在水平方向拼焊，即拼接焊缝为 B 类焊缝，分片方案需考虑如下因素：（1）插入板拼接焊缝应避开 CV 筒体环焊缝；（2）材料消耗与利用率：拼接板的数量越多，钢板利用率越高消耗少，但是相应的焊接、无损检测等工作量增加，焊材消耗量也会增加；（3）拼焊及无损检测工作量：拼接板的数量越少，焊缝长度越短，相应的焊接、无损检测等工作量越少，
5、焊接变形也较好控制，但是钢板利用率会较低消耗大；（4）焊接变形控制：拼接板的数量越多，焊接变形越难控制。 综合分析，拼接板的数量少，材料利用率低消耗多，但是焊接及无损检测工作量较少，焊接变形也较容易控制；拼接板的数量多，材料利用率高，但是焊接及无损检测工作量较大，焊接变形也较难控制。 图 2、3 分别给出了两片拼焊、四片拼焊的分片方案，比较如下：（1）两片拼焊，消耗钢板 17.7m3，两条焊缝总长 1020mm；（2）四片拼焊，消耗钢板 11.4m3，四条焊缝总长 2548mm。 综合考虑材料消耗与利用率、焊接及无损检测工作量、焊接变形控制、加工效率等因素，在设备加工能力满足的情况下，应首选两
6、片拼焊的分片方案。 3 插入板分片拼焊工装的设计与应用 已经成形的插入板分片板在拼焊时，焊缝为全熔透形式，容易产生较大的焊接变形，需要在拼焊过程中检测并控制成形曲率，设计的拼焊工装见图 4，主要由内弧面支撑模具、外弧面支撑模具、加紧装置、翻转吊耳等组成，其结构特点和使用方法如下：（1）内弧面支撑模具用以支撑 R21400 内表面，外弧面支撑模具用以支撑 R21510 外表面，支撑弧面在整个模具组焊完成后通过机加工而成，标定合格后可以作为检验模具，见图 5；（2）插入板内外表面与支撑模具的贴合间隙，作为插入板成形质量的检查依据；（3）内弧面支撑模具、外弧面支撑模具根据拼接焊缝的位置，设置了过焊孔
7、，两套模具可以单独使用，也可以组合使用，组合使用时，两套模具均与插入板夹紧，实现整体翻转；（4）该套工装也可用于插入板内外圆坡口的机加工，便于工件装夹找正。 4 插入板与套筒的组焊定位 插入板与套筒组焊时，应满足如下要求：（1）插入板弧面中心线与套筒轴线相交垂直。 （2）确定插入板与套筒在套筒轴线方向的相对位置。以上要求可通过设置定位筋板来解决，见图 6，详细方案如下：（1）车平套筒一处端面，此端面作为插入板与套筒组装的轴向基准面；（2）确定定位筋板位置，确定其形状尺寸。筋板一边是圆弧段，另一边是直边段，圆弧段与插入板曲率贴合，直边段与套筒组件基准面齐平，筋板应避开插入板拼接焊缝；（3）插入板
8、、套筒、定位筋板组焊，控制定位筋板直边段与套筒基准面齐平，检查筋板圆弧段与插入板曲面贴合间隙、套筒与插入板环缝组对间隙等；（4）各处尺寸检查无误后，将定位筋板与插入板、套筒点焊固定好，准备插入板与套筒的环缝组焊。（5）焊接过程中，如有需要，可以再设置防变形筋板，控制组件的变形。5 套筒组件制造工艺流程 套筒组件制造工艺流程见图 7，对无损检测时机及方法说明如下3：（1）套筒纵缝坡口、插入板拼接焊缝坡口，进行 100%磁粉检测；（2）插入板拼接焊缝、套筒纵缝在组件整体热处理前，进行 100%射线检测，表面再经 100%磁粉检测；在组件整体热处理后，表面再经 100%磁粉检测；（3）插入板与套筒环
9、缝在组件整体热 处理后进行 100%超声检测，表面再经 100%磁粉检测；（4）定位筋板随套筒组件参与整体热 处理，热处理完成后再拆除，拆除后，焊缝表面再经 100%磁粉检测。6 结束语 大尺寸套筒组件制造时，插入板成形精度高，控制焊接变形难度大，文章提出了套筒组件的制造工艺要点及解决方案，即在分析明确插入板分片方式的基础上，设计插入板拼焊成形工装检测并控制成形精度，并设置定位筋板快速准确的进行套筒与嵌板的组焊，最后明确了套筒组件的制造工艺流程，对压力容器大尺寸贯穿件的制造有较大的应用价值。 参考文献 1郑东宏，刘乃军，等.压水堆承压设备的核安全分级和质保要求J.装备制造技术，2013（3）：92-95. 2ASME BPVC-1-NE-2007.MC 级设备S. 3GB 150-2011.压力容器S. 作者简介：李方（1981-） ，男，辽宁大连人，学士，研究方向为机械制造及自动化。
