高温气冷堆中下堆芯壳底座中的外筋板焊接方法

摘要

本发明公开了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外筋板焊接方法，在外筒和底板焊接完成后，将15个外筋板均布在底板和外筒之间后，对所需焊接部位进行预热直至205℃以上，预热完成后对外筒和外筋板之间、底板和外筋板之间进行定位焊，之后采用多层多道焊接方法，先进行外筋板和外筒之间的焊接，完成之后对外筋板和底板进行焊接。本发明的优点是：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。

权利要求

1.高温气冷堆中下堆芯壳底座中的外筋板焊接方法，其特征在于：在外筒和底板焊接完成后，将15个外筋板均布在底板和外筒之间后，对所需焊接部位进行预热直至205℃以上，所形成的预热区域覆盖所需焊接区域且向四周延伸，预热区域延伸后在外筒和底板上的边界分别距离所需焊接部位50mm以上，外筋板的两侧分别设置有斜面，外筋板的斜面与外筒、底板分别形成坡口，预热完成后对外筒和外筋板进行定位焊，具体为先顺时针定位焊外筒和外筋板，然后顺时针定位焊外筋板和底板，外筋板与外筒之间、外筋板与底板之间的两个坡口均要定位焊且定位焊完成之后再进行下一个外筋板与外筒、外筋板与底板的定位焊，之后先顺时针对外筋板与外筒之间的坡口填焊三层，一个外筋板与外筒的两个坡口均填焊三层后再对下一个外筋板与外筒填焊三层，完成后再对外筋板与外筒之间的坡口填满，顺序同之前填焊三层的时候的顺序，完成之后对外筋板和底板进行焊接，具体顺序为先选定一个外筋板与底板作为起点，即第一个外筋板，所有外筋板的焊接顺序为第一个外筋板→顺时针第八个外筋板→顺时针第三个外筋板→顺时针第十个外筋板→顺时针第五个外筋板→顺时针第十二个外筋板→顺时针第七个外筋板→顺时针第十四个外筋板→顺时针第二个外筋板→顺时针第九个外筋板→顺时针第四个外筋板→顺时针第十一个外筋板→顺时针第六个外筋板→顺时针第十三个外筋板→顺时针第十五个外筋板，先对第一个外筋板的一侧的坡口填焊三层，然后按照前面所述所有外筋板与底板的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板同侧的坡口填焊三层，完成后对第一个外筋板的另一侧的坡口填焊五层，然后按照前面所述所有外筋板与底板的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板同另一侧的坡口填焊五层，完成后对第一个外筋板的一侧坡口填焊四层，然后按照前面所述所有外筋板与底板的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板同侧的坡口填焊四层，完成后对第一个外筋板的另一侧的坡口填焊满，然后按照前面所述所有外筋板与底板的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板同另一侧的坡口填焊满，完成后对第一个外筋板的一侧的坡口填焊满，然后按照前面所述所有外筋板与底板的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板同侧的坡口填焊满，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。

2.根据权利要求1所述的高温气冷堆中下堆芯壳底座中的外筋板焊接方法，其特征在于：所述定位焊的时候，焊完之后对定位焊焊缝引弧和收弧端进行打磨，使得定位焊焊缝的截面呈等腰梯形，等腰梯形的底角为23°35°。

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3.根据权利要求1所述的高温气冷堆中下堆芯壳底座中的外筋板焊接方法，其特征在于：所述坡口角度为20°28°。

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说明书

高温气冷堆中下堆芯壳底座中的外筋板焊接方法

技术领域

[0001] 本发明涉及到一种高温气冷堆中下堆芯壳底座中的外筋板焊接方法。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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)。

[0005] HTR一20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。

[0006] 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φ
5160mm×δ65mm，每块重量10.6T。

[0007] 底座的装配焊接是整个设备制造的关键。

[0008] 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1、外筒2、内筋板20、外筋板4、内环21、外环22和滚柱垫23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。

[0009] 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。

发明内容

[0010] 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外筋板焊接方法。

[0011] 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外筋板焊接方法，在外筒和底板焊接完成后，将15个外筋板均布在底板和外筒之间后，对所需焊接部位进行预热直至205℃以上，所形成的预热区域覆盖所需焊接区域且向四周延伸，预热区域延伸后在外筒和底板上的边界分别距离所需焊接部位50mm以上，外筋板的两侧分别设置有斜面，外筋板的斜面与外筒、底板分别形成坡口，预热完成后对外筒和外筋板进行定位焊，具体为先顺时针定位焊外筒和外筋板，然后顺时针定位焊外筋板和底板，外筋板与外筒之间、外筋板与底板之间的两个坡口均要定位焊且定位焊完成之后再进行下一个外筋板与外筒、外筋板与底板的定位焊，之后先顺时针对外筋板与外筒之间的坡口填焊三层，一个外筋板与外筒的两个坡口均填焊三层后再对下一个外筋板与外筒填焊三层，完成后再对外筋板与外筒之间的坡口填满，顺序同之前填焊三层的时候的顺序，完成之后对外筋板和底板进行焊接，具体顺序为先选定一个外筋板与底板作为起点，即第一个外筋板，所有外筋板的焊接顺序为第一个外筋板→顺时针第八个外筋板→顺时针第三个外筋板→顺时针第十个外筋板→顺时针第五个外筋板→顺时针第十二个外筋板→顺时针第七个外筋板→顺时针第十四个外筋板→顺时针第二个外筋板→顺时针第九个外筋板→顺时针第四个外筋板→顺时针第十一个外筋板→顺时针第六个外筋板→顺时针第十三个外筋板→顺时针第十五个外筋板，先对第一个外筋板的一侧的坡口填焊三层，然后按照前面所述所有外筋板与底板的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板同侧的坡口填焊三层，完成后对第一个外筋板的另一侧的坡口填焊五层，然后按照前面所述所有外筋板与底板的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板同另一侧的坡口填焊五层，完成后对第一个外筋板的一侧坡口填焊四层，然后按照前面所述所有外筋板与底板的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板同侧的坡口填焊四层，完成后对第一个外筋板的另一侧的坡口填焊满，然后按照前面所述所有外筋板与底板的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板同另一侧的坡口填焊满，完成后对第一个外筋板的一侧的坡口填焊满，然后按照前面所述所有外筋板与底板的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板同侧的坡口填焊满，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。

[0012] 所述定位焊的时候，焊完之后对定位焊焊缝引弧和收弧端进行打磨，使得定位焊焊缝的截面呈等腰梯形，使得定位焊焊缝的截面呈等腰梯形，等腰梯形的底角为23°～35°。

[0013] 所述坡口角度为20°～28°。

[0014] 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

[0015] 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；

[0016] 图2是图1中A-A剖视图。

[0017] 图中：1、内筒，2、外筒，3、底板，4、外筋板，5、第一个外筋板，6、第二个外筋板，7、第三个外筋板，8、第四个外筋板，9、第五个外筋板，10、第六个外筋板，11、第七个外筋板，12、第八个外筋板，13、第九个外筋板，14、第十个外筋板，15、第十一个外筋板，16、第十二个外筋板，17、第十三个外筋板，18、第十四个外筋板，19、第十五个外筋板，20、内筋板，21、内环，22、外环，23、滚柱垫。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

[0019] 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外筋板焊接方法，在外筒2和底板3焊接完成后，将15个外筋板4均布在外筒2和底板3之间后，对所需焊接部位进行预热直至205℃以上，所形成的预热区域覆盖所需焊接区域且向四周延伸，预热区域延伸后在外筒2和底板3上的边界分别距离所需焊接部位50mm以上，外筋板4的两侧分别设置有斜面，外筋板4的斜面与外筒2、底板3分别形成坡口，预热完成后对外筒2和外筋板4进行定位焊，具体为先顺时针定位焊外筒2和外筋板4，然后再顺时针定位焊底板3和外筋板4，外筋板4与外筒2、外筋板4与底板3之间的两个坡口均要定位焊且定位焊焊完之后再进行下一个外筋板4与外筒2、外筋板与底板3的定位焊，之后先顺时针对外筋板4与外筒2之间的两个坡口进行填焊三层→顺时针对外筋板4与外筒2之间的两个坡口焊满，即对每个外筋板填焊三层后再填焊下一个外筋板4，外筋板4之间是顺时针顺序填焊，三层全部焊完后再从第一个外筋板开始焊满，外筋板4之间的顺序还是顺时针。完成之后对外筋板4和底板3进行焊接，具体顺序为先选定一个外筋板作为起点，即第一个外筋板5，然后是顺时针排布的第二个外筋板6，第三个外筋板7，第四个外筋板8，第五个外筋板9，第六个外筋板10，第七个外筋板11，第八个外筋板12，第九个外筋板13，第十个外筋板14，第十一个外筋板15，第十二个外筋板16，第十三个外筋板17，第十四个外筋板18，第十五个外筋板19。所有外筋板的焊接顺序为第一个外筋板5→第八个外筋板12→第三个外筋板7→第十个外筋板14→第五个外筋板9→第十二个外筋板16→第七个外筋板11→第十四个外筋板18→第二个外筋板6→第九个外筋板13→第四个外筋板8→第十一个外筋板15→第六个外筋板10→第十三个外筋板
17→第十五个外筋板19，先对第一个外筋板5的一侧的坡口填焊三层，然后按照前面所述所有外筋板4与底板3的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板5同侧的坡口填焊三层，即以底板3圆心作为参考点的话，所有外筋板4的左右侧均以人站着底板3圆心处面向外筋板4作为参考，例如如果先对第一个外筋板5的左侧进行与底板3填焊三层完成后，那么接下来就是对第八个外筋板12的左侧进行填焊三层，然后是第三个外筋板7，按顺序接下去。完成后对第一个外筋板5的另一侧的坡口填焊五层，如果前面是先对外筋板的左侧进行填焊，那么外筋板5的另一侧就是右侧。然后按照前面所述所有外筋板4与底板3的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板5同另一侧的坡口填焊五层，完成后再对第一个外筋板5的一侧(即焊好三层的那侧)坡口填焊四层，然后按照前面所述所有外筋板4与底板3的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板5同侧的坡口填焊四层，完成后对第一个外筋板5的另一侧(即焊好五层的那侧)的坡口填焊满，然后按照前面所述所有外筋板4与底板3的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板5同另一侧的坡口填焊满，完成后对第一个外筋板5的一侧的坡口填焊满，然后按照前面所述所有外筋板4与底板3的焊接顺序对其余外筋板与第一个外筋板5同侧的坡口填焊满，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。

[0020] 所述定位焊的时候，焊完之后对定位焊焊缝引弧和收弧端进行打磨，使得定位焊焊缝的截面呈等腰梯形，使得定位焊焊缝的截面呈等腰梯形，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。

[0021] 所述坡口角度为20°～28°。有效防止焊缝接头时两端焊不透。

[0022] 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。