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大型壓水堆鋼制安全殼頂封頭現(xiàn)場組裝工藝

文檔作者：趙旭，李會永文檔來源：山東核電設(shè)備制造有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年12月11日
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大型壓水堆鋼制安全殼頂封頭現(xiàn)場組裝工藝
趙旭，李會永
(山東核電設(shè)備制造有限公司，山東海陽265118)
摘要：通過對某大型壓水堆核電廠鋼制安全殼頂封頭特點(diǎn)及工程難點(diǎn)的分析，利用合適的現(xiàn)場組
裝工藝能夠使鋼制安全殼頂封頭的組裝質(zhì)量得到良好的控制，滿足了鋼制安全殼的設(shè)計(jì)功能。
關(guān)鍵詞：核電廠；鋼制安全殼；頂封頭；現(xiàn)場組裝；質(zhì)量控制
中圖分類號：TH16；TM623．91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1001—4837(2013)03—0067—04
doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2013．03．012
Field Assembling Process of Steel Containment Vessel Top Head
in a Large Pressure W ater Reactor
ZHAO Xu，LI Hui—yong
(Shandong Nuclear Power Equipment Manufacturing Co．，Ltd．，Haiyang 265118，China)
Abstract：Through analysis of the characteristics of a PWR steel containment vessel top head and the difficulty
of this project，good quality control of the steel containment vessel top head was realized by using
suitable field assembling process，and satisfied the design requirement of steel containment vesse1．
Key words：nuclear plant；steel containment vessel；top head；field assembling；quality control
0 引言
安全殼是現(xiàn)代核電廠縱深防御原則的最后一
道安全屏障，放射性物質(zhì)最終控制在安全殼壓力
邊界以內(nèi)?。本工程鋼制安全殼是采用非能動
安全理念設(shè)計(jì)的大型壓水堆的重要設(shè)備之一，同
時(shí)也是非能動安全殼冷卻系統(tǒng)的重要組成部
分 J。而鋼制安全殼頂封頭拼裝后的最終整體
成型直接影響到非能動冷卻系統(tǒng)的功能，因此，如
何保證鋼制安全殼頂封頭拼裝后的最終成型是整
個頂封頭組裝的重點(diǎn)。
1 工程概況
封頭，橢圓方程為：
+上：1
19812 1 1468
CV頂封頭設(shè)計(jì)內(nèi)徑39．624 m，高11．468 m，
由64片厚度為41．3 mm的鋼板壓制成封頭瓣片
組成，由外向內(nèi)各圈鋼板數(shù)量分別為32，24，6和
2，鋼板材質(zhì)為SA738Gr．B，結(jié)構(gòu)形式見圖1。CV
頂封頭在組裝場地組裝完成后將其吊裝至CV簡
體上部與簡體焊接成整體，最終形成一個完整的
安全殼容器。CV頂封頭屬于核2級設(shè)備，其制造
及組裝按照ASME核電規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)第Ⅲ卷NE分
卷執(zhí)行 J。
2 頂封頭組裝
鋼制安全殼(以下簡稱CV)頂封頭是橢球形 2．1 拼裝條件
· 67·
大型壓水堆鋼制安全殼頂封頭現(xiàn)場組裝工藝 Vo130．N03 2013
圖1 CV頂封頭結(jié)構(gòu)示意
二圈板(3r1
第一圈板(2r)
頂封頭現(xiàn)場拼裝需具備兩個條件，首先由工
廠預(yù)制完成的達(dá)到設(shè)計(jì)要求的封頭瓣片，其次是
建立頂封頭拼裝所需的支撐鋼結(jié)構(gòu)。支撐鋼結(jié)構(gòu)
是保證頂封頭拼裝質(zhì)量的必要條件，在頂封頭拼
裝過程中，通過調(diào)整支撐鋼結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)支撐塊位
置來調(diào)整封頭瓣片的位置，以滿足封頭的設(shè)計(jì)條
件 。
2．2 拼裝準(zhǔn)備
CV頂封頭拼裝過程中需對封頭成型進(jìn)行實(shí)
時(shí)測量，因此在頂封頭拼裝前，首先在拼裝場地建
立測控網(wǎng)并測量及確定頂封頭中心點(diǎn)位置，之后
以封頭拼裝支撐鋼結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)在地面放出 及O／
+180。方向線(O／作為封頭瓣片起始板基準(zhǔn)線)。
根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對支撐鋼結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)支撐塊進(jìn)行測
量并預(yù)調(diào)，封頭拼裝前還需對支撐鋼結(jié)構(gòu)最外側(cè)
支撐面進(jìn)行水平度測量并調(diào)整，以滿足封頭下口
拼裝的水平度要求。
CV頂封頭拼裝前需確定頂封頭下口半徑尺
寸，目的是滿足頂封頭下口與CV筒體組對時(shí)環(huán)
縫組對錯變量的設(shè)計(jì)要求_6 J。由于封頭瓣片在
焊接時(shí)存在環(huán)向的焊接收縮，因此需適當(dāng)放大頂
封頭拼裝時(shí)的下口半徑(半徑尺寸參考CV簡體
上口實(shí)際周長及設(shè)計(jì)半徑)。
設(shè)計(jì)要求CV頂封頭最終拼裝后的整體形狀
尺寸偏差控制在1倍板厚數(shù)值內(nèi)(±41．3 mm)，
由于封頭瓣片及封頭在現(xiàn)場拼裝過程中均會產(chǎn)生
· 68 ．
形狀偏差，為最大限度地給現(xiàn)場拼裝預(yù)留形狀偏
移的空問，工廠生產(chǎn)封頭瓣片時(shí)將瓣片的形狀尺
寸進(jìn)行了更加嚴(yán)格的控制。封頭瓣片通過模壓
后，利用專用的測量機(jī)器人對其曲率進(jìn)行高精度
測量，測量中以高密集度測點(diǎn)的方式反映實(shí)際點(diǎn)
與理論設(shè)計(jì)值的偏差。在測量點(diǎn)出現(xiàn)局部超差
時(shí)，通過大型點(diǎn)壓設(shè)備對封頭瓣片進(jìn)行局部點(diǎn)壓
以達(dá)到預(yù)制階段的形狀偏差值。
2．3 頂封頭第一圈拼裝
CV頂封頭現(xiàn)場拼裝采用2個相互獨(dú)立的方
向進(jìn)行拼裝，取第一圈封頭瓣片兩塊板分別作為
2個方向的起始板，封頭瓣片在吊裝前標(biāo)記出中
心線。起始板吊裝至支撐鋼結(jié)構(gòu)后使兩塊封頭瓣
片的中心線分別與地面的Ot及 +180。方向線對
齊，此時(shí)需調(diào)整封頭瓣片底部水平度及滿足拼裝
要求的下口半徑。
起始板調(diào)整完成后對起始板的形狀進(jìn)行測
量，根據(jù)設(shè)計(jì)圖相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)高、半徑測量封頭瓣
片對應(yīng)的測量點(diǎn)。設(shè)計(jì)要求封頭拼裝后的形狀公
差為±41．3 mm，如測量點(diǎn)數(shù)據(jù)不符合設(shè)計(jì)要求，
則需對第一圈板下部支撐鋼結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)支撐塊進(jìn)
行微調(diào)直至測量點(diǎn)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求。為便于剩
余的第一圈頂封頭板拼裝，可根據(jù)起始板調(diào)整后
的實(shí)際支撐塊位置調(diào)節(jié)剩余第一圈板下部支撐鋼
結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)支撐塊。
從起始板一側(cè)開始進(jìn)行剩余封頭板的拼裝，2
個起始點(diǎn)的拼裝應(yīng)以相同的順序(順時(shí)針或逆時(shí)
針)進(jìn)行拼裝，拼裝示意如圖2所示。每塊封頭
瓣片吊裝就位后，使用卡具在封頭板外表面進(jìn)行
固定并調(diào)整兩封頭瓣片的組對錯邊量及間隙，設(shè)
計(jì)要求封頭瓣片縱縫錯邊量≤3．2 mm、組對間隙
≤5 mm，卡具如圖3所示。
圖2 拼裝示意
第30卷第3期 壓 力 容 器 總第244期
圖3 卡具示意
第一圈封頭瓣片(除2張調(diào)整板)在組對完
成后進(jìn)行封頭瓣片的定位焊接，完成定位焊接后
需對封頭瓣片形狀進(jìn)行復(fù)測，滿足要求后可進(jìn)行
縱縫的焊接，縱縫的焊接需在瓣片上口處預(yù)留
300～500 mm，以便后續(xù)環(huán)縫的調(diào)整。當(dāng)縱向焊
縫基本不再產(chǎn)生環(huán)向收縮時(shí)(根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工程
情況，此時(shí)縱縫焊接量約完成80％)，可以對預(yù)留
板缺口尺寸測量以確定調(diào)整板尺寸。調(diào)整板的尺
寸根據(jù)鋼安全殼簡體上口周長與頂封頭下口周長
之差進(jìn)行確定，之后分別對2張調(diào)整板進(jìn)行測量
劃線并加工兩端縱縫坡口(調(diào)整板的組對及焊接
方法與其他封頭瓣片相同) J。
2．4 頂封頭第二圈拼裝
當(dāng)?shù)谝蝗Π蹇v縫焊接至不再產(chǎn)生收縮時(shí)開展
第二圈封頭瓣片的拼裝，對第二圈起始板測量形
狀合格后按照第一圈封頭瓣片的拼裝方式進(jìn)行其
余瓣片的拼裝，每塊瓣片吊裝后在外表面使用卡
具將第二圈板下口與第一圈板上口進(jìn)行固定。在
頂封頭第二圈板縱向焊縫基本不再產(chǎn)生環(huán)向收縮
時(shí)(縱縫焊接量約完成80％)開展第二圈預(yù)留板
缺口尺寸測量，第二圈調(diào)整板尺寸根據(jù)第一圈板
上口周長確定，之后對其劃線并加工坡口。
當(dāng)?shù)谝蝗εc第二圈環(huán)縫相鄰的縱縫焊接至
80％時(shí)進(jìn)行環(huán)縫的組對間隙與錯邊量調(diào)整，環(huán)縫
調(diào)整好后需將第一圈板縱縫焊接時(shí)的預(yù)留段進(jìn)行
焊接，完成預(yù)留段焊接之后則進(jìn)行環(huán)縫整體的焊
接工作。
2．5 頂封頭第三及第四圈拼裝
頂封頭第三圈與第四圈分別預(yù)留1張調(diào)整
板，預(yù)留的調(diào)整板缺口尺寸測量及調(diào)整板尺寸確
定均為在各圈縱縫焊接不再產(chǎn)生收縮后進(jìn)行，第
三、四圈板與第一、二圈板拼裝方法相同。
2．6 焊接
CV頂封頭采用手工電弧焊進(jìn)行焊接，各焊縫
位置焊接前需利用電加熱片或火焰進(jìn)行焊前預(yù)
熱。CV頂封頭的焊接均以對稱焊接方式為基礎(chǔ)，
在縱縫數(shù)量較多的第一圈及第二圈鋼板焊接時(shí)至
少同時(shí)進(jìn)行4條焊縫的焊接。
縱焊縫焊接首先進(jìn)行定位焊，第一、二圈板縱
縫定位焊在外側(cè)，定位焊長100～200 mm，間距
300～400 mm。定位焊完成后從內(nèi)側(cè)進(jìn)行打底
焊，打底和填充焊接2—4層后進(jìn)行背面清根，清
根后進(jìn)行目視及液體滲透檢測，檢i貝0合格后進(jìn)行
外側(cè)焊接。焊接2～4層后進(jìn)行剩余層的填充和
蓋面。第三、四圈定位焊在內(nèi)側(cè)進(jìn)行，打底焊在外
側(cè)，其余焊接方法與第一、二圈相同。
各圈環(huán)縫的定位焊在內(nèi)側(cè)進(jìn)行，定位焊完成
后在外側(cè)進(jìn)行打底和填充焊接，填充3—4層后進(jìn)
行清根，之后進(jìn)行目視及液體滲透檢測，檢測合格
后返到內(nèi)側(cè)進(jìn)行焊接，在焊接3—4層后進(jìn)行剩余
層的填充和蓋面。
根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，CV頂封頭鋼板厚度未達(dá)
到規(guī)范中所要求進(jìn)行焊后熱處理的厚度，因此各
焊縫焊接完成后不需再進(jìn)行焊后熱處理，同時(shí)焊
接完成后的焊縫在滿足相應(yīng)目視檢測要求前提下
不需進(jìn)行打磨平齊。
2．7 無損檢測
CV頂封頭主體焊縫均屬于對接焊縫，對接焊
縫進(jìn)行清根后對焊縫進(jìn)行液體滲透檢測與目視檢
查，焊縫完成填充及蓋面焊接后需進(jìn)行表面的液
體滲透與目視檢查，檢查合格后按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)
行焊縫的最終射線檢測以驗(yàn)證焊縫的焊接質(zhì)量。
當(dāng)液體滲透檢測、目視檢查以及射線檢測發(fā)現(xiàn)焊
縫表面或焊縫中有不可接受的缺陷時(shí)，需對此部
分焊縫缺陷進(jìn)行挖除并進(jìn)行焊接返修，返修完成
后仍需進(jìn)行液體滲透、目視檢查以及射線檢測，直
至焊縫質(zhì)量滿足要求。
3 工程難點(diǎn)及質(zhì)量控制方法
CV頂封頭現(xiàn)場組裝的重點(diǎn)是滿足設(shè)計(jì)要求
的成型，即控制封頭瓣片在組裝焊接中的變形。
現(xiàn)場封頭組裝變形余量需根據(jù)工廠預(yù)制的形狀公
差值確定，由于CV頂封頭的結(jié)構(gòu)尺寸大、鋼板
· 69·
大型壓水堆鋼制安全殼頂封頭現(xiàn)場組裝工藝 Vo130．N03 2013
厚，導(dǎo)致各層瓣片在焊接中的變形難于控制，因此
現(xiàn)場組裝需采取有效的方法保證頂封頭的組裝質(zhì)
量。
3．1 預(yù)留調(diào)整板
CV頂封頭各圈焊縫在現(xiàn)場組裝焊接時(shí)產(chǎn)生
焊接收縮，為防止焊接收縮引起的環(huán)向尺寸超差
導(dǎo)致其余瓣片無法拼裝，頂封頭瓣片在工廠預(yù)制
時(shí)第一、二圈板各留2張調(diào)整板，第三、圈各留1
張調(diào)整板。調(diào)整板在預(yù)制時(shí)兩縱邊各留100 mm
調(diào)整余量(除第五圈板外)，其余尺寸均與普通板
相同。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工程情況，當(dāng)焊縫焊接完成
總量約80％時(shí)基本不再產(chǎn)生焊接收縮。因此，控
制頂封頭板焊接產(chǎn)生的焊接收縮方法即為利用特
殊尺寸的鋼板加以尺寸的補(bǔ)償，同時(shí)在拼裝前適
當(dāng)?shù)姆糯笃囱b半徑，使得組焊后的尺寸滿足現(xiàn)場
與設(shè)計(jì)尺寸。
3．2 分段與對稱焊接
為了最大程度地減小CV頂封頭現(xiàn)場組裝焊
接過程中封頭瓣片的變形，現(xiàn)場采用焊縫分段焊
接的方法，每條焊縫根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際長度進(jìn)行分段。
縱縫焊接時(shí)采用分段退步焊的方式，環(huán)縫采用分
段同向方法。不同工位焊接順序依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情
況跳躍性焊接，盡可能減小焊接應(yīng)力集中的問題。
每條焊縫焊接時(shí)采取均勻?qū)ΨQ施焊的方法，焊接
盡可能保持層道同步。2T及3T板縱縫至少安排
4名焊工同時(shí)進(jìn)行焊接；4T板縱縫同時(shí)焊接2條
縱縫保持均勻?qū)ΨQ施焊；5 T板縱縫焊接時(shí)2名焊
工同時(shí)相背焊接。各環(huán)縫焊接前將環(huán)縫位置劃分
不同工位，2T及3 環(huán)縫焊接時(shí)至少安排4名焊
工按相對方向工位進(jìn)行對稱焊接；4T及5T至少
安排2名焊工以相對工位進(jìn)行對稱焊接。采用分
段焊接的目的是最大限度的減小焊接時(shí)的應(yīng)力集
中，同時(shí)加以對稱焊接的方式，盡可能保證在同一
范圍內(nèi)變化。
3．3 實(shí)時(shí)測量
CV頂封頭在組裝焊接過程中的形狀變化是
無規(guī)律的隨機(jī)變形，為確保最終的封頭成型滿足
設(shè)計(jì)要求，必須明確組裝焊接中各環(huán)節(jié)的變化，因
此現(xiàn)場采用實(shí)時(shí)測量的方式對頂封頭組裝進(jìn)行監(jiān)
控。頂封頭組裝過程中分別對封頭瓣片吊裝后、
定位焊前、定位焊后、焊縫蓋面后進(jìn)行測量，組裝
過程中如部分區(qū)域形狀偏離設(shè)計(jì)要求，需及時(shí)利
用工裝、卡具或調(diào)整支撐對封頭瓣片予以校
· 70 ．
正 。在焊接過程中如果監(jiān)測到部分區(qū)域形狀
以及焊縫棱角度偏差過大，則對相應(yīng)部位增加工
裝卡具來約束頂封頭的變形，同時(shí)對焊縫的焊接
順序進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整來控制頂封頭焊接產(chǎn)生的變
形。
4 工藝改進(jìn)與結(jié)論
目前現(xiàn)場CV頂封頭組裝工藝決定了前2圈
封頭瓣片分別預(yù)留2張調(diào)整板，由于現(xiàn)場加工設(shè)
備、加工環(huán)境的制約，現(xiàn)場坡口加工比在工廠預(yù)制
困難。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工程情況，目前調(diào)整板所預(yù)
留補(bǔ)償余量遠(yuǎn)大于焊接收縮量。因此在滿足調(diào)整
板功能的前提下，可適當(dāng)調(diào)整封頭瓣片拼裝方法，
選擇1張起始板后從起始板兩端開始分別進(jìn)行其
余瓣片的吊裝、拼裝工作，最終形成1張調(diào)整板。
后續(xù)工程中可分別將第一、二圈調(diào)整板由原來的
2張減少至l張，從而減少現(xiàn)場工作量。
CV頂封頭焊接采用了手工電弧焊的方法，因
頂封頭組裝的高精度要求，對焊工的資質(zhì)、焊接水
平、自身素質(zhì)等有較高的要求。后續(xù)工程項(xiàng)目中
可采用適用于CV頂封頭的自動焊接方法 J，采
用自動焊接方法能夠縮短工期，在減少人力投入
前提下降低成本，更重要的是可降低頂封頭組裝
的精度控制難度從而更易于質(zhì)量控制。
通過文中所述現(xiàn)場組裝方法，鋼制安全殼頂
封頭組裝后滿足設(shè)計(jì)要求的形狀偏差以及與筒體
安裝的要求，頂封頭組裝質(zhì)量得到良好控制，滿足
了該壓水堆鋼制安全殼非能動冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功
能。
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(下轉(zhuǎn)第80頁)
CPVT 壓水堆一回路耐蝕層SMAW焊接工藝評定及技術(shù)實(shí)踐分析 Vo130．No3 2013
修或更換次數(shù)，延長承壓設(shè)備的服役壽命。
(2)根據(jù)ASME B&amp;amp;PV Section IX中有關(guān)耐蝕
堆焊層焊接工藝要求，對影響焊條電弧焊SMAW
的耐蝕層堆焊工藝評定的重要變素進(jìn)行了分析，
堆焊層厚度、金屬基體材質(zhì)類別及厚度范圍、焊條
類別、焊接位置、焊接預(yù)熱、焊接層間溫度、焊后熱
處理、電極特性、電流大小及堆焊層數(shù)等，均對焊
接工藝有顯著影響。在實(shí)際堆焊過程中，應(yīng)嚴(yán)格
根據(jù)已評定的焊劑工藝參數(shù)進(jìn)行施工，以確保高
的焊接質(zhì)量。
(3)根據(jù)ASME B&amp;amp;PV Section lI，1I和V， 從
化學(xué)成分、鐵素體含量、力學(xué)性能、焊接工藝及檢
測等方面，對壓水堆一回路中的SMAW耐蝕層焊
接技術(shù)實(shí)踐進(jìn)行了探討，為核電壓水堆承壓設(shè)備
的耐蝕層SMAW焊接技術(shù)的提高提供參考。
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Division l— — Subsecti0n NB Class 1 Components
Rules for Construction of Nuclear Facility Components
[S]．2010．
[9] ASME，Boiler and Pressure Vessel Code，Section II：
Part C— — Specifications for Welding Rods Electrodes
and Filler Metals Materials[S]．2010．
[10] ASME，Boiler and Pressure Vessel Code，Section V：
Nondestructive Examination[S]．2010．
收稿日期：2012—12—12 修稿日期：2013—01—21
作者簡介：鄭東宏(1978一)，男，工程師，主要從事核電站
承壓設(shè)備安裝工藝研究工作，通信地址：265116山東省海
陽市海陽核電廠海陽SPMO施工部，E—mail：zhengdh@
(上接第66頁)
[5] 林世雄．石油煉制工程(第二版下冊)[M]．北京：
石油工業(yè)出版社，1988：298—316．
[6] 中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會．石油工業(yè)中的腐蝕與防護(hù)
[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：183—184．
[7] GB 150_2011，壓力容器[s]．
[8] 賀匡國．化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計(jì)手冊(第二版)
[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：188．
[9] JB 4710-2005，鋼制塔式容器[S]．
[10] 合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站．焦炭塔檢
驗(yàn)報(bào)告[R]．2012．4．
收稿日期：2012—12—04 修稿日期：2013一叭一23
作者簡介：伍偉(1981一)，男，工程師，主要從事壓力容器
及鍋爐專業(yè)管理工作，通信地址：448000湖北省荊門市煉
廠路1號中石化荊門分公司機(jī)動工程處，E—mail：WUW．
jmsh@sinopee．com。
(上接第70頁)
[6] 郭建軍．壓力容器對接焊接接頭對口錯邊量的控
制[J]．壓力容器，2005，22(4)：50—54．
[7] JB／T 4709-2000，鋼制壓力容器焊接規(guī)程[S]．
[8] 張茂龍，江燕云，錢旭輝，等．大型插入式斜接管與
筒體焊接工藝及變形控制技術(shù)[J]．壓力容器，
2008，25(6)：28—31，12．
[9] 林尚揚(yáng)，于丹，于靜偉．壓力容器焊接新技術(shù)及其
· 80 ·
應(yīng)用[J]．壓力容器，2009，26(11)：1—6
收稿日期：2013—01—18 修稿日期：2013—02—28
作者簡介：趙旭(1986一)，男，助理工程師，主要從事核電
站核設(shè)備研發(fā)制造及技術(shù)管理工作，通信地址：265118山
東省海陽市臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)山東核電設(shè)備制造有限公司，E—
mail：121544235@ qq．com。

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