本發(fā)明涉及到一種高溫氣冷堆中下堆芯殼底座中的外筒與底板焊接方法。

背景技術(shù)：

隨著“第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)”概念的提出，高溫氣冷堆逐漸以其特有的安全性、用途廣泛及隨著模塊式高溫堆概念的提出而具有的小型化、投資少、建造周期短等特點(diǎn)贏得了越來越多有識(shí)之士的青睞。

高溫氣冷堆是具有第四代核能系統(tǒng)安全特性的先進(jìn)反應(yīng)堆，它是國(guó)際核能領(lǐng)域第四代核能系統(tǒng)中六種備選堆型之一，并且是唯一可在2020年前實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行的第四代核能系統(tǒng)。目前世界上的主要有核國(guó)家都在積極發(fā)展高溫氣冷堆技術(shù)用于發(fā)電與制氫。

我國(guó)在已經(jīng)建成的10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆的技術(shù)基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)國(guó)際上新一代核能技術(shù)的發(fā)展方向，借鑒國(guó)外高溫氣冷堆的經(jīng)驗(yàn)，通過自主研究與開發(fā)，力爭(zhēng)2017年前后建成電功率為20MW、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫氣冷堆核電站示范工程(以下簡(jiǎn)稱HTR-20)。

HTR-20金屬堆內(nèi)構(gòu)件堆芯殼是華能山東石島灣核電廠高溫氣冷堆核電站示范工程的重要組成部分，包括堆芯殼組件和其它相關(guān)部件。

高溫堆堆芯殼是一個(gè)薄壁型焊接直圓筒結(jié)構(gòu)，它的下端有個(gè)底座。該底座由清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院(國(guó)家唯一指定“第四代核電高溫氣冷堆設(shè)備”的設(shè)計(jì)研究院)設(shè)計(jì)，市場(chǎng)上沒有第二個(gè)該規(guī)格的底座。為了增加總體結(jié)構(gòu)的剛度，筒體上緣部份有加厚的上法蘭段，而筒體的下部則有下加厚段簡(jiǎn)體。高溫堆堆芯殼總尺寸約φ5534毫米×20米，總重約313噸，底板厚度135毫米是整個(gè)底座上的最大厚度，共有七個(gè)卷制筒體(厚度有40毫米、90毫米兩種規(guī)格)。定位板1塊，尺寸φ5160mm×δ115mm，重量18.8T；壓板10塊，尺寸φ5160mm×δ65mm，每塊重量10.6T。

底座的裝配焊接是整個(gè)設(shè)備制造的關(guān)鍵。

如圖1和圖2所示，底座的結(jié)構(gòu)比較特殊，是個(gè)復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)件，由底板3、內(nèi)筒4、外筒8、內(nèi)筋板9、外筋板10、內(nèi)環(huán)11、外環(huán)12和滾柱墊13組成。底板中間有一條拼縫，厚為135毫米，直徑為5460毫米，底板中央大開孔焊有內(nèi)筒，并和筋板相焊，在筋板和底板上還焊有外筒，內(nèi)筒的毛坯尺寸為內(nèi)徑φ1170mm，厚度δ65mm的卷筒，外筒尺寸為內(nèi)徑φ3900mm，厚度δ50mm的卷筒。在底板下部焊有15條輻射狀的內(nèi)外筋板，筋板厚度為50毫米。內(nèi)外筒及筋板高度均為1022毫米。底座的底部還焊有厚度為δ60mm的內(nèi)外環(huán)，與內(nèi)外筒及筋板一起加強(qiáng)底同座整體的剛度。所有焊接坡口都由機(jī)加工完成，所有焊縫均為全焊透，并經(jīng)MT、UT檢測(cè)合格。

底座工件材質(zhì)為12Cr2MolR，由于材料Cr、Mo含量較高，焊接時(shí)有較大的淬硬傾向，焊接困難很大。底板的最大變形量應(yīng)控制在≤9.6mm，也就是說控制在加工余量之內(nèi)，現(xiàn)在的常規(guī)焊接方法無法保證底板的最大變形量控制在≤9.6mm。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種可以保證底板的最大變形量控制在≤9.6mm的高溫氣冷堆中下堆芯殼底座中的外筒與底板焊接方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高溫氣冷堆中下堆芯殼底座中的外筒與底板焊接方法，將兩個(gè)內(nèi)筒工裝和外筒工裝擱置在場(chǎng)地上，內(nèi)筒工裝和外筒工裝都為圓筒狀，外筒工裝的直徑大于內(nèi)筒工裝的直徑，然后將底板放在內(nèi)筒工裝和外筒工裝上，底板的圓心與內(nèi)筒工裝、外筒工裝的圓心同心，將外筒放在底板上后對(duì)兩者焊接部位進(jìn)行預(yù)熱直至205℃以上，所形成的預(yù)熱區(qū)域覆蓋外筒和底板的焊接區(qū)域且向內(nèi)外延伸，預(yù)熱區(qū)域延伸后在外筒和底板上的邊界分別距離兩者的焊接部位50mm以上，外筒的焊接部位在圓周方向上且在順時(shí)針方向上分成a、b、c、d、e、f、g、h八個(gè)弧長(zhǎng)相等的焊接區(qū)域，預(yù)熱完成后對(duì)外筒和底板進(jìn)行定位焊，外筒內(nèi)外均設(shè)置有一圈斜面，外筒內(nèi)的斜面與底板表面形成V形內(nèi)坡口，外筒外的斜面與底板表面形成V形外坡口，之后采用多層多道焊接方法，具體順序?yàn)閮?nèi)坡口焊三層→外坡口焊三層→內(nèi)坡口焊第四層和第五層→外坡口焊第四和第五層→內(nèi)坡口焊滿→外坡口焊滿，同時(shí)在每層焊的時(shí)候又按照順序a→e→c→g→b→f→d→h，在整個(gè)焊接過程中始終要保證之前預(yù)熱區(qū)域覆蓋的區(qū)域的溫度在205℃以上。

所述定位焊的時(shí)候，定位焊的焊縫位于外坡口內(nèi)，定位焊順序?yàn)閍→e→c→g→b→f→d→h，定位焊焊縫的弧長(zhǎng)M與外筒外徑D的關(guān)系為M＝πD/24，焊完之后對(duì)定位焊焊縫引弧和收弧端進(jìn)行打磨，使得打磨后的定位焊焊縫展開后的截面呈等腰梯形，等腰梯形的底角為23°～35°。

所述內(nèi)坡口角度為20°～28°，外坡口角度與內(nèi)坡口角度相等。

本發(fā)明的有益效果是：利用上述方法，可以保證底板的最大變形量控制在≤9.6mm，焊接牢固，滿足核電方面的焊接質(zhì)量要求，提高底座的使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明高溫氣冷堆核電站中金屬堆內(nèi)構(gòu)件下堆芯殼底座的俯視圖；

圖2是圖1中A-A剖視圖；

圖3是圖1中外筒和底板局部截面圖；

圖4是圖1中圓周焊接區(qū)域分布圖；

圖5是圖1中定位焊焊縫展開口的截面圖。

圖中：1、內(nèi)筒工裝，2、外筒工裝，3、底板，4、內(nèi)筒，5、內(nèi)坡口，6、外坡口，7、定位焊焊縫，8、外筒，9、內(nèi)筋板，10、外筋板，11、內(nèi)環(huán)，12、外環(huán)，16、滾柱墊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的高溫氣冷堆中下堆芯殼底座中的外筒與底板焊接方法，將兩個(gè)內(nèi)筒工裝1和外筒工裝2擱置在場(chǎng)地上，內(nèi)筒工裝1和外筒工裝2都為圓筒狀，外筒工裝2的直徑大于內(nèi)筒工裝1的直徑，然后將底板3放在內(nèi)筒工裝1和外筒工裝2上，底板3的圓心與內(nèi)筒工裝1、外筒工裝2的圓心同心，將外筒8放在底板3上后對(duì)兩者焊接部位進(jìn)行預(yù)熱直至205℃(該溫度保證底板的焊接性達(dá)到最佳)以上，所形成的預(yù)熱區(qū)域覆蓋外筒8和底板3的焊接區(qū)域且向內(nèi)外延伸，預(yù)熱區(qū)域延伸后(即以焊接區(qū)域?yàn)橹行南蛲廨椛?在外筒8和底板3上的邊界分別距離兩者的焊接部位50mm以上，如圖4所示，外筒8的焊接部位在圓周方向上且在順時(shí)針方向上分成a、b、c、d、e、f、g、h八個(gè)弧長(zhǎng)相等的焊接區(qū)域，預(yù)熱完成后對(duì)外筒8和底板3進(jìn)行定位焊，如圖3所示，外筒8內(nèi)外均設(shè)置有一圈斜面，外筒8內(nèi)的斜面與底板3表面形成V形內(nèi)坡口5，外筒8外的斜面與底板3表面形成V形外坡口6，之后采用多層多道焊接方法，具體順序?yàn)閮?nèi)坡口5焊三層→外坡口6焊三層→內(nèi)坡口5焊第四層和第五層→外坡口6焊第四和第五層→內(nèi)坡口5焊滿→外坡口6焊滿，同時(shí)在每層焊的時(shí)候又按照順序a→e→c→g→b→f→d→h，在整個(gè)焊接過程中始終要保證之前預(yù)熱區(qū)域覆蓋的區(qū)域的溫度在205℃以上。

所述定位焊的時(shí)候，定位焊的焊縫位于外坡口6內(nèi)，定位焊順序?yàn)閍→e→c→g→b→f→d→h，定位焊焊縫7的弧長(zhǎng)M與外筒外徑D的關(guān)系為M＝πD/24，焊完之后對(duì)定位焊焊縫7引弧和收弧端進(jìn)行打磨，使得打磨后的定位焊焊縫7展開后的截面呈等腰梯形-圖5，等腰梯形的底角為23°～35°有效保證定位焊的強(qiáng)度，防止焊接過程中工件裂開。

所述內(nèi)坡口5角度為20°～28°，外坡口6角度與內(nèi)坡口5角度相等，有效防止焊縫接頭時(shí)兩端焊不透。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：核電方面的產(chǎn)品焊接要求都很高，設(shè)備大，焊接難度大，利用上述方法，可以保證底板的最大變形量控制在≤9.6mm，焊接牢固，滿足核電方面的焊接質(zhì)量要求，提高底座的使用壽命。