CN102632358B - 核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装，同时还涉及应用该工装的焊接变形控制方法，属于核电工程技术领域。该工装具有刚性底架；底架中部上方安置具有与钢衬里内径相配弧形顶的刚性模架，两端上方分别固定具有与刚性模架弧形顶端头衔接时相切斜面的下支架；下支架的内端上方安置门形上支架；上支架的下部固定下夹钳，顶部安置活塞杆朝下的压紧液压缸；活塞杆的轴向与下支架的斜面垂直，下端装有与下夹钳相对的上夹钳；底架上装有顶撑刚性模架的顶升油缸，刚性模架通过导向装置与底架构成垂向移动副。本发明妥善解决了钢衬里焊接建造过程中产生的波浪形变形问题，实现了钢衬里的精确成形和组对拼装，为大大提高核电站的建造效率和质量创造了良好条件。

Description

核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装及方法

技术领域

本发明涉及一种焊接变形控制工装，尤其是一种核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装，同时还涉及应用该工装的焊接变形控制方法，属于核电工程技术领域。

背景技术

钢衬里是由若干圆弧形钢板（钢衬里壁板）拼焊而成的大型圆筒形安全防护设施，是核反应堆厂房重要的最后一道防辐射泄漏屏障，属于核二级承压设备，必须具有可靠的密封性。因此要求确保施工过程中焊缝接头的焊接质量和可靠性。

传统焊接工艺的点压加工成形方法容易使钢衬里壁板边缘出现波浪变形，其最大径向变形可达10mm以上，因此在现场拼装焊接时难以保证焊缝间隙，不仅影响自动焊接设备的应用，而且不采取修整措施将无法确保焊接质量。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提出一种核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装，同时给出借助该工装的核电站钢衬里预应力焊接变形控制方法，从而确保钢衬里壁板拼焊前具有精确的形状，为自动焊接设备的有效使用以及确保钢衬里质量奠定坚实基础。

为了达到上述目的，本发明的核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装基本技术方案为：具有刚性底架；所述刚性底架中部上方安置具有与钢衬里内径相配弧形顶的刚性模架，两端上方分别固定具有与所述刚性模架弧形顶端头衔接时相切斜面的下支架；所述下支架的内端上方安置门形上支架；所述上支架的下部固定下夹钳，顶部安置活塞杆朝下的压紧液压缸；所述活塞杆的轴向与所述下支架的斜面垂直，下端装有与所述下夹钳相对的上夹钳；所述刚性底架上装有顶撑所述刚性模架的顶升油缸，所述刚性模架通过导向装置与所述刚性底架构成垂向移动副。

借助该工装的核电站钢衬里预应力焊接变形控制方法包括以下步骤：

第一步、松释顶升油缸使刚性模架处于降下位置，并缩回压紧油缸活塞后，将待成形钢衬里壁板两端分别置于底架两端的上、下夹钳之间；

第二步、使压紧油缸活塞下伸，将待成形钢衬里壁板两端分别夹紧在刚性底架两端的上、下夹钳之间；

第三步、升起顶升油缸将刚性模架逐渐顶起至其弧形顶两端分别与所述两下支架的斜面相切衔接位置，使待成形钢衬里壁板形成与所述刚性模架弧形顶相吻合的弧形；

第四步、在成形后的钢衬里壁板焊接构成圆弧周向加强筋的构件，使其定形。

采用本发明后，实质上通过模架顶升，在钢衬里壁板成形过程中，预制出拉伸应力，再焊接周向加强筋的构件定形，可以显著减小钢衬里壁板成形后边缘的径向波浪，从而保证钢衬里焊接的成形精度，为自动焊接设备的有效使用以及确保钢衬里质量打下了坚实基础。

本发明基本技术方案进一步的完善是，所述上、下夹钳分别具有沿待成形钢衬里壁板宽度方向延伸的凹槽和凸起。这样可以使待成形钢衬里壁板两端形成相应的防滑筋，被牢固夹紧，避免成形时两端出现滑移，从而更有效地预制出所需的拉伸应力。

总之，理论和实践均证明，本发明妥善解决了核电站钢衬里焊接建造过程中产生的波浪形变形问题，实现了钢衬里的精确成形和组对拼装，为大大提高核电站的建造效率和质量创造了良好条件。

附图说明

    下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1底架的俯视图。

图3为图1的K向视图。

图4为图1的局部放大结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的核电站钢衬里（筒体）主要由118块钢衬里壁板拼焊构成，其内径37m，下口安装于底部截锥体上，上口与钢衬里穹顶对接，分为上、下12层，每层高度均为3777.5mm，总高45330mm。钢衬里壁板由厚度为6mm的P265GH材料制成，成形后为R＝18500mm的弧形结构，板宽3800mm，板展开长度12920mm，壁板宽度方向外侧有两道L125*80*10周向角钢筋，沿弧形方向均布有18道L75*50*6轴向角钢筋。其预应力焊接变形控制工装如图1至图4所示，刚性底架2为框架结构，由纵横相交工字钢柱梁以及支撑在工字钢柱两侧的型钢人字撑焊接固连构成。刚性底架2中部上方安置具有与钢衬里内径相配弧形顶的刚性模架1，两端上方分别通过紧固件固定具有与刚性模架1弧形顶端头衔接时相切斜面的下支架13，即下支架的斜面与弧形顶衔接时，其倾斜方向与弧形切向一致。刚性模架1也是型钢焊接构成的框架结构。下支架13的内端上方安置门形上支架21。该上支架21的下部固定下夹钳25，顶部等间隔安置活塞杆22-1朝下的四个压紧液压缸22（参见图3）。各活塞杆22-1的轴向与下支架13的斜面垂直，且下端共同装有与下夹钳25相对的上夹钳32。上、下夹钳分别具有沿待成形钢衬里壁板宽度方向延伸的V形凹槽和与之对应的V形凸起（参见图4）。刚性底架2上宽度方向分两排分别间隔装有4个顶撑刚性模架1的顶升油缸6（参见图2），刚性模架1通过分别安置在两端顶升油缸6连心线外侧的四个导向装置10与刚性底架2构成垂向移动副。导向装置10由分别固定刚性底架2和刚性模架1上的相配导套和导柱构成。

操作时，核电站钢衬里预应力焊接变形控制方法包括以下步骤：

第一步、松释顶升油缸使刚性模架处于降下位置，并缩回压紧油缸活塞后，将待成形钢衬里壁板两端分别置于底架两端的上、下夹钳之间。

第二步、使压紧油缸活塞下伸，将待成形钢衬里壁板两端分别夹紧并通过V形凹槽和V形凸起，使其可靠定位于刚性底架两端的上、下夹钳之间。

第三步、升起顶升油缸将刚性模架逐渐顶起至其弧形顶两端分别与两下支架的斜面相切衔接位置，使待成形钢衬里壁板形成与刚性模架弧形顶相吻合的弧形。

第四步、在成形后的钢衬里壁板先后焊接构成圆弧周向加强筋的角钢以及轴向角钢构件，使其定形。

对钢衬里壁板的材料和结构进行有限元分析以及反复试验均证明，钢衬里筒体壁板边缘的径向变形量随着预拉伸应力的增加而呈指数规律下降，当预拉应力达139MPa时，最大径向变形量可控制在1.5mm以下，完全可以满足钢衬里组对拼接和焊接成形的精度要求。实践表明，本实施例可以将钢衬里壁板成形精控制壁在2 mm以内，进而显著提高钢衬里筒体壁板焊接制造精度，并能实现钢衬里壁板安装的互换，保证自动焊在现场安装中的有效使用，确保钢衬里的安装质量。

Claims (5)

1.一种核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装，具有刚性底架；其特征在于：所述刚性底架中部上方安置具有与钢衬里内径相配弧形顶的刚性模架，且两端上方分别固定具有与所述刚性模架弧形顶端头衔接时相切斜面的下支架；所述下支架的内端上方安置门形上支架；所述上支架的下部固定下夹钳，且顶部安置活塞杆朝下的压紧液压缸；所述活塞杆的轴向与所述下支架的斜面垂直，且下端装有与所述下夹钳相对的上夹钳；所述刚性底架上装有顶撑所述刚性模架的顶升油缸，所述刚性模架通过导向装置与所述刚性底架构成垂向移动副。

2.根据权利要求1所述的核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装，其特征在于：所述上夹钳具有沿待成形钢衬里壁板宽度方向延伸的凹槽，所述下夹钳具有沿待成形钢衬里壁板宽度方向延伸的凸起。

3.根据权利要求2所述的核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装，其特征在于：所述刚性底架上宽度方向分两排分别间隔装有顶撑刚性模架的顶升油缸，且通过分别安置在两端顶升油缸连心线外侧的四个导向装置与刚性底架构成垂向移动副。

4.根据权利要求3所述的核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装，其特征在于：所述导向装置由固定在刚性底架上的导套和固定在刚性模架上与导套相配的导柱构成。

5.根据权利要求1所述核电站钢衬里预应力焊接变形控制工装的核电站钢衬里预应力焊接变形控制方法，包括以下步骤：

第一步、松释顶升油缸使刚性模架处于降下位置，并缩回压紧油缸活塞后，将待成形钢衬里壁板两端分别置于底架两端的上、下夹钳之间；

第二步、使压紧油缸活塞下伸，将待成形钢衬里壁板两端分别夹紧在刚性底架两端的上、下夹钳之间；

第三步、升起顶升油缸将刚性模架逐渐顶起至其弧形顶两端分别与所述两下支架的斜面相切衔接位置，使待成形钢衬里壁板形成与所述刚性模架弧形顶相吻合的弧形；

第四步、在成形后的钢衬里壁板焊接构成圆弧周向加强筋的构件，使其定形。