CN106624405A - 核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，其步骤包括：S1、对管板和管孔进行损伤检验，以获得损伤检验数据，根据数据去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区；S2、基于损伤检验数据进行损伤分析，根据分析结果确定对管板进行焊接修复选用的填充材料；S3、去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区后，对焊接坡口进行加工处理；S4、采用步骤S2确定的填充材料对管板进行损伤修复；S5、在损伤修复完成后，对管板进行修复检验和机加钻孔。相对于现有技术，本发明恢复了管板及管孔结构，满足设计要求，避免了焊后消除应力热处理，修复后的管板、管孔和封口焊缝均能通过检验，取得了良好的效果。

Description

核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法及系统
技术领域
本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法及系统。
背景技术
压水堆核电站一回路主要设备包括反应堆压力容器、主管道、蒸汽发生器(SG，Steam Generator)、主泵、稳压器等，如图1所示，SG被管板1隔开为一次侧21和二次侧22，一次侧21被水室隔板20隔开为一次侧热水室211和一次侧冷水室212，在二次侧22中设置有U型传热管3，传热管3的两个端部穿过管板1分别与一次侧热水室211和一次侧冷水室212连通，图1中箭头示出了冷却剂在SG内部的流通路线，具体的，反应堆冷却剂在反应堆压力容器吸收燃料核反应的热量后，经主管道热段进入SG一次侧热水室211，之后在传热管3被二次侧22中的水冷却后通过SG一次侧冷水室212进入主管道冷段，通过主泵将其重新压入反应堆压力容器。
如图2所示，为SG管板示意图，管板1包括管板低合金钢母材102、管板镍基合金堆焊层104以及焊接在管板一次侧上的分隔板短节108；管板镍基合金堆焊层104为在管板1上堆焊不少于8mm厚的耐腐蚀镍基合金堆焊层；管孔106是指贯穿管板低合金钢母材102和管板镍基合金堆焊层104待后续插入传热管3的孔，管板1上共有8948个管孔106，一次侧热水室211和一次侧冷水室212各有4474个管孔，每台SG设置有4474根传热管3，传热管3的两端分别插入一次侧热水室211和一次侧冷水室212的管孔106。在制造阶段，每根传热管3端部穿过管孔106与管板镍基合金堆焊层104平齐，通过钨极惰性气体保护自熔焊形成封口焊缝；分隔板短节108的主要作用是与水室隔板20拼焊形成隔板将一次侧21分隔开为一次侧热水室211和一次侧冷水室212。通常，由于分隔板短节108对焊接操作造成干涉，在靠近分隔板短节108附近的管板与管孔的损伤修复难度较大。
在传热管-管板封口焊阶段，由于人、机、料、法、环等各方面的原因，焊接相关的质量事件时有发生，有时造成管孔106、管板镍基合金堆焊层104熔塌损伤，甚至对管板低合金钢母材102造成损伤。为使设备能正常执行设计功能，常采用焊接修复来恢复损伤部位的结构。对于低合金钢，焊接修复过程中由于焊接热循环会造成修复部位残余应力增加、热影响区韧性下降、硬度升高，因此按照RCC-M(压水堆核岛机械设备设计和建造规则)规范要求，焊后应进行消除应力热处理来改善低合金钢热影响区(HAZ)的粗晶区组织和性能。然而在传热管-管板封口焊阶段，SG管板1已完成最终热处理、钻孔及传热管穿管、胀接和焊接工序，补焊后的热处理将会导致管孔106变形、管孔106内壁及传热管3氧化、传热管3性能劣化等一系列风险，甚至可能导致管板1报废。因此，在传热管-管板封口焊阶段对一次侧管孔、镍基堆焊层及管板低合金母材造成的熔塌损伤，采用常规的方法难以实现其修复。
目前国际上开展了低合金钢回火焊道修复技术研究，形成了半焊道技术、六层回火技术、一致层焊技术、可控熔敷技术等多种免除焊后热处理的修复技术。已有公司成功将回火焊道技术应用于多个机组核电稳压器及仪表管的修复以及核电站反应堆压力容器接管与安全端焊缝的修复。但目前还没有针对SG传热管-管板封口焊阶段造成一次侧管孔、镍基合金堆焊层及管板低合金钢母材熔塌损伤进行焊接修复的技术。
有鉴于此，确有必要提供一种核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法及系统，以恢复管孔、管板的结构，并能免除焊后消除应力热处理。
发明内容
本发明的发明目的在于：提供一种核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法及系统，以恢复管孔、管板的结构，并能免除焊后消除应力热处理。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，管板包括管板低合金钢母材，设置在管板低合金钢母材上的管板镍基合金堆焊层，贯穿管板低合金钢母材和管板镍基合金堆焊层的管孔以及安装在管板一次侧的分隔板短节，所述损伤修复方法包括以下步骤：
S1、对管板和管孔进行损伤检验，以获得损伤检验数据，根据数据去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ；
S2、基于损伤检验数据进行损伤分析，根据分析结果确定对管板进行焊接修复选用的填充材料；
S3、去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ后，对焊接坡口进行加工处理；
S4、采用步骤S2确定的填充材料对管板进行损伤修复；
S5、在所述损伤修复完成后，对管板进行修复检验和机加钻孔。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法的一种改进，所述步骤S1具体为：
在管板模拟件上复现管板和管孔熔塌损伤的过程，通过打磨和金相检验方式确定熔塌损伤热影响区HAZ的尺寸，获得损伤检验数据；
根据在管板模拟件上确定的熔塌损伤HAZ尺寸，去除管板和管孔熔塌损伤HAZ。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法的一种改进，所述步骤S2具体为：
对管板低合金钢母材的去除深度进行尺寸分析；当管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时，则管板低合金钢母材的去除部分采用低合金钢填充材料进行焊接修复，管板镍基合金堆焊层的去除部分采用镍基合金填充材料进行焊接修复；当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，进行力学分析；
对管板低合金钢母材进行力学分析：针对管板低合金钢母材减薄对蒸汽发生器的影响进行力学分析，若满足应力要求，则管板低合金钢母材和管板镍基合金堆焊层的去除部分均选用镍基合金填充材料进行焊接修复；若不满足应力要求，则处理方式与管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时相同。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法的一种改进，所述步骤3中焊接坡口加工处理完成后，焊接坡口的纵截面为圆弧面，焊接坡口与分隔板短节侧管板形成的夹角为8°，焊接坡口与相邻管孔侧管板形成的夹角为3.5°。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法的一种改进，所述步骤S4具体为：
焊接前使用塞棒填充管孔作为焊接衬垫，焊接预热完成后，通过自动钨极惰性气体保护焊的方式，采用所述步骤S2中确定的填充材料对管板进行立向上焊接填充。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法的一种改进，所述步骤S4中，当焊接坡口的机加工深度达到管板低合金钢母材时，塞棒选择低合金钢塞棒；当焊接坡口的机加工深度未达到管板低合金钢母材时，塞棒选择镍基合金塞棒；所述塞棒与管孔采用间隙装配方式进行装配。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法的一种改进，所述步骤S4中，焊接预热温度不低于150℃；焊接执行中焊道之间的温度不低于150℃，且不超过225℃；焊接完成后的后热温度不低于200℃，且不超过350℃。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法的一种改进，所述步骤S4中焊道排布为：第一层焊道和第二层焊道之间的搭接量为焊道宽度的40％～60％；第一层焊道覆盖原管板镍基合金堆焊层熔合线至少5mm；第二层焊道完全覆盖第一层焊道的焊缝金属；第三层焊道完全覆盖第二层焊道的焊缝金属，对所述第一层焊道和第二层焊道进行打磨，控制每层焊缝金属厚度为1.1mm-1.5mm。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法的一种改进，所述步骤S5具体为：
焊接完成后，对整个修复焊缝进行目视检测、尺寸检测、液体渗透检测和超声波检测检验，放置48h后，对整个修复焊道进行液体渗透检测和超声波检测，对管板进行机加钻孔后对管孔进行尺寸检测、液体渗透检测。
本发明还提供了一种核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，其包括：
损伤检验去除模块，用于对管板和管孔进行损伤检验，以获得损伤检验数据，根据数据去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ；
损伤分析填充材料确定模块，用于基于所述损伤检验数据进行损伤分析，根据分析结果确定对管板进行焊接修复选用的填充材料；
焊接坡口加工模块，用于去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ后，对焊接坡口进行加工处理；
损伤修复模块，用于采用损伤分析填充材料确定模块确定的填充材料对管板进行损伤修复；
修复检验模块，用于在所述损伤修复完成后，对管板进行修复检验和机加钻孔。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统的一种改进，所述损伤检验去除模块包括：
模拟损伤检验单元，用于在管板模拟件上复现管板和管孔熔塌损伤的过程，通过打磨和金相检验方式确定熔塌损伤热影响区HAZ的尺寸，获得损伤检验数据；
损伤HAZ去除单元，用于根据在管板模拟件上确定的熔塌损伤HAZ尺寸，去除管板和管孔熔塌损伤HAZ。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统的一种改进，所述损伤分析填充材料确定模块包括：
尺寸分析单元，用于对管板低合金钢木材的去除深度进行尺寸分析，当管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时，则管板低合金钢母材的去除部分采用低合金钢填充材料进行焊接修复，管板镍基合金堆焊层的去除部分采用镍基合金填充材料进行焊接修复；当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，进行力学分析；
力学分析单元，用于当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，针对管板低合金钢母材减薄对蒸汽发生器的影响进行力学分析，若满足应力要求，则管板低合金钢母材和管板镍基合金堆焊层的去除部分均选用镍基合金填充材料进行焊接修复；若不满足应力要求，则处理方式与管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时相同。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统的一种改进，所述焊接坡口加工模块处理后的焊接坡口的纵截面为圆弧面，焊接坡口与分隔板短节侧管板形成的夹角为8°，焊接坡口与相邻管孔侧管板形成的夹角为3.5°。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统的一种改进，所述损伤修复模块包括：
塞棒填充单元，用于焊接前使用塞棒填充管孔作为焊接衬垫；
焊接填充单元，用于焊接预热完成后，通过自动钨极惰性气体保护焊的方式，采用所述损伤分析填充材料确定模块中确定的填充材料对管板进行立向上焊接填充。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统的一种改进，所述塞棒填充单元中，当焊接坡口的机加工深度达到管板低合金钢母材时，塞棒选择低合金钢塞棒；当焊接坡口的机加工深度未达到管板低合金钢母材时，塞棒选择镍基合金塞棒，所述塞棒与管孔采用间隙装配方式进行装配。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统的一种改进，所述焊接填充单元的焊接预热温度不低于150℃；焊接执行中焊道之间的温度不低于150℃，且不超过225℃；焊接完成后的后热温度不低于200℃，且不超过350℃。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统的一种改进，所述焊接填充单元的焊道排布为：第一层焊道和第二层焊道之间的搭接量为焊道宽度的40％～60％；第一层焊道覆盖原管板镍基合金堆焊层熔合线至少5mm；第二层焊道完全覆盖第一层焊道的焊缝金属；第三层焊道完全覆盖第二层焊道的焊缝金属，对所述第一层焊道和第二层焊道进行打磨，控制每层焊缝金属厚度为1.1mm-1.5mm。
作为本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统的一种改进，所述修复检验模块用于对整个修复焊缝进行目视检测、尺寸检测、液体渗透检测和超声波检测检验，放置48h后，对整个修复焊道进行液体渗透检测和超声波检测，对管板进行机加钻孔后对管孔进行尺寸检测、液体渗透检测。
相对于现有技术，本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法及系统具有以下有益技术效果：
恢复了管板及管孔结构，满足设计要求，避免了焊后消除应力热处理，并且修复后的管板、管孔和其封口焊缝均能通过检验，取得了良好的效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法及系统进行详细说明，其中：
图1为本发明背景技术提供的核电站反应堆冷却剂在蒸汽发生器内流通示意图。
图2为本发明背景技术提供的蒸汽发生器中管板的结构示意图。
图3为本发明提供的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法流程图。
图4为本发明实施例提供的管板的平面结构示意图。
图5为图4形成焊接坡口后的局部放大图
图6为沿图5中B-B线的剖面局部图。
图7为沿图5中A-A线的剖面局部图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
本发明提供一种核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，管板包括管板低合金钢母材，设置在管板低合金钢母材上的管板镍基合金堆焊层，贯穿管板低合金钢母材和管板镍基合金堆焊层的管孔以及安装在管板一次侧的分隔板短节，损伤修复方法包括以下步骤：
S1、对管板和管孔进行损伤检验，以获得损伤检验数据，根据数据去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ；
S2、基于损伤检验数据进行损伤分析，根据分析结果确定对管板进行焊接修复选用的填充材料；
S3、去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ后，对焊接坡口进行加工处理；
S4、采用步骤S2确定的填充材料对管板进行损伤修复；
S5、在管板损伤修复完成后，对管板进行修复检验和机加钻孔。
实施例一
请参照图2和图4所示，管板1包括管板低合金钢母材102，堆焊在管板低合金钢母材102上的管板镍基合金堆焊层104，贯穿管板低合金钢母材102和管板镍基合金堆焊层104的管孔106以及安装在管板1一次侧的分隔板短节108。
请参照图3所示，核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，其步骤如下：
S1、对管板和管孔进行损伤检验，以获得损伤检验数据，根据数据去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ；具体实施过程为：
先在管板模拟件上复现管板和管孔熔塌损伤的过程，通过打磨和金相检验方式确定熔塌损伤热影响区HAZ的尺寸，获得损伤检验数据；
然后根据在管板模拟件上确定的熔塌损伤HAZ尺寸，去除管板和管孔熔塌损伤HAZ。
S2、基于损伤检验数据进行损伤分析，根据分析结果确定对管板进行焊接修复选用的填充材料；具体实施过程为：
对管板低合金钢母材的去除深度进行尺寸分析；当管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时，则管板低合金钢母材的去除部分采用低合金钢填充材料进行焊接修复，管板镍基合金堆焊层的去除部分采用镍基合金填充材料进行焊接修复；当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，进行力学分析；
对管板低合金钢母材进行力学分析：由于管板低合金钢母材减薄可能对蒸汽发生器管板应力带来影响，因此需要对管板低合金钢母材进行力学分析。当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，针对管板低合金钢母材减薄的情况进行力学分析，若满足应力要求，则管板低合金钢母材和管板镍基合金堆焊层的去除部分均选用镍基合金填充材料进行焊接修复；若不满足应力要求，则处理方式与管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时相同，管板低合金钢母材的去除部分采用低合金钢填充材料进行焊接修复，管板镍基合金堆焊层的去除部分采用镍基合金填充材料进行焊接修复。
ASME(锅炉及压力容器建造规范)规定当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，可以直接用镍基合金填充材料进行焊接修复，大大降低了修复难度，也容易确保焊接修复的成功率；当管板低合金钢母材的去除深度超过6mm，就必须先采用低合金钢填充材料进行焊接修复，再用镍基合金填充材料进行修复，以保证低合金钢母材的强度要求。
S3、去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ后，对焊接坡口进行加工处理；处理后的焊接坡口请参照图5-7所示。图6中焊接坡口110纵截面轮廓为圆弧面，弦高为15.3mm～15.5mm，焊接坡口110最低点深入管板低合金钢母材102深度为5.7mm～5.9mm，坡口总长度为79mm～81mm，横向截面最小宽度为24mm；图5中由于焊接坡口110距离分隔板短节108较近，图7中焊接坡口110与分隔板短节108侧管板1形成的夹角β为8°，这样设计有利于后续焊接修复的操作，从而保证焊缝的质量；焊接坡口110与相邻管孔106侧管板1形成的夹角α为3.5°，这样设计可保证在焊接修复时的焊接热不会造成相邻管孔变形。
S4、采用步骤S2确定的填充材料对管板进行损伤修复；具体实施过程为：
焊接前使用塞棒填充管孔作为焊接衬垫，焊接预热完成后，通过自动钨极惰性气体保护焊的方式，采用所述步骤S2中确定的填充材料对管板进行立向上焊接填充。
由于焊接坡口中存在管孔的特殊性，焊接前使用塞棒填充管孔作为焊接衬垫防止焊接过程中管孔熔塌和变形。如图6所示，在焊接坡口110圆弧面的最底部的两个管孔106，由于焊接坡口的机加工深度已达到管板低合金钢母材102，因此塞棒应选择与管板低合金钢母材102材质相同的低合金钢塞棒；而焊接坡口110圆弧面两端的两个管孔106，焊接坡口的机加工深度未达到管板低合金钢母材102，只达到管板镍基合金堆焊层104，因此应选择与管板镍基合金堆焊层104材质相同的镍基合金塞棒；选用同材质的塞棒，能保证其具有相同的物理性能，如具有相同的热膨胀系数和导热率，从而在焊接过程中能保证焊缝质量，减少焊接缺陷。
塞棒直径根据管孔实测尺寸配做，采用间隙装配方式装配在管孔内，可减少塞棒与管孔之间的焊接缺陷，保证了焊缝的质量。
在对管板损伤进行焊接修复时，焊接前焊接预热温度不低于150℃；焊接执行中焊道之间的温度不低于150℃，且不超过225℃；焊接完成后的后热温度不低于200℃，且不超过350℃，从而保证焊接修复的质量。
焊接修复过程，焊道排布具有三层焊道，其中，第一层焊道和第二层焊道之间的搭接量为焊道宽度的40％～60％；第一层焊道覆盖原管板镍基合金堆焊层熔合线至少5mm；第二层焊道完全覆盖第一层焊道的焊缝金属；第三层焊道完全覆盖第二层焊道的焊缝金属，并且要对第一层焊道和第二层焊道进行打磨，控制每层焊缝金属厚度为1.1mm-1.5mm，从而使得修复后的管板能满足设计要求。
S5、在损伤修复完成后，对管板进行修复检验和机加钻孔；具体实施过程为：
在焊接前，对焊接坡口进行DT(尺寸检测)和PT(液体渗透检测)检验；焊接填充过程中，对第一层焊道和第二层焊道进行VT(目视检测)和DT(尺寸检测)检验；焊接修复完成后，对整个修复焊缝进行VT(目视检测)、DT(尺寸检测)、PT(液体渗透检测)和UT(超声波检测)检验；修复完成放置48小时后，再对整个修复焊缝进行PT(液体渗透检测)和UT(超声波检测)检验，进一步确认焊接质量，检验均合格后，对修复后的管板机加钻孔，最后对管孔内壁进行DT(尺寸检测)和PT(液体渗透检测)检验，以确保修复后的管板和管孔满足规范要求。
实施例二
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，管板包括管板低合金钢母材，设置在管板低合金钢母材上的管板镍基合金堆焊层，贯穿管板低合金钢母材和管板镍基合金堆焊层的管孔以及安装在管板一次侧的分隔板短节，损伤修复系统包括：
损伤检验去除模块，用于对管板和管孔进行损伤检验，以获得损伤检验数据，根据数据去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ；
损伤分析填充材料确定模块，用于基于损伤检验数据进行损伤分析，根据分析结果确定对管板进行焊接修复选用的填充材料；
焊接坡口加工模块，用于去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ后，对焊接坡口进行加工处理；
损伤修复模块，用于采用损伤分析填充材料确定模块确定的填充材料对管板进行损伤修复；
修复检验模块，用于在损伤修复完成后，对管板进行修复检验和机加钻孔。
在具体实施过程中，损伤检验去除模块包括：
模拟损伤检验单元，用于在管板模拟件上复现管板和管孔熔塌损伤的过程，通过打磨和金相检验方式确定熔塌损伤热影响区HAZ的尺寸，获得损伤检验数据；
损伤HAZ去除单元，用于根据在管板模拟件上确定的熔塌损伤HAZ尺寸，去除管板和管孔熔塌损伤HAZ。
在具体实施过程中，损伤分析填充材料确定模块包括：
尺寸分析单元，用于对管板低合金钢木材进行尺寸分析，当管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时，则管板低合金钢母材的去除部分采用低合金钢填充材料进行焊接修复，管板镍基合金堆焊层的去除部分采用镍基合金填充材料进行焊接修复；当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，进行力学分析；
力学分析单元，由于管板低合金钢母材减薄可能对蒸汽发生器管板应力带来影响，因此应对管板低合金钢母材进行力学分析，当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，针对管板低合金钢母材减薄的情况进行力学分析，若满足应力要求，则管板低合金钢母材和管板镍基合金堆焊层的去除部分均选用镍基合金填充材料进行焊接修复；若不满足应力要求，则处理方式与管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时相同。
如图6所示，在具体实施过程中，焊接坡口加工模块处理后的焊接坡口110纵截面为圆弧面，弦高为15.3mm～15.5mm，焊接坡口110最低点深入管板低合金钢母材102深度为5.7mm～5.9mm，坡口总长度为79mm～81mm，横向截面最小宽度为24mm；图7中焊接坡口110与分隔板短节108侧管板1形成的夹角β为8°，由于焊接坡口110距离分隔板短节108较近，这样设计有利于后续焊接修复的操作，从而保证焊缝的质量；焊接坡口110与相邻管孔106侧管板1形成的夹角α为3.5°，这样设计可保证在焊接修复时的焊接热不会造成相邻管孔变形
在具体实施过程中，损伤修复模块包括：
塞棒填充单元，用于焊接前使用塞棒填充管孔作为焊接衬垫；
焊接填充单元，用于焊接预热完成后，通过自动钨极惰性气体保护焊的方式，采用损伤分析填充材料确定模块中确定的填充材料对管板进行立向上焊接填充。
由于焊接坡口中存在管孔的特殊性，焊接前使用塞棒填充管孔作为焊接衬垫防止焊接过程中管孔熔塌和变形。如图6所示，在焊接坡口110圆弧面的最底部的两个管孔106，由于焊接坡口的机加工深度已达到管板低合金钢母材102，因此塞棒应选择与管板低合金钢母材102材质相同的低合金钢塞棒；而焊接坡口110圆弧面两端的两个管孔106，焊接坡口的机加工深度未达到管板低合金钢母材102，只达到管板镍基合金堆焊层104，因此应选择与管板镍基合金堆焊层104材质相同的镍基合金塞棒。塞棒直径根据管孔实测尺寸配做，采用间隙装配方式装配在管孔内。
焊接填充单元在对管板损伤进行焊接修复时，焊接前焊接预热温度不低于150℃；焊接执行中焊道之间的温度不低于150℃，且不超过225℃；焊接完成后的后热温度不低于200℃，且不超过350℃，从而保证焊接修复的质量。
焊接修复过程，焊道排布具有三层焊道，其中，第一层焊道和第二层焊道之间的搭接量为焊道宽度的40％～60％；第一层焊道覆盖原管板镍基合金堆焊层熔合线至少5mm；第二层焊道完全覆盖第一层焊道的焊缝金属；第三层焊道完全覆盖第二层焊道的焊缝金属，并且要对第一层焊道和第二层焊道进行打磨，控制每层焊缝金属厚度为1.1mm-1.5mm，从而使得修复后的管板能满足设计要求。
在实施过程中，修复检验模块具体为：
在焊接前，对焊接坡口进行DT(尺寸检测)和PT(液体渗透检测)检验；焊接填充过程中，对第一层焊道和第二层焊道进行VT(目视检测)和DT(尺寸检测)检验；焊接修复完成后，对整个修复焊缝进行VT(目视检测)、DT(尺寸检测)、PT(液体渗透检测)和UT(超声波检测)检验；修复完成放置48小时后，再对整个修复焊缝进行PT(液体渗透检测)和UT(超声波检测)检验，进一步确认焊接质量，检验均合格后，对修复后的管板机加钻孔，最后对管孔内壁进行DT(尺寸检测)和PT(液体渗透检测)检验，以确保修复后的管板和管孔满足规范要求。
结合以上对本发明的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明至少具有以下有益技术效果：
恢复了管板及管孔结构，满足设计要求，避免了焊后消除应力热处理，并且修复后的管板、管孔和其封口焊缝均能通过检验，取得了良好的效果。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (18)

1.一种核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，所述管板包括管板低合金钢母材、设置在管板低合金钢母材上的管板镍基合金堆焊层，以及贯穿管板低合金钢母材和管板镍基合金堆焊层的管孔，其特征在于，所述损伤修复方法包括以下步骤：
S1、对管板和管孔进行损伤检验，以获得损伤检验数据，根据数据去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ；
S2、基于损伤检验数据进行损伤分析，根据分析结果确定对管板进行焊接修复选用的填充材料；
S3、去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ后，对焊接坡口进行加工处理；
S4、采用步骤S2确定的填充材料对管板进行损伤修复；
S5、在所述损伤修复完成后，对管板进行修复检验和机加钻孔。
2.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：
在管板模拟件上复现管板和管孔熔塌损伤的过程，通过打磨和金相检验方式确定熔塌损伤热影响区HAZ的尺寸，获得损伤检验数据；
根据在管板模拟件上确定的熔塌损伤HAZ尺寸，去除管板和管孔熔塌损伤HAZ。
3.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
对管板低合金钢母材的去除深度进行尺寸分析；当管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时，则管板低合金钢母材的去除部分采用低合金钢填充材料进行焊接修复，镍基合金堆焊层的去除部分采用镍基合金填充材料进行焊接修复；当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，进行力学分析；
对管板低合金钢母材进行力学分析：针对管板低合金钢母材减薄对蒸汽发生器的影响进行力学分析，若满足应力要求，则管板低合金钢母材和管板镍基合金堆焊层的去除部分均选用镍基合金填充材料进行焊接修复；若不满足应力要求，则处理方式与管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时相同。
4.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，其特征在于，所述步骤3中焊接坡口加工处理完成后，焊接坡口的纵截面为圆弧面，焊接坡口与分隔板短节侧管板形成的夹角为8°，焊接坡口与相邻管孔侧管板形成的夹角为3.5°。
5.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
焊接前使用塞棒填充管孔作为焊接衬垫，焊接预热完成后，通过自动钨极惰性气体保护焊的方式，采用所述步骤S2中确定的填充材料对管板进行立向上焊接填充。
6.根据权利要求5所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，其特征在于，当焊接坡口的机加工深度达到管板低合金钢母材时，所述塞棒选择低合金钢塞棒；当焊接坡口的机加工深度未达到管板低合金钢母材时，所述塞棒选择镍基合金塞棒；所述塞棒与管孔采用间隙装配方式进行装配。
7.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，其特征在于，所述步骤S4中，焊接预热温度不低于150℃；焊接执行中焊道之间的温度不低于150℃，且不超过225℃；焊接完成后的后热温度不低于200℃，且不超过350℃。
8.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，其特征在于，所述步骤S4中焊道排布为：第一层焊道和第二层焊道之间的搭接量为焊道宽度的40％～60％；第一层焊道覆盖原管板镍基合金堆焊层熔合线至少5mm；第二层焊道完全覆盖第一层焊道的焊缝金属；第三层焊道完全覆盖第二层焊道的焊缝金属，对所述第一层焊道和第二层焊道进行打磨，控制每层焊缝金属厚度为1.1mm-1.5mm。
9.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：
焊接完成后，对整个修复焊缝进行目视检测、尺寸检测、液体渗透检测和超声波检测检验，放置48h后，对整个修复焊道进行液体渗透检测和超声波检测，对管板进行机加钻孔后对管孔进行尺寸检测、液体渗透检测。
10.一种核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，其特征在于，包括以下模块：
损伤检验去除模块，用于对管板和管孔进行损伤检验，以获得损伤检验数据，根据数据去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ；
损伤分析填充材料确定模块，用于基于所述损伤检验数据进行损伤分析，根据分析结果确定对管板进行焊接修复选用的填充材料；
焊接坡口加工模块，用于去除管板及管孔的熔塌损伤热影响区HAZ后，对焊接坡口进行加工处理；
损伤修复模块，用于采用损伤分析填充材料确定模块确定的填充材料对管板进行损伤修复；
修复检验模块，用于在所述损伤修复完成后，对管板进行修复检验和机加钻孔。
11.根据权利要求10所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，其特征在于，所述损伤检验去除模块包括：
模拟损伤检验单元，用于在管板模拟件上复现管板和管孔熔塌损伤的过程，通过打磨和金相检验方式确定熔塌损伤热影响区HAZ的尺寸，获得损伤检验数据；
损伤HAZ去除单元，用于根据在管板模拟件上确定的熔塌损伤HAZ尺寸，去除管板和管孔熔塌损伤HAZ。
12.根据权利要求10所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，其特征在于，所述损伤分析填充材料确定模块包括：
尺寸分析单元，用于分析管板低合金钢母材的去除深度，当管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时，则管板低合金钢母材的去除部分采用低合金钢填充材料进行焊接修复，管板镍基合金堆焊层的去除部分采用镍基合金填充材料进行焊接修复；当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，进行力学分析；
力学分析单元，用于当管板低合金钢母材的去除深度不超过6mm时，针对管板低合金钢母材减薄对蒸汽发生器的影响进行力学分析，若满足应力要求，则管板低合金钢母材和管板镍基合金堆焊层的去除部分均选用镍基合金填充材料进行焊接修复；若不满足应力要求，则处理方式与管板低合金钢母材的去除深度超过6mm时相同。
13.根据权利要求10所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，其特征在于，所述焊接坡口加工模块处理后的焊接坡口的纵截面为圆弧面，焊接坡口与分隔板短节侧管板形成的夹角分别为8°，焊接坡口与相邻管孔侧管板形成的夹角为3.5°。
14.根据权利要求10所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，其特征在于，所述损伤修复模块包括：
塞棒填充单元，用于焊接前使用塞棒填充管孔作为焊接衬垫；
焊接填充单元，用于焊接预热完成后，通过自动钨极惰性气体保护焊的方式，采用所述损伤分析填充材料确定模块中确定的填充材料对管板进行立向上焊接填充。
15.根据权利要求14所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，其特征在于，所述塞棒填充单元中，当焊接坡口的机加工深度达到管板低合金钢母材时，塞棒选择低合金钢塞棒；当焊接坡口的机加工深度未达到管板低合金钢母材时，塞棒选择镍基合金塞棒，所述塞棒与管孔采用间隙装配方式进行装配。
16.根据权利要求14所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，其特征在于，所述焊接填充单元的焊接预热温度不低于150℃；焊接执行中焊道之间的温度不低于150℃，且不超过225℃；焊接完成后的后热温度不低于200℃，且不超过350℃。
17.根据权利要求14所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，其特征在于，所述焊接填充单元的焊道排布为：第一层焊道和第二层焊道之间的搭接量为焊道宽度的40％～60％；第一层焊道覆盖原管板镍基合金堆焊层熔合线至少5mm；第二层焊道完全覆盖第一层焊道的焊缝金属；第三层焊道完全覆盖第二层焊道的焊缝金属，对所述第一层焊道和第二层焊道进行打磨，控制每层焊缝金属厚度为1.1mm-1.5mm。
18.根据权利要求10所述的核电站蒸汽发生器管板及管孔损伤修复系统，其特征在于，所述修复检验模块用于对整个修复焊缝进行目视检测、尺寸检测、液体渗透检测和超声波检测检验，放置48h后，对整个修复焊道进行液体渗透检测和超声波检测，对管板进行机加钻孔后对管孔进行尺寸检测、液体渗透检测。
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