CN108655604A - 一种重水堆主管道支管接头堆焊修补结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核电设计与运行技术领域，具体涉及一种重水堆主管道支管接头堆焊修补结构。其特征在于：包括主管道、管座、适配器和仪表管，还包括堆焊层盖面层、堆焊层第三层、堆焊层第二层和堆焊层第一层；管座的上端连接在主管道连接支管的开口处的下端，管座和主管道之间通过氩弧焊焊接；适配器的上端连接在管座的下端，适配器和管座之间通过氩弧焊焊接；仪表管的上端连接在适配器的下端，仪表管和适配器之间通过全位置自动焊接；在管座和适配器连接部的外表面沿环向由内向逐道实施堆焊焊接，共堆焊四层，分别为堆焊层第一层、堆焊层第二层、堆焊层第三层和堆焊层盖面层，每层堆焊层由碳钢管座处起始焊制适配器变径处。
Description
技术领域
本发明属于核电设计与运行技术领域，具体涉及一种重水堆主管道支管接头堆焊修补结构。
背景技术
重水堆的主管道为重水堆一回路高温高压冷却剂的压力边界，是主要的核安全屏障，其完整性直接影响重水堆核安全。主管道支管接头如果发生双端断裂将导致重水堆一回路失去冷却剂，将引入堆芯熔化风险，严重影响机组安全稳定运行。主管道支管接头位置见附图1。
2007年12月和2016年10月，秦山第三核电厂1号机组就因为主管道支管接头开裂造成一回路重水泄漏并分别导致2次非计划停堆小修，仅损失的发电量相对应的经济损失即已超过8000万元人民币。
重水堆主管道支管接头原始设计的连接结构见附图2所示。图中各部件分别为1——主管道、2——管座、3——适配器、4——仪表管。
针对重水堆主管道支管接头泄漏问题，中核核电运行管理有限公司成立十大技术问题专项组，主要完成了如下分析、评估和开发工作。
完成了2007年12月和2016年10月2次发生开裂泄漏的主管道支管接头缺陷部件的失效原因分析，明确管接头开裂原因为碳钢管座和不锈钢适配器之间的异种金属焊接接头靠不锈钢异一侧的应力腐蚀开裂，裂纹在管道内壁多处起源，多条裂纹平行开裂贯穿。
基于失效分析结论，并结合应力腐蚀开裂的特点，明确不能通过直接对原发生开裂泄漏的焊接接头进行焊接修补的方式完成缺陷处理，而必须对适配器进行更换或通过在支管接头外表面进行堆焊、增加焊接套管的形式进行修补。
根据应力腐蚀开裂失效机理，明确导致支管接头发生开裂的主要影响因素为焊接接头处的应力、母材和焊材、焊接质量等。
从缓解导致主管道支管接头应力腐蚀开裂的主要因素出发，经过焊接工艺试验、焊接接头常规力学性能测试、模拟一回路水条件下的应力腐蚀敏感性试验，慢应变速率拉伸试验等，结合现场检修工艺条件，开发了一种重水堆主管道支管接头堆焊修补技术，能够在重水堆一回路不开口检修的情况下实现主管道支管接头的堆焊修补，优选了应力腐蚀敏感性相对较低的堆焊材料，优化了异种金属焊接接头和堆焊层处的应力分布，使可能出现的异种金属焊接接头处的应力腐蚀裂纹在堆焊层处止裂，防止裂纹进一步扩展，并使堆焊层具备足够的结构强度承受一回路冷却剂的压力，保障重水堆一回路在寿期内完整可靠。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重水堆主管道支管接头堆焊修补技术，可实现在重水堆一回路不开口检修的情况下主管道支管接头的堆焊修补，防止可能出现的异种金属焊接接头处的应力腐蚀裂纹进一步扩展，并使堆焊层具备足够的结构强度承受一回路冷却剂的压力，保障重水堆一回路在寿期内完整可靠。
本发明是这样实现的：
一种重水堆主管道支管接头堆焊修补结构，包括主管道、管座、适配器和仪表管，还包括堆焊层盖面层、堆焊层第三层、堆焊层第二层和堆焊层第一层；管座的上端连接在主管道连接支管的开口处的下端，管座和主管道之间通过氩弧焊焊接；适配器的上端连接在管座的下端，适配器和管座之间通过氩弧焊焊接；仪表管的上端连接在适配器的下端，仪表管和适配器之间通过全位置自动焊接；在管座和适配器连接部的外表面沿环向由内向逐道实施堆焊焊接，共堆焊四层，分别为堆焊层第一层、堆焊层第二层、堆焊层第三层和堆焊层盖面层，每层堆焊层由碳钢管座处起始焊制适配器变径处。
如上所述的主管道管径为20英寸；管座的管径为20英寸转3/4英寸；适配器的管径为3/4英寸转3/8英寸；仪表管的管径为3/8英寸；堆焊层第一层、堆焊层第二层、堆焊层第三层和堆焊层盖面层各层厚度在1.6mm至2mm；由管座和适配器连接部的外表面至堆焊层盖面层的径向厚度为6.2mm至8mm；堆焊层第一层8由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置5mm处，堆焊层第二层7由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置10mm处，堆焊层第三层6由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置15mm处，堆焊层盖面层5由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置20mm处。
如上所述的主管道采用低碳钢材料制成；管座采用低碳钢材料制成；适配器采用不锈钢材料制成；仪表管采用不锈钢材料制成；堆焊采用手工钨极氩弧焊，选用ERNiCrFe-7焊材，焊丝直径为1.6mm。
本发明的有益效果是：
重水堆主管道支管接头原始连接结构材料存在一定的应力腐蚀敏感性，已给秦山第三核电厂带来巨大经济损失。
采用本专利技术开发了一种重水堆主管道支管接头堆焊修补技术，能够在重水堆一回路不开口检修的情况下实现主管道支管接头的堆焊修补，优选了应力腐蚀敏感性相对较低的堆焊材料，优化了异种金属焊接接头和堆焊层处的应力分布，使可能出现的异种金属焊接接头处的应力腐蚀裂纹在堆焊层处止裂，防止裂纹进一步扩展，并使堆焊层具备足够的结构强度承受一回路冷却剂的压力，保障重水堆一回路在寿期内完整可靠。
附图说明
图1是主管道上的支管接头位置示意图；
图2是现有的主管道支管接头连接结构示意图；
图3是本发明的主管道接头形式及其连接结构示意图。
其中：1.主管道，2.管座，3.适配器，4.仪表管，5.堆焊层盖面层，6.堆焊层第三层，7.堆焊层第二层，8.堆焊层第一层，9.适配器变径小头边缘。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图3所示，一种重水堆主管道支管接头堆焊修补结构，包括主管道1、管座2、适配器3、仪表管4、堆焊层盖面层5、堆焊层第三层6、堆焊层第二层7和堆焊层第一层8。管座2的上端连接在主管道1连接支管的开口处的下端，管座2和主管道1之间通过氩弧焊焊接。适配器3的上端连接在管座2的下端，适配器3和管座2之间通过氩弧焊焊接。仪表管4的上端连接在适配器3的下端，仪表管4和适配器3之间通过全位置自动焊接。在管座2和适配器3连接部的外表面沿环向由内向逐道实施堆焊焊接，共堆焊四层，分别为堆焊层第一层8、堆焊层第二层7、堆焊层第三层6和堆焊层盖面层5，每层堆焊层由碳钢管座处起始焊制适配器变径处。
在本实施例中，主管道1管径为20英寸，采用低碳钢材料制成。管座2的管径为20英寸转3/4英寸，采用低碳钢材料制成。适配器3的管径为3/4英寸转3/8英寸，采用不锈钢材料制成。仪表管4的管径为3/8英寸，采用不锈钢材料制成。堆焊层第一层8、堆焊层第二层7、堆焊层第三层6和堆焊层盖面层5各层厚度在1.6mm至2mm。由管座2和适配器3连接部的外表面至堆焊层盖面层5的径向厚度为6.2mm至8mm。堆焊层第一层8由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置5mm处，堆焊层第二层7由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置10mm处，堆焊层第三层6由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置15mm处，堆焊层盖面层5由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置20mm处。堆焊采用手工钨极氩弧焊，选用ERNiCrFe-7焊材，焊丝直径为1.6mm，焊接性和耐腐蚀性强。
现场焊接的实施步骤为：
1.首层堆焊前，需打磨抛光以去除原始焊缝余高，使管座和适配器之间外表面平滑过渡，并且无肉眼可见凹坑。
2.对待堆焊表面实施液体渗透检查。
3.对管座2侧进行焊前预热，预热温度控制在为180～220℃，保温30min。
4.每层堆焊完成后，对堆焊层表面进行打磨抛光后再进行下一层的堆焊，堆焊层表面抛光后要求表面平滑，无肉眼可见凹坑。
5.保证各堆焊层层间温度控制在180～220℃，堆焊保护气体为氩氦混合气体，其中氩的体积百分数为75％。氩气和氦气纯度需达到99.999％
6.对最终盖面层进行打磨抛光，要求表面平滑，无肉眼可见凹坑。
7.对适配器变径上的堆焊层进行打磨抛光，使表面平滑过渡，无肉眼可见凹坑。
8.对堆焊层外表面实施液体渗透检查，外表面不允许任何线性显示和直径大于0.5mm的圆形显示，否则需进行局部修补。
9.对焊接区域实施射线检查，不允许任何未熔合缺陷、裂纹类显示和直径大于1mm的圆形显示。
10.对焊接区域实施超声相控阵检查，超声相控阵检查为辅助的跟踪检查，不作为焊缝的评判依据，但对超过0.4mm的显示进行记录。
11.对无损检查发现的超标缺陷，需返修消除。
上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (3)
1.一种重水堆主管道支管接头堆焊修补结构，包括主管道(1)、管座(2)、适配器(3)和仪表管(4)，其特征在于：它还包括堆焊层盖面层(5)、堆焊层第三层(6)、堆焊层第二层(7)和堆焊层第一层(8)；管座(2)的上端连接在主管道(1)连接支管的开口处的下端，管座(2)和主管道(1)之间通过氩弧焊焊接；适配器(3)的上端连接在管座(2)的下端，适配器(3)和管座(2)之间通过氩弧焊焊接；仪表管(4)的上端连接在适配器(3)的下端，仪表管(4)和适配器(3)之间通过全位置自动焊接；在管座(2)和适配器(3)连接部的外表面沿环向由内向逐道实施堆焊焊接，共堆焊四层，分别为堆焊层第一层(8)、堆焊层第二层(7)、堆焊层第三层(6)和堆焊层盖面层(5)，每层堆焊层由碳钢管座处起始焊制适配器变径处。
2.根据权利要求1所述的重水堆主管道支管接头堆焊修补结构，其特征在于：所述的主管道(1)管径为20英寸；管座(2)的管径为20英寸转3/4英寸；适配器(3)的管径为3/4英寸转3/8英寸；仪表管(4)的管径为3/8英寸；堆焊层第一层(8)、堆焊层第二层(7)、堆焊层第三层(6)和堆焊层盖面层(5)各层厚度在1.6mm至2mm；由管座(2)和适配器(3)连接部的外表面至堆焊层盖面层(5)的径向厚度为6.2mm至8mm；堆焊层第一层8由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置5mm处，堆焊层第二层7由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置10mm处，堆焊层第三层6由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置15mm处，堆焊层盖面层5由管座2处开始堆焊至距适配器变径小头边缘9位置20mm处。
3.根据权利要求1所述的重水堆主管道支管接头堆焊修补结构，其特征在于：所述的主管道(1)采用低碳钢材料制成；管座(2)采用低碳钢材料制成；适配器(3)采用不锈钢材料制成；仪表管(4)采用不锈钢材料制成；堆焊采用手工钨极氩弧焊，选用ERNiCrFe-7焊材，焊丝直径为1.6mm。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109909585A (zh) * | 2019-03-12 | 2019-06-21 | 中广核工程有限公司 | 一种用于不锈钢支管焊缝维修的堆焊修复方法及系统 |
| CN109909585B (zh) * | 2019-03-12 | 2021-06-25 | 中广核工程有限公司 | 一种用于不锈钢支管焊缝维修的堆焊修复方法及系统 |
| CN113231720A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-08-10 | 深圳中广核工程设计有限公司 | Boss头焊缝内外组合堆焊维修方法 |
| CN113231720B (zh) * | 2021-06-18 | 2022-09-13 | 深圳中广核工程设计有限公司 | Boss头焊缝内外组合堆焊维修方法 |
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