（三门核电有限公司 浙江省三门县 317112）
摘要：本文简要介绍了AP1000核电站典型结构模块的结构，分析了结构模块的焊接工艺，描述了结构模块焊接变形形式及原因，提出了控制焊接变形的方法。
关键词：核电站 模块制造 焊接变形 控制
Abstract: This paper briefly introduces the structure of the typical structure module of the AP1000 nuclear power plant, analyzes the welding process of the structure module, describes the form and the reason of the welding deformation of the structure module, and put forward the method of controlling the welding deformation.
Keywords: Nuclear Power Plant, Module Fabrication, Welding Deformation, Control
1.引言
AP1000压水堆核电站采用了模块化施工的理念，可大大缩短建设周期，降低工程造价。AP1000核电站单机组由117个结构模块和69个设备模块组成，具体分类及数量见下表。
2.结构模块焊接工艺分析
结构模块的制造是按照美国焊接学会AWS D1.1和D1.6进行焊接的，其材料由钢板（A36碳钢、A240 S32101双相不锈钢、A240 TP304L不锈钢）、型钢（工字钢、角钢和槽钢）和剪力钉等，材料规格多种多样，厚度也从6.35至154mm不等。
CA20是AP1000核电站中典型的结构模块，如图1所示。CA20由72个子模块组成，组装完成后其外形尺寸为21×13.4×21米，重量达700吨。典型子模块如图2所示。
结构模块制造主要采用CO2气体保护焊和手工电弧焊，剪力钉采用螺柱焊。基于材料规格的多样性，结构模块的焊接工艺也要根据材质、规格及坡口形式制定合理的焊接工艺。表2列出了结构模块常用的焊接工艺。
从图1可以看出，AP1000核电站大型结构模块其结构复杂，焊接工作量巨大。从图2也可以看出，子模块上密密麻麻的剪力钉、钢板与型钢骨架之间的焊接，以及子模块拼接时大量的对接长焊缝将带来大量的焊接热输入，冷却后不可避免的会有焊接残余应力残留，将导致结构件的变形。尤其对于结构模块中大量使用6.35mm和12.7mm的薄钢板，焊接变形显得尤为突出。
3.焊接变形的原因分析
在焊接过程中，工件受到不均匀的加热，在冷却过程中，焊接接头各部分金属受热膨胀和冷却收缩的程度也不同，从而导致工件产生变形。常见的焊接变形有：（1）收缩，（2）角变形，（3）弯曲变形，（4）扭曲变形，（5）波浪变形，如图3所示。在AP1000结构模块焊接过程中较为普遍的焊接变形有角变形、弯曲变形和波浪变形。
图3 焊接变形形式
4.焊接变形的控制措施
由于AP1000结构模块在制造过程中对线性尺寸公差要求（表3所示）较高，焊接变形的控制就极为重要。
在施焊前，充分考虑模块的结构形式，制定合理的焊接工艺，选择合适的焊接尺寸和形式，合理安排焊缝位置和焊接顺序，避免焊缝的不均匀布置和集中分布。如针对大面积薄板和长焊缝，采用跳跃焊和间断焊。
在焊接过程中，可以采取相应的工艺措施控制焊接变形。
反变形法：根据理论计算和实际经验，预先把工件人为地加工或设置产生一个变形，使这个变形与焊后发生的变形方向相反而数值相等或接近，这样变形和反变形就能在焊后基本抵消。
刚性固定法：对于刚性较小的工件，可以使用专用工具、焊接夹具或临时支撑将工件固定在刚性平台上，增加工件刚性和限制，防止或者减小焊接变形。
在焊接完成后对工件进行尺寸检查时，如发现工件还存在焊接变形，可采取以下几种方法进行校正。
手工校正：采用榔头等工具锤击敲打变形区域，减小焊接变形量，使工件尺寸满足技术要求。手工校正适用于薄板、变形量较小的工件。
机械校正：采用专用设备（如千斤顶等）对焊接变形区域施加一定的反向作用力，使工件回复原来的尺寸或满足技术要求。机械校正可比较精确地校正焊接变形。
火焰加热校正：其原理是处在高温区的材料热膨胀受到工件自身的刚性约束而产生局部压缩塑性变形，而在冷却后收缩，抵消了焊后的伸长变形，达到校正变形的目的。此方法仅适用于低碳钢和低合金钢焊接变形的校正。
5.结语
模块化施工虽然可以缩短AP1000核电站建设周期，但是模块中大量的薄钢板长焊缝的焊接引起的焊接变形，如果不能事先充分考虑，没有有效的焊接变形控制措施，模块本身制造的周期将延长，从而影响到核电站的建设周期。
因此，应不断地在实践中总结、积累经验，加深理论学习，提高焊接和控制焊接变形的技术能力，保证模块质量符合技术要求。
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作者简介
何秋良（1978—）：男，工程师。2004年毕业于浙江大学化工过程机械专业，获硕士学位。现从事AP1000核电设备监造工作。
论文作者:何秋良
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/4/6
标签：模块论文; 工件论文; 结构论文; 核电站论文; 刚性论文; 剪力论文; 所示论文; 《电力设备》2017年第2期论文;