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--熱烈祝賀我會聯辦的科普活動被中國科協評為--優秀科普活動
12月21日，中國科學技術協會辦公廳印發《關于對2020年全國科普日有關組織單位和活動予以表揚的通知》（科協辦函普字【2020】158號），江蘇省機械工程學會、南京工程學會和江蘇省學會服務中心聯辦的“2020年全國科普日暨第一屆‘天印筑夢·科普智行’”活動，被評為優秀科普活動。
技術成果推介：三代核電主管道窄間隙自動焊 關鍵技術研究
時間：2020/8/12 14:34:56 瀏覽次數：3773
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一、項目概況
核電站主管道是核反應堆冷卻劑系統的主動脈，連接著反應堆壓力容器、蒸汽發生器、反應堆冷卻劑泵，運行過程中主管道內承載高溫、高壓、高流速以及放射性物質的水介質，是核電站最重要的設備之一，為核安全1級設備。早期的核電機組建設階段核電主管道現場安裝采用手工鎢極氬弧焊+手工電弧焊工藝，存在焊接效率低、優秀焊工逐漸短缺等問題。
國內后續批復的核電機組主要是三代核電商用機型，要求設計壽命由40年（二代改進型機組設計壽命）提升到60年，相應的主設備、主管道在尺寸和性能方面提出了更高的要求，使得主設備、主管道的生產制造難度進一步加大，導致核電安裝中上游設備到貨工期滯后風險加大，再加上優秀焊工人力短缺造成的工期壓力等問題，有必要應用窄間隙自動焊技術來解決核電主管道安裝焊接的進度、質量問題。
為打破核電主管道窄間隙自動焊設備國外壟斷，降低施工成本，進一步改進和提升窄間隙自動焊接頭質量和性能，蘇州熱工研究院有限公司聯合中國電建集團核電工程有限公司，基于三代核電主管道現場安裝空間和位置應用要求，開展核電主管道鍛件及焊接材料的焊接性研究 ，自主開發窄間隙自動焊設備的設計優化，基于接頭質量、應力與變形控制的不銹鋼管道窄間隙坡口優化設計，焊接工藝參數優化（保護氣類型及流量、全位置焊接參數、脈沖比、電極搖動參數），返修焊接工藝研究等，通過4個焊口（規格Φ952.5×82.5mm）焊接工藝評定驗證，獲得三代核電主管道窄間隙自動焊接工藝、窄間隙自動焊接頭返修工藝，為提高主管道焊接質量、壓縮核電安裝時間、提升核電站運行的安全水平作出貢獻，同時可為核電波動管、主蒸汽VVP管道、火電大厚壁管道自動焊提技術服務。
二、科技創新
采用基于現場安裝環境和空間結構自主研發的大厚壁管道窄間隙自動焊設備，采用鎢極搖動技術，可在側壁焊接時實現電弧高能量區覆蓋焊道與側壁夾角位置，有效避免側壁夾角位置因為能量不足、熔化不充分導致的側壁熔合不良問題，具有先進性和良好的適用性。該設備具有鎢極前后兩側雙向送絲功能，可實現順時針和逆時針雙向圓周行走，避免了只能單向焊接而必須空走一圈返回的方式，焊接效率提高約50%。設備采用扁焊槍結構，深入坡口內壁，實現坡口內氣體保護和純氬氣保護焊接，相對目前工程使用的坡口外氣體保護和氬氣+氦氣的保護氣體類型，大大減少了氣體流量和氣體單價，節約氣體成本80%以上。
研發了焊接設備智能管理軟件控制系統，可實現權限管控，全過程焊接電流、焊接電壓、焊接速度、氣體流量、鎢極路徑的記錄以及全程焊接接頭焊縫質量的跟蹤監視、記錄，實現了焊接過程的可追溯性和可視性，以及工藝參數調整權限管控。汲取核電主管道焊接工程實踐經驗，結合焊槍尺寸及行進特征、電極兩側搖動技術、管接頭變形測量、坡口機加工試驗，完成了主管道窄間隙自動焊坡口自主化設計與優化，避免了根部打底后的干燎工序，增強了打底的兩側熔池鋪展，同時掌握了不銹鋼主管道窄間隙自動焊焊接過程變形規律。
完成了核電主管道PF+PG和H-L045+J-L045焊接位置窄間隙自動焊工藝、PF+PG位置自動焊返修和SMAW返修焊接工藝開發，包含了組對間隙、保護氣類型及流量、電流及脈沖峰值基值設計、行進速度、層道布置、厚度分層參數配置等關鍵工藝參數，實現了PF+PG和H-L045+J-L045全圓周位置單一參數施焊，避免了不同位置的參數調整，4個評定焊口無損檢測一次合格率100%，有效避免了側壁未熔合等缺陷，具有良好的工程適用性，整體實現了設備、坡口、工藝等的集成創新。
形成了《核電主管道窄間隙自動焊PG+PF位置焊接工藝評定報告》、《核電主管道窄間隙自動焊H-L045+J-L045位置焊接工藝評定報告》、《核電主管道窄間隙自動焊PG+PF位置自動焊返修焊接工藝評定報告》、《核電主管道窄間隙自動焊PG+PF位置SMAW返修焊接工藝評定報告》、《核電廠主管道窄間隙自動焊接工藝數據包》，可用于指導三代核電主管道安裝工程焊接施工。
三、推廣應用
本課題采用國產窄間隙自動焊設備，配合扁槍頭和搖動式鎢極裝置，開發出與之相適應的窄間隙焊縫坡口，完成了核電主管道窄間隙自動焊工藝及典型位置的返修工藝開發。將該工藝應用于1：1實際尺寸和材料的核電主管道焊接工藝評定中，4個焊口無損檢測及破壞性試驗結果滿足三代核電主管道接頭性能要求，表明采用國產窄間隙自動焊設備研發的成套工藝是適用的。
國產窄間隙自動焊設備研發的主管道成套焊接工藝已經應用在以華龍一號為參考機組的某核電廠波動管窄間隙自動焊工藝評定研究，火電廠P22+P91大口徑異種鋼管道焊接工藝評定，以及某電力建設公司電站P92鋼管道全位置窄間隙TIG自動焊工藝開發及其接頭性能試驗與工程應用研究項目，接頭無損檢測及理化性能均滿足技術要求，取得了良好的應用效果。
該研究成果可應用在華龍1號核電主管道安裝焊接中，或適應性驗證后應用在CAP1400、AP1000等類型核電機組工程建造期間，，也可應用于在役核電廠主管道焊接維修以及重大設備（如蒸發器）更換的主管道自動焊項目，部分技術可應用于常規火電、石化項目中大厚壁管道或設備自動焊項目等，應用前景廣闊。
四、應用效益
通過本項目的開展，先后與中廣核工程有限公司、東方電氣（廣州）重型機器有限公司、中核檢修公司等簽訂設備供貨合同，或承接其自動焊與工藝定制研制合同，累計合同額2257萬余元，并建立了后續持續供貨的關系。
依托研究成果，先后承接某電建公司“電站P91/P92鋼管全位置窄間隙TIG自動焊工藝開發及其接頭性能試驗與工程應用” 項目，合同額260760元；2018年承接中廣核工程公司“核電工程自動焊技術課題自動焊設備研發及供應” 合同，合同額18013605元，設備采購15600700元，研發投入2412905元；2019年承接東方電氣全位置GTAW智能焊接設備開發項目2690000元、中核檢修全位置自動TIG焊設備采購1870344.88元。研發費按6%稅率，設備按12%稅率。
完成單位：蘇州熱工研究院有限公司、中國電建集團核電工程有限公司
完 成 人：趙建倉、李廣晉、任立斌、張汝潺、郭新芳、朱 平、萬夫偉、楊 佳、尚建路、王淦剛、徐忠峰、魯 立、呂一仕、周海濤、趙振亮
