核电储罐底板的焊接变形控制分析.docx

核电储罐底板的焊接变形控制分析【摘要：】本文分析了核电储罐底板焊接应力产生的原因介绍了引起变形的各种类型重点阐述了在施工中如何采取措施控制底板焊接变形提出了解决核电大型储罐在施工过程中焊接变形的有效措施。【关键词：】核电储罐核电储罐；底板；焊接变形焊接变形；控制11、前言核电储罐底板是由多块条型中幅板和多块弓型边缘板拼接而成是整个贮罐受力最大的部位。其焊接特点为：核电焊接质量要求高直径大、板薄、钢板厚度与贮罐底板的宽度相比尺寸相差悬殊刚度差焊缝数量多焊接应力大易产生焊接变形且变形量大控制难度大而严重的焊接变形会降低储罐的承载能力及稳定性甚至使罐底底板报废。因此分析焊接变形的机理及各种影响因素掌握其变形规律制定有效的焊接方案及措施使储罐底板焊接变形控制在设计允许的范围是整个储罐制作的关键关系到整个储罐安装的成败。22、焊接变形分析焊接变形的产生从根本上是因为焊接热过程中温度在构件上的分布极不均匀造成高温区域冷却后产生收缩量大低温区域收缩量小这种不平衡的收缩导致了底板形状的改变。而罐底的焊接变形主要是由纵向收缩和横向收缩所引起的底板角变形、波浪变形『1。2.1、角变形角变形的产生是由于接头处沿板厚方向温度不均匀分布造成横向收缩不一致引起的。因而角变形的大小取决于钢板接头的刚度和温度不均匀分布的程度具体说即取决于坡口的形状尺寸和焊接方法。2.2、波浪变形波浪变形的产生原因有两种一种是板的对接焊缝产生上下相间排列的角变形带来的另一种是由于焊接过程给钢板带来的压应力造成了板的局部失稳屈曲。前者可以用控制角变形的方法控制而后者则必须设法降低焊接内应力或改变其分布规律。2.3焊接变形控制根据焊接变形原因及应力产生的分析焊接变形控制主要通过调整焊接顺序和刚性固定两种手段。23、换料水箱底板结构形式核电储罐底板焊接变形控制主要以不锈钢储罐换料水箱（PTR）底板为控制难点。换料水箱（PTR）是在核电站核岛停堆换料时向反应堆换料水池中充水。在核岛核反应堆装置出现失水事故的意外情况下换料水箱为安全喷淋系统和安全注入系统提供所需的含硼水是涉及核安全2级的关键设备。23.1、PTR底板的结构PTR贮罐底板由边缘板和中幅板组成。边缘板由12块20mm厚的弓形边缘板组成外圆内多边的环状结构中幅板为多块条状板拼成的多边形平板结构边缘板和中幅板之间通过搭接焊接在一起构成整个底板（见图1）底板和罐壁通过“T”字角焊缝相连。23.2、底板的焊接形式底板弓形边缘板为带垫板的对接焊（图2）中幅板为搭接焊（图3）边缘板和中幅板为搭接焊（图4）。4、罐底板变形的控制底板焊接顺序：环形边缘板中幅板罐底与筒体间的角焊缝环形边缘板与中幅板。底板焊接前首先要优化底板排版一般直径按其设计图纸直径放大0.15～0.2%以补偿焊缝的纵向和横向焊接变形收缩量『2。4.1、环形边缘板焊接环形边缘板采用带垫板的对接焊缝共有12条对接焊缝焊口1、3、5、7、9、11是预留的边缘板伸缩缝用卡具固定。由于每个环形边缘板对接焊缝在焊接以后会因焊缝收缩引起变形因此采用反变形措施控制变形即先将环形边缘板对接口与焊接变形相反的方向垫高160mm左右。环形边缘板焊接采用隔缝跳焊法即隔开一条伸缩缝1个焊工同时焊接2条焊缝（3个焊工同时焊接6条焊缝）如下图所示。环形边缘板的对接焊缝焊接采用由外向里分段退焊的焊接方式。考虑到横向收缩变形边缘板的组对应采用外窄内宽的不等间隙（根据经验外侧组对间隙为4～6mm内侧间隙为6～8mm）以便在先焊外侧300mm的过程中由于焊缝的热收缩间隙使间隙归于一致保证焊后边缘板的平整度以防止出现局部突起如下图所示。4.2、中幅板搭接焊PTR罐底板设计为搭接接头与基础接触的底面搭接处是无法施焊的。这种接头存在着严重的缺口效应是典型的应力集中焊接接头相当于焊缝根部存在裂纹。因此必须限制变形量以防止由于液面变化所产生的交变应力导致表面焊缝根部撕裂或疲劳断裂。罐底焊接后其局部凹凸变形的深度不应大于变形长度的2%且大于50mm『3。中幅板设计厚度为6mm由于厚度小、焊缝密集、波浪变形倾向大局部凹凸度在所难免但如果在施焊时采取一定的工艺措施这种变形可以控制在标准允许偏差范围内。中幅板的局部凹凸变形主要是收缩量之差造成的。在焊接过程中板的一侧焊缝先焊先收缩而板中部和末端的一侧相对松弛或没有收缩导致板向上拱起。这时如果强行组对施焊另一侧就会形成较大的应力并产生应力变形所以应采取以下措施防止变形：