冯劢，杨云丽

哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司 河北秦皇岛 066206

1 序言

汽水分离再热器是压水堆核电厂蒸汽和动力转换系统（又称二回路）中最关键的一体化大型设备，它位于高、低压缸之间，目的是使进入低压缸的蒸汽具有一定过热度，从而使低压缸排汽湿度达到可接受水平。为进一步提高经济性，目前设计的核汽轮机组一般采用两级再热[1]。因此，一、二级再热器是汽水分离再热器中重要而关键的部件。

一、二级再热器属于换热器的一种，制造过程与其他形式的换热器类似，管板钻孔后进行穿管，然后与换热管焊接。管板材质为低合金钢，换热管材质为铁素体不锈钢。为了提高耐腐蚀性，且便于与换热管的焊接，需要在管板表面堆焊镍基合金。国内首台AP1000核电机组MSR在管板堆焊的设计上存在一定的特殊性，为该再热器管板的镍基堆焊带来了一定的难度。

2 产品结构特征

2.1 产品结构

AP1000 MSR一级再热器管板材质为SA-266 Gr.2，厚度为255mm。外形为“跑道形”非回转体，中部为矩形，尺寸为1000mm×1100mm；两侧为两个半圆形，半径为550mm。管板直边段高100mm，厚度为32mm。管板中部矩形堆焊区域的外围有一圈凹槽，凹槽宽度为22mm，深度为2mm，凹槽中填充金属为Inconel 600镍基合金，需要在管板中部大面积堆焊前将其堆满，如图1区域2。中部矩形堆焊区域的尺寸为1250mm×900mm，堆焊材质为Inconel 600镍基合金，厚度为（6+1）mm，如图1区域3。此外，管板两侧拐角有两处碳钢堆焊区域，堆焊层厚度6mm，如图1区域1。

二级再热器管板与一级再热器管板结构不同，管板厚度为245mm；外形为圆形，直径为1720mm；管板直边段厚度为60mm；管板中部堆焊区域为圆形，直径为1430mm；中部堆焊区域周围的凹槽轨迹也为圆形。一、二级再热器管板产品结构如图2所示。

图1 再热器管板堆焊示意

图2 再热器管板堆焊层结构

2.2 凹槽的作用

防止最外侧堆焊金属焊后与母材产生剥离现象。

3 技术难点分析

综合产品的结构特征，再热器管板堆焊的技术难点如下：

1）再热器管板大面积堆焊Inconel 600镍基合金，需要选择焊接质量稳定、可靠且高效的焊接方法。

2）由于再热器管板的特殊结构，控制焊接过程中堆焊层边缘的位置，成为堆焊过程控制的关键。

3）再热器管板的厚度较薄，并且预热、大面积带极堆焊以及焊后热处理等过程将导致管板积聚大量热量，因此必须采取工艺措施，防止管板中心产生凹陷变形。

4 技术控制措施

4.1 焊接方法的选择

根据一、二级再热器管板的堆焊结构特点，大面积Inconel 600镍基合金堆焊选用熔深浅且均匀、稀释率低、焊道成形好、熔敷效率高，且在我公司成熟应用的带极电渣堆焊（ESW），凹槽的堆焊以及局部补焊则采用焊接过程更为清洁的手工氩弧焊（M-GTAW）。

4.2 焊接材料的选择

根据产品结构特点及选定的焊接方法，该管板大面积堆焊的焊接材料采用EQNiCr-3焊带及电渣堆焊焊剂，凹槽堆焊及局部补焊采用ERNiCr-3氩弧焊丝。

4.3 一级、二级再热器管板堆焊过程的控制

为了发挥凹槽的作用，并保证在堆焊后能够机械加工出带极堆焊区域边缘的圆角，又能够最大限度的减少手工氩弧焊补焊的工作量，因此需要控制带极堆焊区域的边缘位于凹槽中心线以外一半宽度（11mm）的范围内。带极电渣堆焊使用的焊带规格为60mm×0.5mm，需根据一、二级再热器管板堆焊区域的形状特点分别采取工艺措施，才能达到上述要求。

（1）一级再热器管板 ① 模拟产品焊接的实际状态，摸索带极电渣堆焊的起止位置和焊道宽度。②使用划针划起止位置辅助线。③对焊道的排布进行预排，焊工在堆焊过程中将实际情况与焊道预排位置进行对比，如有偏差，及时根据对比情况对下道的压道量进行微调。首层堆焊时确保左右两侧焊道的外边缘落在指定的区域内；第二层堆焊时确保左右两侧焊道的外边缘最大限度的覆盖首层堆焊层。④焊后对焊道起弧和收弧处进行打磨，必要时使用M-GTAW进行补焊，以保证后续工序的顺利进行。

（2）二级再热器管板 ①根据焊道宽度、压道量等数据，从外向内推算后分别确定中心圆两层堆焊层的堆焊尺寸和机械加工尺寸。②中心圆堆焊后加工时将起弧和收弧位置全部去除，保证堆焊层质量。③对环向焊道的排布进行预排，焊工在环向堆焊过程中将实际情况与焊道预排位置进行对比，如有偏差，及时根据对比情况对下圈焊道的压道量进行微调。第一层堆焊时确保最外圈焊道的外边缘落在指定的区域内；第二层堆焊时确保最外圈焊道的外边缘最大限度的覆盖第一层堆焊层。④焊后对环向焊道起弧和收弧处进行打磨，必要时使用手工氩弧焊进行补焊，以保证后续工序的顺利进行。

4.4 防变形措施

1）将每台MSR的两块一、二级再热器管板分别背靠背进行刚性固定，焊接过程中两块管板交替进行堆焊。正面管板堆焊完一层后翻身，然后在背面管板上再堆焊一层，以此类推。

2）一级再热器管板和二级再热器管板中心圆部分的直条堆焊采取从中间向两侧堆焊的焊接顺序，且两层的焊接方向相互垂直。

3）两块背靠背的管板堆焊完成后，先不去除刚性固定，入炉进行消除应力热处理，以防止刚性固定拆除后由于内应力作用产生的变形。

5 应用情况

我公司近期生产的4台AP1000 MSR，共计8块一级再热器管板和8块二级再热器管板，堆焊后的焊接质量和焊接变形程度均能满足图样要求，得到了用户、第三方监造以及设计方的一致认可。

6 结束语

通过采取一系列有效的工艺措施，AP1000 MSR一、二级再热器管板堆焊质量和结构尺寸完全满足设计要求，实现了AP1000 MSR的自主化制造，对加快我国AP1000三代核电技术的消化吸收，促进国内外同行业进步，提高我国核电常规岛产品制造的国际竞争力有重要意义。