核電站幾個(gè)關(guān)鍵部件的智能制造焊接解決方案

核電站幾個(gè)關(guān)鍵部件的智能制造焊接解決方案汪忠;肖勁兵;扈曉剛;唐洋洋;常紅坡;朱志毅【摘要】針對核電的關(guān)鍵部件,如管道預(yù)制、閥門接收對接焊、掌握棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)Ω現(xiàn)狀及其特點(diǎn),提出了自動焊接的智能解決方案.用創(chuàng)思維、技術(shù)、裝備替代傳統(tǒng)手工焊,提升了部件質(zhì)量,降本增效,極大限度地降低了勞動力強(qiáng)度.國產(chǎn)自動焊接裝備替代了進(jìn)口裝備,提升核電國際化競爭力.《電焊機(jī)》【年(卷),期】2023(049)004【總頁數(shù)】11(P15-25)【關(guān)鍵詞】TIG;Ω汪忠;肖勁兵;扈曉剛;唐洋洋;常紅坡;朱志毅【作者單位】215300;昆山華恒焊接股份215300;中國核工業(yè)二三建設(shè)惠州預(yù)制廠,廣東惠州516000215300;昆山華恒焊接股份215300215300【正文語種】中文TG409;TP2730前言全球能源缺乏趨勢明顯，能源多元化是今后必定的進(jìn)展方向。核電能源在節(jié)能、環(huán)進(jìn)展”，中國的核電能源將獲得很好的進(jìn)展機(jī)遇。大規(guī)模替代石化燃料的清潔能源，越來越受到世界各國的重視。中國自主創(chuàng)的百萬千瓦級三代先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)代表ACP1000，ACPR1000+和“華龍一號”，其關(guān)鍵部件核島主管道核一級奧氏體不銹鋼鍛造管TIG成熟度而漸漸走上核能舞臺。能制造是當(dāng)下亟待解決的一個(gè)重大課題。核電管道預(yù)制智能解決方案核電管道預(yù)制背景40%以上。ACP1000480～500t，碳鋼管道預(yù)制量約700t。“華龍一號”核電站的不銹鋼管道預(yù)制占50304/316，其中，“華龍一號”還承受了局部雙DN60～DN600DN60～DN35060%～7040mm30mmRCCM2023ASME31.2TIG核電管道預(yù)制存在的瓶頸核二三建設(shè)公司在惠州及秦山分別建有預(yù)制工廠，在管道預(yù)制的自動焊方面始終積TIG要手段，也是將來進(jìn)展的實(shí)現(xiàn)“機(jī)器替代技能工人”的大趨勢。有的優(yōu)勢。此外，以下緣由也肯定程度上導(dǎo)致管道預(yù)制難以實(shí)現(xiàn)“智造”[1]：高端設(shè)備主要依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴。〔主要指掌握軟件與設(shè)備操作者的素養(yǎng)〕。是關(guān)鍵。而實(shí)際生產(chǎn)中，中小管徑〔≤DN350〕的管道數(shù)量約占工程總體的60%～85%。核電管道預(yù)制智能制造解決方案深度，降低工人操作技能要求的最核心根本點(diǎn)。圍繞自動焊打底工藝的解決思路首先是解決管子坡口的高效周密加工問題。傳統(tǒng)的坡口加工方法承受火焰切割或者一般機(jī)床加工，效率低、坡口質(zhì)量差，后期打磨處〔≤DN350〕的切斷與坡口一體機(jī)坡口機(jī)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)批量上料，定長切斷，一次切斷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)切斷與兩個(gè)坡口的周密高效坡口加工。該生產(chǎn)線承受先進(jìn)的伺服獨(dú)立進(jìn)刀機(jī)構(gòu)[2]1〔25.4mm〕2min21200/日1〔≥DN200〕實(shí)現(xiàn)U型、V型、符合V型、X型等坡口類型的內(nèi)鏜端面坡口一鍵化數(shù)控加工[3]，21精親熱斷坡口一體化生產(chǎn)線2周密大管徑大壁厚切斷坡口生產(chǎn)線3～5為此，開發(fā)了高效熱絲氬弧焊焊接工藝[4]、高效深熔氬弧焊焊接工藝以及細(xì)絲〔φ1.2mm〕埋弧焊填充工藝，彌補(bǔ)了高效坡口加工的產(chǎn)能過剩和自動焊工位的匹配難題。例如，φ108mm×10mm8min534X5～8GB/T14452-93[5]。3TIG4對接接頭5焊縫截面宏觀金相67抗拉試驗(yàn)8抗彎試驗(yàn)3DAPP910管道預(yù)制解決的難題TIG1.5mm。3～58～109管道智能制造生產(chǎn)線配置10管道預(yù)制生產(chǎn)線現(xiàn)場通過智能管道預(yù)制掌握生產(chǎn)治理系統(tǒng)，解決了“管道預(yù)制精益高效生產(chǎn)”效焊接的全過程“智能治理”模式。解決了設(shè)備級信息化管控問題，實(shí)現(xiàn)專家參數(shù)調(diào)用、設(shè)備故障報(bào)警、設(shè)備維保管控、材料消耗、耗品累積、用電累積、產(chǎn)能累積、生成日報(bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表等專家信息化數(shù)據(jù)庫。TIG汽輪機(jī)高壓閥門接收生產(chǎn)現(xiàn)狀5～8t63.5～220mm。傳統(tǒng)焊接方法為焊條電弧焊，焊前200℃，2～4為保證焊接質(zhì)量，焊接到壁厚的50%時(shí)需進(jìn)展焊縫射線探傷檢驗(yàn)以準(zhǔn)時(shí)覺察缺陷、去除缺陷和補(bǔ)焊，避開大壁厚焊縫焊接時(shí)前半壁厚焊縫消滅缺陷而影響焊縫質(zhì)量。此時(shí)停焊因工件溫度高，中途探傷時(shí)貼膠片并等待工件溫度降至常溫狀態(tài)才能進(jìn)展射線探傷。在本次射線探傷后保證焊縫無缺陷，再連續(xù)填充焊接。通常一條焊縫需112h111211412汽輪機(jī)閥門與接頭焊縫閥門接收窄間隙自動焊爭論難題壁厚大，填充金屬多，焊接時(shí)間長，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出較高要求。度帶來了很高的難度。2G垂，難以形成左右均等的焊接焊縫，簡潔導(dǎo)致坡口壁面上焊接缺陷，如圖13所示。132G220mm，給窄間隙槍體的研發(fā)可達(dá)性、高溫高強(qiáng)度焊接狀態(tài)下的穩(wěn)定性帶來不行推測的困難。高壓閥門接收智能焊高效解決方案250mmTIG14[6]。14TIG2G250mmTIG受重力影響可能產(chǎn)生的焊接缺陷。求設(shè)計(jì)〔往往依據(jù)焊縫窄間隙坡口尺寸工藝設(shè)計(jì)〕1515窄間隙焊槍的鎢極搖擺方式TIGTIGTIG161716TIG17完全解放焊接勞動力的焊接過程181910TIG18窄間隙坡口設(shè)計(jì)19手工焊坡口和窄間隙坡口比較ZG15Cr1Mo1VF91ER55-B2-MnV〔R317)低匹配焊絲進(jìn)展焊接，焊前承受局部加RT規(guī)力學(xué)性能檢驗(yàn)及宏觀、微觀金相檢驗(yàn)[2]。模擬件焊接接頭拉伸及彎曲性能如表11ZG15Cr1Mo1VF91Rm/MPa≥490≥585691709675681合格合格合格1進(jìn)展Charpy-V沖擊試驗(yàn)，以檢驗(yàn)整個(gè)焊接接頭的韌性，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示[7]。對模擬件焊縫進(jìn)展宏觀金相檢驗(yàn)。從宏觀金相〔20〕可以看出，焊縫接頭無圍較小。2Akv/JF91ZG15Cr1Mo1V39.583.557.554.5106.064.546.091.560.020模擬件焊縫宏觀金相21[7]?？梢钥闯觯附咏宇^MF91F91ZG15Cr1Mo1V21焊接接頭硬度分布狀況RT試驗(yàn)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。通過模擬件試驗(yàn)再一次驗(yàn)證了該方案的牢靠性，固化了相關(guān)200RT100%。并將此方案成功應(yīng)用于其他類似產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。效率及降本分析投產(chǎn)后比照手工焊和窄間隙焊，如表3所示。承受自動焊焊接一條焊縫，從裝配、2607084482.71.5～22～643手工焊與自動焊時(shí)間比照〔φ350mm×δ165mm〕自動焊作業(yè)方式裝配×4人焊接×1×2×2×2×1×1t/h/d0.50.2112741411265146.514.2260—焊條電弧焊作業(yè)方式裝配×4接×1×2×2×2×1×1t/h/d40.51/232280541414150%26526518020.5708—41〔φ350mm×δ165mm〕工程焊材探傷回火氣體工時(shí)230×68-25×13516×4007.4×520-300112/8×400kg×元h×元元天×元金額/12265640038481300560029413自動焊絲本錢手工焊多一次探傷多一次回火自動焊消耗手工焊+1CRDMΩΩAP1000〔CRDM〕密封殼組件是核反響堆一回路壓力邊界，屬于核安全一級部件。掌握棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)是核電廠反響堆掌握系Ω“Ω”外形的特異密封焊縫[8]2G61AP10006922TIGTIG60了其他部件安裝工期的正常進(jìn)展。另外，AP1000Ω車間焊接，“華龍一號”是在核島安裝現(xiàn)場進(jìn)展焊接。焊縫焊接要求為核一級。Ω爭論分體式側(cè)面安裝焊接機(jī)頭機(jī)構(gòu)，解決一體式焊接設(shè)備的整體吊裝占用行車問題。分體式自動全位置焊槍承受側(cè)面U型卡盤夾緊，回轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)焊接Ω焊縫，523爭論填絲/AP10002G接的不同多用途需求，填絲與不填絲只需在自動化程序掌握電源上調(diào)用WPS即可。TIGAP10002242522掌握棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)Ω23524AP1000100WPS焊縫顏色為銀白色。焊縫嚴(yán)格依據(jù)核一級標(biāo)準(zhǔn)鑒定。25AP10002在焊接產(chǎn)品前，焊接工藝承受核一級不銹鋼鍛棒制造的模擬件，依據(jù)CPX44601073N52144SS掌握棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)小Ω26卡拉奇〔K2，K3〕275Ω280.3mm2926Ω27Ω5ΩI/A15t/s1I/A85～95t/s3〔99.999%〕ArQ/L·min-110～2010～20t/s10～2010～20t/s10～2010～201～2U/V9.8I/A100～110t/s0.25I/A30～40t/s0.30t/s15I/A15/〔°〕10～20v/mm·min-170～9028掌握棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)Ω核電站穩(wěn)壓器電加熱元件管的在役更換在役更換焊接現(xiàn)狀63致元件管需要在役更換。電加熱元件管材料承受核級不銹鋼，規(guī)格φ32.5mm×3.25mm，2G國外設(shè)備壟斷[9]。在役更換的難題及解決方案設(shè)計(jì)特別自動焊槍頭，解決適合電加熱元件狹小空間下的現(xiàn)場在役更換的難大。該焊接槍頭需要滿足電加熱元件管任意一根更換的狹小空間需求。特別的程序掌握焊接電源，解決氦氣保護(hù)下的起弧難題。TIG3.25mm焊接。特別的反面通氣保護(hù)方式以及避開充氣技術(shù)，在氬氣下的穩(wěn)定起弧。100%合格率。在役更換之前，需要大量的模擬件試焊固化焊接工藝參數(shù)。目前，該解決方案已在陽江核電站〔30〕、大亞灣核電站〔31〕以及紅沿河核電站〔32〕順當(dāng)試焊，實(shí)現(xiàn)電加熱管的在役更換。2930陽江核電站現(xiàn)場31大亞灣核電站現(xiàn)場核后處理提镎試驗(yàn)工程背景237Np93而產(chǎn)生的超鈾錒系元素。該工程解決提镎后的殼體封裝防輻射滲漏焊接。32紅沿河核電站電加熱管在役更換核后處理提镎封裝焊的難題及解決方案照的透亮非金屬觀看焊接狀態(tài)，承受鉛手套將密封罐上下料。研制冷卻裝置，解決镎放入密封罐焊接時(shí)的熱漲、熔深等問題。爭論成熟的焊接工藝，保證熔深，通過氣密性試驗(yàn)驗(yàn)證。4043334放射源端面焊接背景6060孔或未熔合。3334密封罐焊接放射源端面焊的難題及解決方案爭論適合熱室條件下的基于遠(yuǎn)程掌握的穩(wěn)定、牢靠、耐輻照的自動焊設(shè)備。爭論穩(wěn)定牢靠的自動焊接工藝方法和冷卻措施，解決包殼焊接封裝時(shí)熱積存導(dǎo)致的焊接缺陷問題。該設(shè)備已成功應(yīng)用于中國核動力院和中國工程物流爭論院。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖35所示，3635放射源端面焊設(shè)計(jì)結(jié)論36放射源包殼端面焊Ω片”。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】汪忠，賈金龍，董文寧，等.全生命周期的工藝管道智造[J].金屬加工〔熱加工〕，2023〔S1〕：12-15.吳永平.用于管子坡口機(jī)的進(jìn)退刀機(jī)構(gòu)[P].中國：專利號2023202804