《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》是中國核工業華興建設有限公司完成的建築類施工工法，完成人是張科青、程小華、別剛剛、魏金鎖。適用於壓水堆核電站安全殼鋼襯裡壁板現場安裝施工，也可使用於中國三代核電站安全殼鋼襯裡壁板現場安裝施工，以及其他類似核設施的鋼內襯焊接施工。
《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》主要的工法特點是焊接參數穩定、工作效率高、飛濺小、焊縫外觀成形美觀，同時減少了人為引起的焊接質量問題，保證了焊接質量的穩定性；配套採用脈衝電源，焊接熱輸入量少，電弧能量集中且挺度高，接頭熱影響區和變形小，對焊接順序無特殊要求等。
2011年9月，《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法
- 工法編號：GJEJGF283-2010
- 完成單位：中國核工業華興建設有限公司
- 主要完成人：張科青、程小華、別剛剛、魏金鎖
- 套用實例：遼寧紅沿河核電站2號核島
- 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,
形成原因
核電站鋼襯裡是核島反應堆廠房的密封性內襯金屬結構，其主要功能是防止事故狀態下放射性物質外泄，是反應堆廠房的重要安全防護屏障之一，屬於核質保一級、核安全二級設備。
鋼襯裡壁板是鋼襯裡的筒身結構件，由6毫米厚的鋼板拼焊而成，在其外側焊有環向、縱向型鋼加強肋和錨釘，用以加強筒身結構並與反應堆廠房混凝土結構錨接。壁板在車間製造時根據生產條件將其分成若干小的單元塊，經製造檢驗合格後運往核島現場，再按順序逐塊逐層進行就位、組對、焊接並安裝相應的鋼襯裡附屬檔案，最終形成完整的筒身結構。
工法特點
《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》的工法特點是：
1.該工法替代傳統的手工電弧焊工藝，其焊接參數穩定、工作效率高、飛濺小、焊縫外觀成形美觀，同時減少了人為引起的焊接質量問題，保證了焊接質量的穩定性。
2.自製配套的焊機機頭和柔性軌道適應於可變弧形結構和窄小工作面的焊接。
3.該工法的自動焊工藝採用雙重惰性氣體保護，通過適當的氣體調節，可使電弧得到高度壓縮，從而獲得更高的電弧能量、更大的焊接熔深、更多的熔敷金屬填充量。
4.配套採用脈衝電源，焊接熱輸入量少，電弧能量集中且挺度高，接頭熱影響區和變形小，對焊接順序無特殊要求。
5.與傳統的焊條手工電弧焊工藝相比，減少了焊接層數及清根工作量。
操作原理
適用範圍
《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》適用於壓水堆核電站安全殼鋼襯裡壁板現場安裝施工，也可使用於中國三代核電站安全殼鋼襯裡壁板現場安裝施工，以及其他類似核設施的鋼內襯焊接施工。
工藝原理
《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》所開發的雙重氣體保護的鎢極氬弧脈衝自動焊設備採用中心氣和保護氣雙重氣體噴嘴，通過適當的氣體調節，使TIG電弧能夠高度壓縮，從而獲得較高的電弧能量、更大的焊接熔深、更多的熔敷金屬填充量。同時採用低頻脈衝焊技術，焊接時，通過對脈衝波形、脈衝電流和基值電流幅值、脈衝頻率和脈寬比的調節，可以精確控制焊接熱輸入，從而精確控制焊縫和焊接熱影響區的尺寸，保證焊縫質量可靠穩定優質。因此，6毫米厚鋼襯裡壁板對接焊，無需碳弧氣刨清根，正反各一道或兩道就可以滿足要求，同時焊接變形小，可靈活採用多種施焊順序。
針對鋼襯裡壁板現場安裝組對實際情況，通過組對間隙工藝試驗確定組對間隙，並採用導向板來控制組對的間隙。在壁板焊接坡口一側安裝好柔性軌道，在柔性軌道上安裝好自動焊接小車，即可以按制定的焊接工藝參數進行現場自動焊接施工。
施工工藝
- 工藝流程
《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》的施工工藝流程見圖1。
圖1 施工工藝流程
- 操作要點
《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》的操作要點如下：
一、施工前準備施工前準備工作主要如下；
1.由施工部門技術負責人組織，對相關的技術員、焊工、鉚工、電工、吊裝工進行施工前培訓和安全技術交底。
2.對自動焊設備、柔性軌道等進行檢查，確保焊接電源運轉正常、焊接小車行走自如、柔性軌道平面度偏差不超過5毫米。
3.對立縫和環縫焊接操作平台進行檢查，確保操作平台與壁板連線鋼卡槽焊腳高度不小於4毫米。
4.對自動焊用焊絲、氬氣、鎢極等材料的領用出庫進行檢查，確保相關材料按照採購標準驗收合格。
5.施工前，按照《壓水堆核島機械部分設計與建造規程》RCC-M進行焊材驗收、自動焊環縫和立縫的焊接工藝評定並符合要求。
6.施工前，按照《民用核安全設備焊工焊接操作工資格管理規定》HAF603進行自動焊環縫和立縫的焊工考試並取得相應焊接位置資格。
二、鋼襯裡壁板吊裝
CPR1000反應堆鋼襯裡沿高度等分為12層，1~5層由沿周長等分的11塊壁板組成，6~12層由沿周長等分的9塊壁板組成，每層高度3777.5毫米。
每一塊壁板在其後環向加強角鋼上左右各開了兩個吊裝孔，現場採用塔吊進行壁板吊裝，每一層鋼襯裡都留有一塊帶餘量的加長板，鋼襯裡安裝時以加長板作為最後進行安裝的一塊板為主要原則，以加長板相鄰的壁板為起點，按順時針或逆時針方向依次吊放就位，最後吊裝加長板。
在吊裝就位時通過導向板與下層壁板靠緊，和扶壁柱、眼鏡板共同將壁板固定就位好，確保壁板吊裝後不會有較大變形，見圖2。
圖2 壁板在鋼襯裡上固定示意圖
三、焊接操作平台安裝就位
焊接操作平台為採用結構用角鋼、圓鋼、花紋鋼板等加工而成的鋼構架，分為環縫和立縫焊接操作平台，見圖3和圖4，每一層由若干個相同單元組成，現場採用塔吊安裝就位，通過鋼卡槽和螺栓與壁板連線固定。安裝順序如下：
1.鋼襯裡壁板吊裝前，應先把壁板內側環縫焊接操作平台安裝好。
2.等所有一層壁板吊裝好後再把外側環縫焊接操作平台安裝好，同時，可以安裝立縫焊接操作平台。
圖3 環縫焊接操作平台
四、鋼襯裡壁板調節、組對就位鋼襯裡壁板吊裝完成後，進行壁板調節、組對，操作要點如下；
1.採用全站儀架在核島中心點上，通過測鋼襯裡半徑來檢查每一塊壁板的垂直度，採用揮鏈、千斤頂等進行調節。
2.調節垂直度的過程中，同時進行立縫和環縫的組對工作，鋼襯裡壁板組對要求較高∶坡口組對間隙0~3毫米、錯邊不超過1.5毫米。
3.採用手工TIG焊進行組對，採用導向板來控制組對間隙和錯邊。
4.先對收縮縫對面一張鋼襯裡壁板的立縫進行組對打磨點焊，該段立縫組對好後，接著組對點焊已打磨處理好的相鄰的兩條環縫，以此類推，組對其他壁板的立、環縫立、環縫組對順序見圖5。
圖5 壁板立、環縫組對、焊接順序
5.壁板坡口組對打磨好後，如果不立即施焊，需要用紙膠帶對坡口進行密封保護，可起到防鏽、防止鐵屑等進入坡口的作用。
五、柔性軌道安裝就位
採用磁鐵和面板分離的可拆卸式的柔性軌道，安裝操作要點如下：
1.以焊接坡口邊緣線為基準線，離坡口邊緣線160毫米處劃線並安裝磁鐵，磁鐵間距300毫米。
2.磁鐵安裝完，用螺母將柔性面板和磁鐵上的螺桿連線上即完成了一根柔性軌道的安裝。
3.施工中採用至少兩根柔性軌道，當焊接小車行走在一根軌道上施焊時，就可以把另一根軌道安裝在焊接方向的前方，這樣就可以保證循環施焊，兩根軌道的連線處採用專用的連線小板以確保焊接小車在連線處行走自如。
六、焊前檢查
1.“試焊”檢查：把裝有自動焊絲的焊接小車卡在柔性軌道面板上，調節好雙層氣體流量，將遙控器面板上“試焊”按鈕按下，讓焊接小車行走並進行檢查，檢查內容有：雙層氣體流量是否準確、小車焊槍頭擺動伸縮是否順暢、焊絲是否自動添加、脈衝參數是否選擇正確、焊接小車在軌道上是否行走順暢等。
2.對待焊坡口進行檢查：坡口的組對間隙和錯邊應滿足要求，坡口附近20毫米範圍的鐵鏽、油污、氧化物等進行機械打磨清理。
3.用溫濕度計檢查焊接區域環境的溫濕度，當溫濕度超出規範要求時，應進行適當的加熱除濕。
4.用風速計檢查焊接區域環境的風速，當風速過大時，應採取防風措施或停止施焊。
七、自動焊實施
將焊接電源吊至焊接操作平台上，把裝有自動焊絲的焊接小車卡在柔性軌道面板上即可以進行自動焊接工作。
1.焊接操作工藝：鋼襯裡壁板組對好後，根據自動焊工藝評定以及焊接母材材質、板厚、焊接位置等，選取設定合適的雙層氣體流量、自動焊焊接電流、電壓、焊接速度、脈衝頻率等工藝參數進行鋼襯裡壁板焊接。
2.焊接順序：由於採用鎢極氬弧脈衝自動焊焊接熱輸入量少，電弧能量集中且挺度高，接頭熱影響區和變形小，因此，從一個方向連續焊接即可。具體焊接順序要求如下：
每層鋼襯裡壁板預留一條立縫作為收縮縫，當收縮縫對面的立縫組對好後，即可以進行自動焊焊接，先焊接立縫，立縫焊接從收縮縫對面的壁板立縫開始兩邊對稱朝收縮縫方向焊接，環縫焊接同樣從收縮縫對面的壁板環縫開始兩邊對稱朝收縮縫方向焊接，立縫環縫焊接可交叉進行，兩條焊接完成的相鄰立縫間的環縫可按順序隨時進行焊接。當環縫焊接到收縮縫兩邊約1.5米處，放樣，切割收縮縫的餘量，並組對同時施焊預留環縫和收縮縫，收縮立縫採用手工焊條電弧焊工藝，立、環縫焊接順序見圖5。
3.T字口的焊接：環縫和立縫交接處稱為T字口，先焊T字口處立縫，後焊環縫。由於採用鎢極氬弧脈衝自動焊焊接熱輸入量少，電孤能量集中且挺度高，接頭熱影響區和變形小，通過對自動焊起弧時間的設定，T字口處立縫焊接可從環、立縫交叉處偏向環縫下方一定位置處起弧向上焊接。T字口處環縫的焊接按照正常的自動焊環縫焊接即可，起弧和收弧要避開T字口。環縫焊接溶池完全熔化並填滿立縫起弧長度，與立縫交叉處自然圓滑過渡。
八、焊縫清理及無損檢測
鋼襯裡壁板安裝自動焊結束後，對完工焊縫表面的氧化物、凹坑、焊瘤、咬邊、錯邊等進行適當機械打磨清理或修補，之後按照核I級焊縫無損檢驗要求進行相關的焊縫外觀檢查、真空盒密封性檢查、液體滲透檢驗和射線檢驗。
九、焊接工裝拆除、下一層壁板安裝
焊縫無損檢測合格後，即可以將焊接操作平台、導向板等焊接工裝進行拆除，同時對焊接設備、柔性軌道等進行除污上油保養，準備下一層鋼襯裡壁板的安裝。
材料設備
《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》的主要材料設備機具見表1。
材料設備機具名稱 | 規格型號 | 單位 | 數量 | 備註 |
自動焊焊絲 | ER50-3 | kg | 根據實際施工量確定數量 | |
組對用手工TIG焊絲 | ER50-3 | kg | 根據實際施工量確定數量 | |
焊接用氧氣 | 純度99.99%以上 | 瓶 | 根據實際施工量確定數量 | |
鎢極 | WC20 | 根 | 根據實際施工量確定數量 | |
自動焊電源 | INVERTER ELECON 500P | 套 | 2 | 帶焊接控制系統 |
自動焊專用焊接小車 | HS-TIG-BUG-II | 套 | 2 | 帶雙氣流噴嘴焊槍 |
直流焊機（可焊接氬弧） | WS-400E | 台 | 3 | 手工TIG焊坡口組對用 |
柔性軌道 | 6毫米厚鍍鋅薄鋼帶 | 根 | 50 | 與焊接小車配套 |
焊條烘乾箱 | YCH-200型 | 台 | 1 | ∕ |
電動磨光機 | GWS 8-125C | 台 | 10 | ∕ |
全站儀 | TCR402 | 台 | 1 | ∕ |
水平儀 | NA728 | 台 | 1 | ∕ |
天頂儀 | ZL | 台 | 1 | ∕ |
其他常用工機具 | ∕ | ∕ | 若干 | ∕ |
參考資料：
質量控制
《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》的質量控制要求如下：
1.質量控制執行標準
《壓水堆核島機械設備設計與建造規程》RCC-M
《民用核安全設備焊工焊接操作工資格管理規定》HAF603
《氣體保護電孤焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》GB/T 8110
《建築鋼結構焊接技術規程》JGJ 81
《安全殼防泄襯裡和空氣閘門建造焊接技術規格書》BTS-3.11
《安全殼防泄襯裡和空氣閘門建造檢驗技術規格書》BTS-3.12
《安全殼防泄襯裡和空氣閘門建造無損檢驗技術規格書》BTS-3.15
鋼襯裡安裝相關設計圖紙
2.施工前，應使用鋼直尺和塞尺對柔性軌道面板的平面度進行檢查，平面度偏差不超過5毫米。
3.施工前，應按照《氣體保護電弧焊用碳鋼，低合金鋼焊絲》GB/T 8110和RCC-M要求進行自動焊焊材驗收和焊接工藝評定。
4.施工前，應按照《民用核安全設備焊工焊接操作工資格管理規定》HAF603進行自動焊焊工考試並取得相應焊接位置資格。
5.施工前對所有參加施工人員進行安全技術交底，使施工人員熟悉和掌握圖紙要求及各種安全注意事項。
6.施工過程中，施焊區域溫濕度按照RCC-M規定執行：區域環境溫度≥-10℃、施焊構件溫度≥5℃、區域環境濕度≤90%，當不滿足要求時，需採取加熱除濕措施。
7.施工過程中，施焊區域風速按照JGJ 81規定執行：風速≤2米/秒，當風速超標時，需採取防風措施或停止施焊。
8.施工過程中，應嚴格按照設計要求及相關現場作業程式要求來完成每一道工序，整個施焊過程由專業焊接技術員和焊接班長全過程跟蹤檢查。對於局部幾何尺寸，焊接過程中由焊接技術員隨時進行檢查；對於整體外形尺寸，焊接過程中一旦發現有較大變形，即刻通知測量人員進行檢測並校正。
9.鋼襯裡整體外形尺寸檢查。
1）在水平面檢查，檢查標準為《安全殼防泄襯裡和空氣閘門建造檢驗技術規格書》BTS-3.12，對每個環段，檢查緊接上部水平加勁肋處的半徑及導圓上各點位置，內半徑公差：±50毫米。
2）在垂直面標高檢查，檢查標準為《安全殼防泄襯裡和空氣閘門建造檢驗技術規格書》BTS-3.12，公差：±3毫米。
10.鋼襯裡局部幾何尺寸檢查：
1）用1米的量規檢查母線和理論水平弧線，檢查標準為《安全殼防泄襯裡和空氣閘門建造檢驗技術規格書》BTS-3.12，這兩項檢查的公差：20毫米/1米。
2）使用300毫米量規沿著理論弧線，檢查焊縫交叉處（T字口），檢查標準為《安全殼防泄襯裡和空氣閘門建造檢驗技術規格書》BTS-3.12，公差為：±5毫米。
3）使用塞尺和鋼直尺檢查坡口間隙和錯邊，檢查標準為設計圖紙和RCC-M，坡口間隙要求0～3毫米、錯邊≤1.5毫米。
4）鋼襯裡壁板環、立焊縫無損檢驗，驗收標準為《安全殼防泄襯裡和空氣閘門建造無損檢驗技術規格書》BTS-3.15：外觀檢查100%、真空盒密封性檢查100%、液體滲透檢驗100%、射線檢驗2%（T字口焊縫100%）。
安全措施
採用《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1.施工安全執行標準主要有：《建築施工高處作業安全技術規範》JGJ80、《建築施工機械安全使用規程》JGJ33、《建築施工安全檢查標準》JGJ59。
2.施工人員進入施工現場必須戴好安全帽，必須使用符合規定標準的勞動防護用品。焊工必須持證上崗，無證人員不得進行焊接作業。施工現場所使用的材料、機具等應合理放置。
3.焊接作業之前必須了解現場周圍環境，必須對焊接作業區域進行隔離圍護，無關人員不得進入，以免影響焊接作業或造成人員傷害。打磨作業時，作業人員必須佩戴防護眼鏡，做好個人防護。
4.施焊場地清除易燃易爆物品，並應對周圍的易燃易爆物品進行覆蓋、隔離。動火作業應在施工前辦理動火證，設專職動火監護人、消防器材和防火設施。固定點滅火器配置齊備性能良好且在有效範圍內。
5.各類氣瓶應有明顯色標和防震圈。氧氣瓶及其附屬配件應嚴防沾染油脂。乙炔瓶、氧氣瓶均應安裝有防止回火的安全閥。工作之前檢查管路是否通暢或有破損，若有安全隱患必須立即向工長或班長報告以便及時修補或更換。
6.乙炔氣瓶和氧氣瓶距離在使用時應大於5米，臨時存放時須大於10米，而且離動火點應保持10米以上的距離，搬運氧氣、乙炔氣瓶時應避免碰撞和劇烈振動，存放與使用時必須保持立放。
7.焊接氬氣瓶里焊接設備應保持在2米以上的距離。
8.吊裝機械及吊裝時，駕駛、指揮人員必須持有效證件上崗。吊索、繩扣配備使用應規範合理，嚴格掌握報廢標準。各類安全裝置的防護罩、蓋應齊全可靠。使用的吊具應認真檢查，嚴禁吊裝設備帶病運行，吊裝器具完好。
9.各類施工操作平台、掛架必須有防墜落等安全保障措施。相鄰焊接走道板之間的縫隙須加以覆蓋，平台護欄用鋼絲網綁紮牢固並經常檢查是否有破損。
10.施工人員必須系安全帶，安全帶掛鈎在施工過程中一定掛在牢固物體上，且高掛低用。作業人員配備工具袋，手持工具須綁上繩子，以免掉落。嚴禁高空投擲東西。
11.做好洞口臨邊防護。
12.操作前應檢查所有電動工具是否運作正常，線路是否有破損，電焊機接地是否良好。為防止觸電必須遵守有關電氣安全規程。
13.做好自動焊機的安全防護工作，自動焊機吊籠和焊接氣瓶放置距離至少2米以上，焊接立縫時焊接小車頭必須牢掛在安全繩上。小車軌道要每天定期檢查，螺絲要經常緊固。
14.氬弧焊焊接會產生強烈的紫外線和臭氧等有害氣體，焊工在防風棚內焊接時需將衣服領口、袖口紮緊，儘量不要穿戴棉布衣服，以防出現皮膚過敏。
15.焊接操作工連續焊接超過約2個小時後需到通風處休息5-10分鐘再繼續施焊，整個焊接過程焊工需配備一名負責應急工作的監護人。
環保措施
《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》的環保措施如下：
1.在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章，加強對施工材料、設備、施工垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有防火及廢棄物處理的規章制度，隨時接受相關單位的監督檢査。
2.焊絲盤或焊絲頭應隨當天未用完的焊絲一起回收，並進行數量核對，確保二者相符，並把焊絲盤或焊絲頭放到指定地點。
3.殘留氣體、冷卻水應及時收集處理，不得隨意排放。
4.做好現場施工垃圾的管理工作，要及時清理、定點存放，做到工完場清。
效益分析
《核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊施工工法》的效益分析是：
1.經過初步測算，鎢極氬弧脈衝自動焊工藝在鋼襯裡壁板安裝全面套用後，具有一定的經濟效益。截至2009年，中國國核心電站鋼襯裡壁板安裝採用的是手工焊條電弧焊工藝，因此，從人工費、機械使用費、焊接耗材、管理費用4個方面進行手工焊條電弧焊（手工焊）和鎢極氬弧脈衝自動焊（自動焊）的成本對比，以單個反應堆鋼襯裡壁板安裝周期為一年計算，具體情況見表2。
序號 | 項目 | 手工焊 | 自動焊 | 相比差額（手工焊-自動焊）/堆 | 說明 |
一 | 人工費 | 一層筒壁板手工焊需要11個（考慮休假）高技能焊工及8個輔助工 | 3台自動焊機需要6個（考慮休假）焊接操作工+8個輔助工 | 30萬 | 採用自動焊可節約5個工人，按照人工成本核算一年節約5x6萬=30萬 |
二 | 機械使用費 | 按施工一層筒壁板使用10台焊機，台班費用180元/台班，其機械費用為63萬元/堆 | 採用自動焊工藝使用3台設備，年使用費用為20萬元/台·堆，總計費用60萬元/堆 | 3萬 | ∕ |
三 | 管理費用 | 焊工的培訓費用5萬元/人、由於人員的流動要求配置更多的補充人員，且人員培訓期限較長，並需在工作過程中對技能有很好的提高。一個標準堆管理費用預計為11x5=55萬元 | 採用自動焊工藝使用3台設備，操作人暫按6人配置，人員的素質要求包括實際操作以及對產品技術掌術的過程，需要進行半年的實際操作過程。年度費用預計為4萬元/人x6=24萬元，另需配置一名專業工程師費用預計11萬元 | 20萬 | 採用自動焊可節約工人的培訓費用，並能保證施工質量 |
四 | 合計 | ∕ | 53萬/堆 | 採用自動焊，可節約直接成本約53萬/反應堆 | |
2.與傳統手工焊條電弧焊相比，安裝一層壁板可縮短工期3~5天，1座核電站的鋼襯裡壁板安裝時間可縮短約兩個月，建造周期壓縮帶來的間接經濟效益至少在千萬以上。
自動焊的套用為鋼襯裡壁板安裝的作業化、機械化、模組化打下了堅實基礎，為核電站建造周期的壓縮提供了有力的技術支持。
總之，採用鎢極氬弧脈衝自動焊工藝不僅可以節約適當的項目成本，更重要的是可以提高施工質量、縮短施工工期。
3.核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊的套用，有利於在消化吸收中國國內外先進核電焊接經驗的基礎上，實現中國核電焊接技術的創新性和創造性，形成中國國產化核電站自主化建造自動焊焊接技術，並套用於中國未來核電站的建造，為核電建設的工期不斷壓縮提供施工技術上的支持。有利於推動中國核電建造自動化技術的發展，有利於緩解核電大發展對高技能焊工的大量需求瓶頸。
總之，核電站鋼襯裡壁板安裝自動焊的套用具有良好的社會效益。
註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算
