AP1000核电主管道模型-三门核电站1号机组主回路系统焊接完成
覃明保
[摘 要]AP1000核电主管道是由超低碳控氮不锈钢整体锻造而成，其创新的设计理念，对主管道安装提出了更高的要求。现场数控坡口加工已成为管道安装施工中的重要环节，设备本体安装偏差、管道制造偏差等影响质量的不利因素，均可通过现场坡口加工来弥补和消除，它必将随着核电建设事业的不断发展而发挥越来越大的作用。本文主要对AP1000核电主管道坡口加工工艺要点进行了阐述和分析，为后续AP1000 堆型核电站建造施工中的类似工作和相关施工提供技术借鉴和参考。
[关键词]AP1000核电 主管道 坡口加工
中图分类号：TL35 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）15-0273-01
1.概述
AP1000核电主管道采用的整体锻造技术，所有管段两端均留有余量，需要在施工现场完成坡口加工工作，且要先于蒸汽发生器吊入核岛内，并在主管道与压力容器焊接完成（或焊接至50%厚度）后，通过蒸汽发生器的位置调整器来完成与主管道的组对、安装，新的施工工艺开发对核电主设备安装工艺的实施及推广具有重要意义。
AP1000核电主管道由两个环路组成，每个环路包含一根热段和两根冷段（如图1所示），共计六根管段。主管道热段规格为φ952.5*82.55mm、重约10.0t，冷段规格为φ688.85*65.0mm、重量约为7.0t，每根管段的安装过程可分为三个部分，分别是主管道坡口加工、主管道组对以及主管道焊接。坡口加工作为主管道安装工作的重要前提，其加工质量直接影响着后续施工质量。
2.坡口加工工艺研究
1）激光测量技术完成主设备和主管道现场测量、3D建模，精确计算出主管道焊接收缩变形、两端切割长度余量、加工角度、偏心量等，实时监控焊接变形指导焊接工序调整、指导数控坡口加工机对主管道坡口进行现场调整和加工，安装精度不大于0.1mm；
2）数控坡口加工技术采用数控编程控制，可根据不同的坡口参数，编制相应类型的坡口程序，并可进行模拟加工，确保坡口加工万无一失，满足设计要求。
3）现场数控坡口加工技术，采用便携式加工设备，拆装便捷，性能稳定，加工精度高（不低于0.1mm），根据主管道到货状态，能满足直管、弯管管段坡口加工，并可进行现场管道斜面和偏心坡口精确加工。
2.1 坡口加工时机
AP1000的主管道安装施工工序为：反应堆压力容器就位→激光采集反应堆压力容器6个管嘴数据→激光采集6根主管道数据→激光采集2台蒸汽发生器/主泵泵壳的管嘴数据→建立反应堆压力容器、主管道和蒸汽发生器的3D模型→计算反应堆压力容器侧主管道切断量和坡口加工量→主管道引入与反应堆压力容器组对焊接完成（或焊接至50%厚度）→再次采集蒸汽发生器侧的6根主管道数据复合模型→蒸汽发生器侧的6根主管道坡口加工→蒸汽发生器引入与主管道组对焊接→主管道焊接全部完成。
主管道的坡口加工必须分两个阶段进行，第一阶段是主管道的压力容器侧坡口加工，需在压力容器安装完成后，主管道调入核岛前，在核岛外的车间内完成；第二阶段是主管道的蒸汽发生器侧坡口加工，需在主管道与反应堆压力容器焊接完成完成（或焊接至50%厚度）时，且在蒸汽发生器（含主泵泵壳）吊装就位前，在核岛内完成。
2.2 坡口加工程序
根据主管道的安装特点及到货状态，主管道坡口采用了窄间隙单面焊U形坡口、窄间隙双面焊U形坡口两种类型。冷段均采用窄间隙单面焊U形坡口形式；热段压力容器（RV）侧采用窄间隙单面焊U形坡口形式，而蒸汽发生器侧采用的是窄间隙双面焊U形坡口。根据主管道不同类型的坡口形式，需要编制相应的坡口加工程序命令，通过数控坡口加工设备完成坡口加工工作。
2.3 坡口加工设备
现场主管道坡口加工工序按照先粗后精的原则进行，依次是粗切断、端面切削、内镗切削、钝边切削。
主管道的粗切断现场采用了外径坡口机，以单次进给0.12mm完成对管段的切割工作。为了达到主管道高精度的尺寸要求，同时需适应主管道直管、弯管段坡口加工，现场采用了数控坡口机。该设备以其具有5个调整自由度，可同时满足主管道端面切削、内镗切削、钝边切削的加工调整需要。特别是内镗切削过程，需要对坡口机进行多次调整才能满足技术要求。
在AP1000核电中，对主管道及其相接的設备进行准确的建模，是主管道成功安装的重要前提。现场采用激光跟踪仪对主管道、蒸汽发生器及其垂直支撑、压力容器进行数据采集，然后利用相应软件进行3D建模、拟合并计算出主管道的各管段切割量、切割角度。
3.坡口加工过程控制
3.1 粗切断
利用外径坡口机对主管道进行粗切断处理，刀具安装位置应保证切削后距离最终切割线不低于5mm。粗切断管段后，用磨光机打磨管端面毛刺等杂质，砂轮片必须是不锈钢专用的。粗切断完毕后，需对管道表面残留的冷却液及碎屑进行清理，保证管段清洁。
3.2 坡口机安装与调试
坡口机底座安装：初步安装坡口机底盘支撑上的4个主要支腿及4个辅助支腿，利用支腿内置螺栓调节并固定卡盘支撑。
3.3 端面切削
管道粗切断完成后，用数控坡口机坡口机对主管道管端面进行精加工，使其到达要求的位置。当加工至最终切割线距离约1mm处，控制每刀的进刀量，最终完成端面切削。端面切削应当控制每次的进刀量不能超过0.25mm，且加工的最终表面应没有不当操作引起的变色，若有，需用角向磨光机打磨清除。
端面切削过程中，应使用激光跟踪仪对坡口端面及坡口机位置进行监测，保证加工端面与激光建模拟合端面相一致。由于主管道本体的不规则，实际加工中，激光建模拟合端面与加工前FFL线有差异时，以实际激光建模拟合端面为准。
3.4 内镗切削
主管道内镗切削是坡口加工的关键步骤，该工序的设计不仅满足了主管道安装中组对内错边量不超过0.8mm的技术要求，同时也对一回路的安全起着重要的作用。
3.5 钝边切削
安装外径切削刀架，利用激光跟踪仪配合调整坡口机立柱的轴线角度和安装位置，并使用百分表对安装位置进行验证使其与测量建模数据斜面位置相一致。
测量管壁的实际尺寸，并按照钝边理论厚度要求在管端面0°、90°、180°、270°分别作上标记；调出坡口外径切割程序，按照测量实际值，调整程序；程序模拟，查看走刀轨迹，检查完毕后，按要求完成钝边切削。当加工至距离钝边标记约1mm时，对钝边厚度进行复测，并控制每到进刀厚度不超过0.25mm，并使用游标卡尺检查钝边的厚度，以便确定下一刀的进刀量，以保证加工过程受控，确保产品合格。
4.结论
AP1000核电主管道坡口加工采用激光跟踪测量以及3D建模技术，利用现场数控坡口技术，成功实现了管段的余量切断，坡口加工，克服主管道施工难题。针对主管道制造偏差（内外径不同心、圆周壁厚不均匀以及内壁不规则的凹坑等）的问题，通过理论计算（安装预案）、模拟试验（斜面加工、偏心加工及内镗孔试验），以及现场加工验证，得到了良好的效果，保证了主管道坡口加工的质量，也为主管道成功安装奠定了坚实基础。
参考文献
[1] 《第三代核电技术AP1000》.中国电力出版社.王炳华.
[2] 《非能动安全先进核电厂AP1000》.原子能出版社.林诚格.
