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大型压水堆钢制安全壳顶封头现场组装工艺

文档作者：赵旭，李会永文档来源：山东核电设备制造有限公司		点击数：	更新时间： 2022年12月11日
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大型压水堆钢制安全壳顶封头现场组装工艺
赵旭，李会永
(山东核电设备制造有限公司，山东海阳265118)
摘要：通过对某大型压水堆核电厂钢制安全壳顶封头特点及工程难点的分析，利用合适的现场组
装工艺能够使钢制安全壳顶封头的组装质量得到良好的控制，满足了钢制安全壳的设计功能。
关键词：核电厂；钢制安全壳；顶封头；现场组装；质量控制
中图分类号：TH16；TM623．91 文献标识码：B 文章编号：1001—4837(2013)03—0067—04
doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2013．03．012
Field Assembling Process of Steel Containment Vessel Top Head
in a Large Pressure W ater Reactor
ZHAO Xu，LI Hui—yong
(Shandong Nuclear Power Equipment Manufacturing Co．，Ltd．，Haiyang 265118，China)
Abstract：Through analysis of the characteristics of a PWR steel containment vessel top head and the difficulty
of this project，good quality control of the steel containment vessel top head was realized by using
suitable field assembling process，and satisfied the design requirement of steel containment vesse1．
Key words：nuclear plant；steel containment vessel；top head；field assembling；quality control
0 引言
安全壳是现代核电厂纵深防御原则的最后一
道安全屏障，放射性物质最终控制在安全壳压力
边界以内⋯。本工程钢制安全壳是采用非能动
安全理念设计的大型压水堆的重要设备之一，同
时也是非能动安全壳冷却系统的重要组成部
分 J。而钢制安全壳顶封头拼装后的最终整体
成型直接影响到非能动冷却系统的功能，因此，如
何保证钢制安全壳顶封头拼装后的最终成型是整
个顶封头组装的重点。
1 工程概况
封头，椭圆方程为：
+上：1
19812 1 1468
CV顶封头设计内径39．624 m，高11．468 m，
由64片厚度为41．3 mm的钢板压制成封头瓣片
组成，由外向内各圈钢板数量分别为32，24，6和
2，钢板材质为SA738Gr．B，结构形式见图1。CV
顶封头在组装场地组装完成后将其吊装至CV简
体上部与简体焊接成整体，最终形成一个完整的
安全壳容器。CV顶封头属于核2级设备，其制造
及组装按照ASME核电规范与标准第Ⅲ卷NE分
卷执行 J。
2 顶封头组装
钢制安全壳(以下简称CV)顶封头是椭球形 2．1 拼装条件
· 67·
大型压水堆钢制安全壳顶封头现场组装工艺 Vo130．N03 2013
图1 CV顶封头结构示意
二圈板(3r1
第一圈板(2r)
顶封头现场拼装需具备两个条件，首先由工
厂预制完成的达到设计要求的封头瓣片，其次是
建立顶封头拼装所需的支撑钢结构。支撑钢结构
是保证顶封头拼装质量的必要条件，在顶封头拼
装过程中，通过调整支撑钢结构的调节支撑块位
置来调整封头瓣片的位置，以满足封头的设计条
件 。
2．2 拼装准备
CV顶封头拼装过程中需对封头成型进行实
时测量，因此在顶封头拼装前，首先在拼装场地建
立测控网并测量及确定顶封头中心点位置，之后
以封头拼装支撑钢结构为基准在地面放出 及O／
+180。方向线(O／作为封头瓣片起始板基准线)。
根据设计图纸对支撑钢结构的调节支撑块进行测
量并预调，封头拼装前还需对支撑钢结构最外侧
支撑面进行水平度测量并调整，以满足封头下口
拼装的水平度要求。
CV顶封头拼装前需确定顶封头下口半径尺
寸，目的是满足顶封头下口与CV筒体组对时环
缝组对错变量的设计要求_6 J。由于封头瓣片在
焊接时存在环向的焊接收缩，因此需适当放大顶
封头拼装时的下口半径(半径尺寸参考CV简体
上口实际周长及设计半径)。
设计要求CV顶封头最终拼装后的整体形状
尺寸偏差控制在1倍板厚数值内(±41．3 mm)，
由于封头瓣片及封头在现场拼装过程中均会产生
· 68 ．
形状偏差，为最大限度地给现场拼装预留形状偏
移的空问，工厂生产封头瓣片时将瓣片的形状尺
寸进行了更加严格的控制。封头瓣片通过模压
后，利用专用的测量机器人对其曲率进行高精度
测量，测量中以高密集度测点的方式反映实际点
与理论设计值的偏差。在测量点出现局部超差
时，通过大型点压设备对封头瓣片进行局部点压
以达到预制阶段的形状偏差值。
2．3 顶封头第一圈拼装
CV顶封头现场拼装采用2个相互独立的方
向进行拼装，取第一圈封头瓣片两块板分别作为
2个方向的起始板，封头瓣片在吊装前标记出中
心线。起始板吊装至支撑钢结构后使两块封头瓣
片的中心线分别与地面的Ot及 +180。方向线对
齐，此时需调整封头瓣片底部水平度及满足拼装
要求的下口半径。
起始板调整完成后对起始板的形状进行测
量，根据设计图相应的设计标高、半径测量封头瓣
片对应的测量点。设计要求封头拼装后的形状公
差为±41．3 mm，如测量点数据不符合设计要求，
则需对第一圈板下部支撑钢结构的调节支撑块进
行微调直至测量点数据满足设计要求。为便于剩
余的第一圈顶封头板拼装，可根据起始板调整后
的实际支撑块位置调节剩余第一圈板下部支撑钢
结构的调节支撑块。
从起始板一侧开始进行剩余封头板的拼装，2
个起始点的拼装应以相同的顺序(顺时针或逆时
针)进行拼装，拼装示意如图2所示。每块封头
瓣片吊装就位后，使用卡具在封头板外表面进行
固定并调整两封头瓣片的组对错边量及间隙，设
计要求封头瓣片纵缝错边量≤3．2 mm、组对间隙
≤5 mm，卡具如图3所示。
图2 拼装示意
第30卷第3期 压 力 容 器 总第244期
图3 卡具示意
第一圈封头瓣片(除2张调整板)在组对完
成后进行封头瓣片的定位焊接，完成定位焊接后
需对封头瓣片形状进行复测，满足要求后可进行
纵缝的焊接，纵缝的焊接需在瓣片上口处预留
300～500 mm，以便后续环缝的调整。当纵向焊
缝基本不再产生环向收缩时(根据现场实际工程
情况，此时纵缝焊接量约完成80％)，可以对预留
板缺口尺寸测量以确定调整板尺寸。调整板的尺
寸根据钢安全壳简体上口周长与顶封头下口周长
之差进行确定，之后分别对2张调整板进行测量
划线并加工两端纵缝坡口(调整板的组对及焊接
方法与其他封头瓣片相同) J。
2．4 顶封头第二圈拼装
当第一圈板纵缝焊接至不再产生收缩时开展
第二圈封头瓣片的拼装，对第二圈起始板测量形
状合格后按照第一圈封头瓣片的拼装方式进行其
余瓣片的拼装，每块瓣片吊装后在外表面使用卡
具将第二圈板下口与第一圈板上口进行固定。在
顶封头第二圈板纵向焊缝基本不再产生环向收缩
时(纵缝焊接量约完成80％)开展第二圈预留板
缺口尺寸测量，第二圈调整板尺寸根据第一圈板
上口周长确定，之后对其划线并加工坡口。
当第一圈与第二圈环缝相邻的纵缝焊接至
80％时进行环缝的组对间隙与错边量调整，环缝
调整好后需将第一圈板纵缝焊接时的预留段进行
焊接，完成预留段焊接之后则进行环缝整体的焊
接工作。
2．5 顶封头第三及第四圈拼装
顶封头第三圈与第四圈分别预留1张调整
板，预留的调整板缺口尺寸测量及调整板尺寸确
定均为在各圈纵缝焊接不再产生收缩后进行，第
三、四圈板与第一、二圈板拼装方法相同。
2．6 焊接
CV顶封头采用手工电弧焊进行焊接，各焊缝
位置焊接前需利用电加热片或火焰进行焊前预
热。CV顶封头的焊接均以对称焊接方式为基础，
在纵缝数量较多的第一圈及第二圈钢板焊接时至
少同时进行4条焊缝的焊接。
纵焊缝焊接首先进行定位焊，第一、二圈板纵
缝定位焊在外侧，定位焊长100～200 mm，间距
300～400 mm。定位焊完成后从内侧进行打底
焊，打底和填充焊接2—4层后进行背面清根，清
根后进行目视及液体渗透检测，检i贝0合格后进行
外侧焊接。焊接2～4层后进行剩余层的填充和
盖面。第三、四圈定位焊在内侧进行，打底焊在外
侧，其余焊接方法与第一、二圈相同。
各圈环缝的定位焊在内侧进行，定位焊完成
后在外侧进行打底和填充焊接，填充3—4层后进
行清根，之后进行目视及液体渗透检测，检测合格
后返到内侧进行焊接，在焊接3—4层后进行剩余
层的填充和盖面。
根据设计规范要求，CV顶封头钢板厚度未达
到规范中所要求进行焊后热处理的厚度，因此各
焊缝焊接完成后不需再进行焊后热处理，同时焊
接完成后的焊缝在满足相应目视检测要求前提下
不需进行打磨平齐。
2．7 无损检测
CV顶封头主体焊缝均属于对接焊缝，对接焊
缝进行清根后对焊缝进行液体渗透检测与目视检
查，焊缝完成填充及盖面焊接后需进行表面的液
体渗透与目视检查，检查合格后按照设计规范进
行焊缝的最终射线检测以验证焊缝的焊接质量。
当液体渗透检测、目视检查以及射线检测发现焊
缝表面或焊缝中有不可接受的缺陷时，需对此部
分焊缝缺陷进行挖除并进行焊接返修，返修完成
后仍需进行液体渗透、目视检查以及射线检测，直
至焊缝质量满足要求。
3 工程难点及质量控制方法
CV顶封头现场组装的重点是满足设计要求
的成型，即控制封头瓣片在组装焊接中的变形。
现场封头组装变形余量需根据工厂预制的形状公
差值确定，由于CV顶封头的结构尺寸大、钢板
· 69·
大型压水堆钢制安全壳顶封头现场组装工艺 Vo130．N03 2013
厚，导致各层瓣片在焊接中的变形难于控制，因此
现场组装需采取有效的方法保证顶封头的组装质
量。
3．1 预留调整板
CV顶封头各圈焊缝在现场组装焊接时产生
焊接收缩，为防止焊接收缩引起的环向尺寸超差
导致其余瓣片无法拼装，顶封头瓣片在工厂预制
时第一、二圈板各留2张调整板，第三、圈各留1
张调整板。调整板在预制时两纵边各留100 mm
调整余量(除第五圈板外)，其余尺寸均与普通板
相同。根据现场实际工程情况，当焊缝焊接完成
总量约80％时基本不再产生焊接收缩。因此，控
制顶封头板焊接产生的焊接收缩方法即为利用特
殊尺寸的钢板加以尺寸的补偿，同时在拼装前适
当的放大拼装半径，使得组焊后的尺寸满足现场
与设计尺寸。
3．2 分段与对称焊接
为了最大程度地减小CV顶封头现场组装焊
接过程中封头瓣片的变形，现场采用焊缝分段焊
接的方法，每条焊缝根据现场实际长度进行分段。
纵缝焊接时采用分段退步焊的方式，环缝采用分
段同向方法。不同工位焊接顺序依据现场实际情
况跳跃性焊接，尽可能减小焊接应力集中的问题。
每条焊缝焊接时采取均匀对称施焊的方法，焊接
尽可能保持层道同步。2T及3T板纵缝至少安排
4名焊工同时进行焊接；4T板纵缝同时焊接2条
纵缝保持均匀对称施焊；5 T板纵缝焊接时2名焊
工同时相背焊接。各环缝焊接前将环缝位置划分
不同工位，2T及3 环缝焊接时至少安排4名焊
工按相对方向工位进行对称焊接；4T及5T至少
安排2名焊工以相对工位进行对称焊接。采用分
段焊接的目的是最大限度的减小焊接时的应力集
中，同时加以对称焊接的方式，尽可能保证在同一
范围内变化。
3．3 实时测量
CV顶封头在组装焊接过程中的形状变化是
无规律的随机变形，为确保最终的封头成型满足
设计要求，必须明确组装焊接中各环节的变化，因
此现场采用实时测量的方式对顶封头组装进行监
控。顶封头组装过程中分别对封头瓣片吊装后、
定位焊前、定位焊后、焊缝盖面后进行测量，组装
过程中如部分区域形状偏离设计要求，需及时利
用工装、卡具或调整支撑对封头瓣片予以校
· 70 ．
正 。在焊接过程中如果监测到部分区域形状
以及焊缝棱角度偏差过大，则对相应部位增加工
装卡具来约束顶封头的变形，同时对焊缝的焊接
顺序进行适当调整来控制顶封头焊接产生的变
形。
4 工艺改进与结论
目前现场CV顶封头组装工艺决定了前2圈
封头瓣片分别预留2张调整板，由于现场加工设
备、加工环境的制约，现场坡口加工比在工厂预制
困难。结合现场实际工程情况，目前调整板所预
留补偿余量远大于焊接收缩量。因此在满足调整
板功能的前提下，可适当调整封头瓣片拼装方法，
选择1张起始板后从起始板两端开始分别进行其
余瓣片的吊装、拼装工作，最终形成1张调整板。
后续工程中可分别将第一、二圈调整板由原来的
2张减少至l张，从而减少现场工作量。
CV顶封头焊接采用了手工电弧焊的方法，因
顶封头组装的高精度要求，对焊工的资质、焊接水
平、自身素质等有较高的要求。后续工程项目中
可采用适用于CV顶封头的自动焊接方法 J，采
用自动焊接方法能够缩短工期，在减少人力投入
前提下降低成本，更重要的是可降低顶封头组装
的精度控制难度从而更易于质量控制。
通过文中所述现场组装方法，钢制安全壳顶
封头组装后满足设计要求的形状偏差以及与筒体
安装的要求，顶封头组装质量得到良好控制，满足
了该压水堆钢制安全壳非能动冷却系统的设计功
能。
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(下转第80页)
CPVT 压水堆一回路耐蚀层SMAW焊接工艺评定及技术实践分析 Vo130．No3 2013
修或更换次数，延长承压设备的服役寿命。
(2)根据ASME B&amp;amp;PV Section IX中有关耐蚀
堆焊层焊接工艺要求，对影响焊条电弧焊SMAW
的耐蚀层堆焊工艺评定的重要变素进行了分析，
堆焊层厚度、金属基体材质类别及厚度范围、焊条
类别、焊接位置、焊接预热、焊接层间温度、焊后热
处理、电极特性、电流大小及堆焊层数等，均对焊
接工艺有显著影响。在实际堆焊过程中，应严格
根据已评定的焊剂工艺参数进行施工，以确保高
的焊接质量。
(3)根据ASME B&amp;amp;PV Section lI，1I和V， 从
化学成分、铁素体含量、力学性能、焊接工艺及检
测等方面，对压水堆一回路中的SMAW耐蚀层焊
接技术实践进行了探讨，为核电压水堆承压设备
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收稿日期：2012—12—12 修稿日期：2013—01—21
作者简介：郑东宏(1978一)，男，工程师，主要从事核电站
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阳市海阳核电厂海阳SPMO施工部，E—mail：zhengdh@
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收稿日期：2012—12—04 修稿日期：2013一叭一23
作者简介：伍伟(1981一)，男，工程师，主要从事压力容器
及锅炉专业管理工作，通信地址：448000湖北省荆门市炼
厂路1号中石化荆门分公司机动工程处，E—mail：WUW．
jmsh@sinopee．com。
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收稿日期：2013—01—18 修稿日期：2013—02—28
作者简介：赵旭(1986一)，男，助理工程师，主要从事核电
站核设备研发制造及技术管理工作，通信地址：265118山
东省海阳市临港产业区山东核电设备制造有限公司，E—
mail：121544235@ qq．com。

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