AP1000余热排出换热器支承框架W形钢和方形钢的制造

蔡振芳，赵金民，赵 鹏，王 烨

（上海东海压力容器制造有限公司，上海 201209）

AP1000余热排出换热器支承框架W形钢和方形钢的制造

蔡振芳，赵金民，赵 鹏，王 烨

（上海东海压力容器制造有限公司，上海 201209）

为了确保我国核电厂的安全运行，在AP1000核装置中设置了非能动余热排出装置，该装置需增加1台换热器及核一级使用的不锈钢W形钢和方形钢支承框架。目前W形钢和方形钢的制造工艺取得了成功。经试验、试制，其形状、尺寸、公差以及各项理化性能试验数据都达到了设计要求，可作为核一级支承件，现已成功应用于核电项目中。

W形钢；方形钢；制造

日本福岛核电站事故后，美国西屋公司在AP1000核装置中设置了非能动余热排出装置。其结构设置需增加1台换热器及支承框架，并将其置于安全壳内置换料水箱中。在成功制造了W形钢和方形钢后，AP1000非能动余热排出换热器（PRHR HX）支承框架的制作问题得以解决，从而提高了AP1000非能动余热排出换热器的安全性。

根据AP1000设计要求，W形钢和方形钢应由钢锭通过模具拉伸挤出成型，但我国至今尚无型材供应。改用板材经模压后焊接成W形钢和方形钢，现已成功应用于三门核电和海阳核电项目。

1 结构描述和制造技术要求

按图纸要求，支撑框架由长短不一的W形钢和方形钢焊接而成，其外形尺寸为7 184.1 mm×4 318 mm×1 824.7 mm，材料为ASME A304，W形钢和方形钢属核一级部件，技术要求很高（见图1）。

图1 支承框架结构示意简图Fig.1 Suspport frame constraction

1.1 几何尺寸形状要求

（1）W形钢

1）制成后的W形钢应进行直线度检查，保证全长范围及每米的直线度和平面度满足图纸要求（见图2）。

2）W形钢的直线度要求如下：

①长度为0～3 m时，全长范围内的直线度不大于2 mm，任意每米范围内直线度不大于1 mm；

图2 焊接示意图（a、b、c、d为焊枪）Fig.2 The welding process

②长度为3～5 m时，全长范围内的直线度不大于2 mm，任意每米范围内直线度不大于1 mm；

③长度为5 m以上时，全长范围内的直线度不大于3 mm，任意每米范围内直线不大于1 mm。

W形钢任意每米的扭度不大于1 mm，全长范围内扭度不大于5 mm；W形钢加工成型后的尺寸应符合图示尺寸。

（2）方形钢

1）对制成后的方形钢应进行直线度检查，保证全长范围及每米的直线度和平面度满足规程要求。

2）方形钢全长范围内的直线度要求如下：全长范围内弯曲度不大于2 mm；任意每米内弯曲度不得大于1 mm；方形钢任意每米的扭度不大于1 mm，全长范围内扭度不大于3 mm。

3）方形钢加工成型后的尺寸应符合图示尺寸。

1.2 理化性能指标

除了对制成构件、形状、尺寸及形位公差的要求外，由于采用压制成型及焊接工艺，其金属经历了一次冷作和再熔炼过程。因此成型后需要对型材进行理化性能试验，以测定金属组织及理化性能是否满足设计要求。

2 制造工艺方案、工艺流程及试验、验收方法的设定

由于需要制作的W形钢和方形钢属于核一级部件，在制造工艺方案、工艺流程以及详细的理化试验、验收方法作了深入研究，并通过试验、试制取得成功，再投入产品制造。

2.1 原材料的生产

为了保证焊接成型后构件的理化性能达到规定的设计要求，板材和焊材的理化性能必须符合ASME规范的相关规定。

（1）板材

关于板材，制造公司与钢厂直接签订熔炼验收合同，详细规定了执行的标准、验收指标、方法和技术规范，编制了制造大纲与全套程序文件并制定了详细的质量计划实行全程监造。

（2）焊材

制造公司直接购买国外原装焊材并作相应复验，以符合规范要求为验收条件。

2.2 方形钢压制成型方案的探索

按图纸要求，方形钢四角需用钢板压制成型，但转角半径难以采用一般压制工艺，而且应变硬化严重。为此，公司进行了多次试压、设计有关模具并调整压机吨位，终于实现了大长度尺寸、小转角R的压制难题，并通过了测试达到了规定的理化性能指标。

2.3 W形钢的焊接成型

通过试验，公司改进了传统的W形钢筋板和翼板的对接焊工艺，采用了独创的同一熔池双枪氩弧焊焊接成型的工艺，不仅减少了缺陷的产生且将变形量控制在可控范围之内，成功实现了W形钢的焊接成型（见图2）。

3 工艺评定

对ASME A304的焊接，根据ASME Ⅸ的要求和规定进行了工艺评定。确定焊接坡口型式及各个焊接参数，然后根据工艺评定合格后编制WPS，作为生产用焊接工艺。

4 控制变形方法

薄钢板焊接的变形很难控制，除以上措施外，公司还采用工装防止过大变形的产生（见图3、图4）。

图3 W形钢工装示意图Fig.3 W-shaped steel assembly

图 4 方形钢工装示意图Fig.4 Square shaped steel assembly

5 制造工艺

1）W形钢：对W形钢，其翼板和筋板分别按工艺尺寸下料进行首次机加工（含坡口）并去除热影响区，采用图3工装组装、组焊。

2）对方形钢按工艺尺寸下料并首次加工（含坡口），用模具压槽成半个方形钢，按图4工装组装并焊接。

3）组焊：组装后按合格的PQR编制的焊接规程WPS进行焊接，焊接完毕对焊缝按NF5210作100%RT；按NF5320验收合格后，按NF5210作100%PT检查；探伤合格后对W形钢、方形刚做二次加工，以达到图示尺寸。

6 理化试验

理化试验结果见表1、表2。

表1 W形钢Table1 W-shaped steel

表2 方形钢Table2 Square-shaped steel

7 结论

在试验、试制成功后，公司开始了产品生产。经用户、承包商和国核全程监督检查验收后，证明公司焊接成型生产的W形钢和方形钢达到了图纸规定的技术要求。

[1] 美国机械工程协会第Ⅱ卷材料 B篇 非铁基材料[S]，2004.（ASME SECTION Ⅱ.MATERIALS. PART B NON-FERROU MATERIALS[S]，2004.）

[2] 美国机械工程师协会第五卷无损检测[S]，2004.（ASME SECTION Ⅴ NDE[S]，2004.）

[3] 美国机械工程师协会，第9卷 焊接[S]，2004.（ASME SECTION Ⅸ WELDING[S]，2004.）

Manufacture of W-Shaped Stainless Steel and Square
Shaped Stainless Steel to be Used as the Support for AP1000 Passive Residual Heat Removal Heat Exchanger

CAI Zhen-fang，ZHAO Jin-min，ZHAO Peng，WANG Ye
（Shanghai East-sea Pressure Vessel Manufacturing Co.，Ltd.，Shanghai 201209，China）

To avoid nuclear safety accidents as the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant and to ensure the operation safety, we introduced a passive residual heat removal device in AP1000 nuclear equipment The device requires an extra heat exchange and support frames made by W-shaped and square shaped steel which meet the requirement for nuclear safety class 1 equipment. At present, success is achieved in the manufacture process of W-shaped and square-shaped stainless steel. Through test and development, the shape, dimension, precision and other physical and chemical properties can meet the design requirement and can be used as nuclear safety class 1 supporting components. This product has been successfully applied in Sammen nuclear power project.

W-shaped steel；square-shaped steel；manufacture

TM623 Article character：A Article ID：1674-1617(2014)03-0240-05

TM623

A

1674-1617(2014)03-0240-05

2014-04-03

蔡振芳（1940—），男，上海人，高级工程师，本科，从事核电设备制造工作。