大尺寸不锈钢卷焊管套筒制作技术

大尺寸不锈钢卷焊管套筒制作技术

范金鑫

中国核工业二四建设有限公司 山东省海阳市  265100

摘要:贯穿件套筒是连接核电站安全壳内外的重要构件，其主要作用是供电气、设备等进出入安全壳。贯穿件套筒可以采用无缝钢管和卷焊管两种，卷焊管是通过钢板卷焊而成。卷焊管成型工艺复杂，成型难度大，成型尺寸精度要求高。本文以“华龙一号”钢衬里地坑不锈钢贯穿件套筒制作为例，对其成型技术进行分析，通过合理的成型工艺及设置合适的工装，有效的解决了成型尺寸精度高的难题。提高了生产效率，节约了施工成本，取得了较好的经济及社会效益，对类似产品的制作具有一定的参考和借鉴价值。

关键字： “华龙一号”；大尺寸不锈钢卷焊管；成型工艺

“华龙一号”堆型是中国自主研发的第三代核电技术，该堆型融合了“能动与非能动”先进设计理念，主要技术指标和安全指标满足我国和全球最新安全要求。钢衬里地坑不锈钢贯穿件套筒结构尺寸大，并且是由不锈钢板卷焊而成，其制作精度要求较高，制作难度较大。

本文通过对钢衬里地坑不锈钢贯穿件套筒的成型工艺难点进行分析，使不锈钢卷焊管的制作工艺趋于标准化。不锈钢卷焊管成型工艺难点有卷焊管展开下料、卷焊管卷制成型、卷焊管焊接质量控制及卷焊管成型不圆度控制等。

1.不锈钢卷焊管套筒的概况及技术要求

地坑不锈钢贯穿件套筒的外径为Φ711mm，总长度为7450mm，壁厚为20mm。套筒由不锈钢板卷制焊接而成，材质为022Cr19Ni10，由三段拼接而成。

根据图纸规定及其他技术条件要求，不锈钢卷焊管套筒制作焊接方法采用手工焊条电弧焊（SMAW）,焊条采用E316L-16焊条。焊缝节点形式为全熔透坡口焊缝，焊缝无损检测方法为100％目视检测（VT）+100％渗透检测（MT）+100％射线探伤（RT），焊缝质量满足1级焊缝要求,成型尺寸需满足不圆度偏差要求±1%Φ外径、直线度偏差小于1mm/m，外径偏差要求±1%Φ外径，长度偏差要求±2mm，焊缝区域外壁厚公差要求-0.35~0.1t（t为壁厚）。

2.不锈钢卷焊管套筒成型工艺难点分析

不锈钢卷焊管套筒成型过程中的关键工序为：不锈钢卷焊管套筒展开下料、不锈钢卷焊管套筒卷制成型、不锈钢卷焊管套筒焊接工艺控制，卷焊管套筒校圆，其制作难点如下：

（1）不锈钢卷焊管套筒展开下料

不锈钢卷焊管套筒卷制成型其第一步工序是卷焊管展开下料，卷焊管卷制成型过程中材料自身存在延展率以及焊接过程中焊缝收缩因素，影响卷焊管展开下料尺寸控制。一般按照卷焊管套筒的中径尺寸来确定展开下料尺寸。

（2）不锈钢卷焊管套筒卷板成型

不锈钢卷焊管卷板成型过程中需要控制钢板与卷板机相对位置是否垂直，以防最终卷制成形的管子端部错边过大。卷焊管焊接过程中因焊接应力的作用，使得焊接接头处的圆弧度会增大，影响后续校圆工序，因此在卷板成型过程中需要控制卷焊管焊接接头位置的圆弧度。

（3）不锈钢卷焊管套筒焊接工艺控制

不锈钢卷焊管有纵焊缝和环焊缝两种，焊接成型后需要进行100%射线检测，因此焊接过程应严格按照焊接工艺要求执行。由于焊接热收缩影响卷焊管焊后成型尺寸，需要合理地焊接工艺顺序减小焊接变形。环缝焊接时设置工装来控制卷焊管的直线度。

（4）不锈钢卷焊管套筒校圆

不锈钢卷焊管焊接成型后存在焊接变形，需要进行校圆。校圆工序是保证后续卷焊管拼接及端面坡口机加工关键工序。因材料存在延展率，校圆过程会增加管子直径的变化，因此应尽量控制焊接变形，减少卷焊管校圆量，进而保证壁厚满足公差要求。

3.不锈钢卷焊管套筒制作成型工艺流程

不锈钢卷焊管套筒制作成型工艺流程：不锈钢板下料→坡口加工→卷制成型→纵焊缝焊接→卷焊管校圆→纵焊缝无损检测→环焊缝组对、焊接→环焊缝无损检测→整体尺寸检查→酸洗钝化处理。

3.1不锈钢板下料

不锈钢板下料前需要进行展开尺寸计算。板料在弯曲过程中外层受到拉应力，内层受到压应力，从拉到压之间有既不受拉力又不受压力的过渡层，即为中性层。中性层在弯曲过程中的长度和弯曲前一样，保持不变，所以中性层是计算弯曲展开长度的基准。再结合坡口节点形式和焊接收缩量进行展开计算。

3.2坡口加工

不锈钢卷焊管展开下料后，将卷焊管展开料四边采用刨边机按照设计图的尺寸要求加工坡口。坡口要求尺寸准确，没有毛刺、豁口等缺陷。

3.3 卷制成型

不锈钢板下料完成后，对下料长度、宽度、对角线尺寸等进行复核，确保后续卷板成型尺寸满足标准要求。将钢板送入卷板机，确保钢板与滚轴垂直对中，对焊接接头（150-300mm）范围钢板进行预卷，其卷弯直径应小于卷焊管标准直径。

不锈钢板卷制成型过程中确保钢板与滚轴垂直对中，并在卷制过程中不断进行检查，以防最终卷制成形的管端部错边过大。套筒壁板卷制时应及时调整卷板机主动轧辊上的压力和转速，在卷制到端头时可以用反复滚压的方式来完善卷制壁板端头的成型效果。不断调整卷板机的压力，逐渐将半径卷小，并采用自制的弧度样板进行弧度检查。卷管卷制完成后，应保证卷管纵焊缝的组对间隙符合工艺要求。                    

3.4 纵焊缝焊接

不锈钢板卷制完成后在卷管的内侧进行打底焊接，从事焊接的焊工应具备相应的资质，焊接应按照相应的焊接工艺要求执行。在卷管外侧进行清根，保证将焊缝根部的缺陷清除干净。按要求打磨光滑后进行100%目视检测和液体渗透检测，确保缺陷清除干净后进行卷管外侧填层盖面焊接。焊接完成后焊缝不要高于母材，便于后续校圆工作。

3.5 卷焊管校圆

卷焊管校圆在盖面焊接前进行，并在卷板机上校圆。在校圆过程中不断用检查样板对卷焊管弧度进行检查，直至任意段的弧度跟样板弧度贴合。并用游标卡尺测量套筒不同处的直径，直到所有测量点的直径均符合图纸和标准要求为止。

3.6纵焊缝无损检测

卷焊管校圆完成后对卷焊管内外侧的纵焊缝进行盖面焊接，焊接完成后按技术规格书的要求对纵焊缝进行100%目视、100%液体渗透、100%射线检测。

3.7环焊缝组对、焊接

不锈钢卷焊管套筒采用水平组拼法，分别将三段卷焊管在平台上进行组对、焊接。焊接时先在卷焊管内侧进行打底焊接，然后在外侧进行清根。外侧清根后，再进行填层盖面焊接。必须由具备相应资质的焊工进行焊接，并且严格按照焊接数据包的工艺参数进行焊接。焊接时采取适当的防变形措施，保证焊接完成后卷焊管的直线度满足设计要求。

3.8环焊缝无损检测

卷焊管焊接完成后进行校正，校正后对环焊缝进行无损检测，无损检测的要求同纵焊缝要求一样，进行100%目视、100%液体渗透、100%射线检测。

3.9整体尺寸检查

卷焊管环焊缝无损检测完成后，对卷焊管套筒本体进行整体尺寸检查，检查的项目有卷焊管套筒直线度、卷焊管套筒不圆度、卷焊管套筒内径、焊缝区域外壁厚、卷焊管套筒长度等，整体尺寸应符合设计要求。

3.10酸洗钝化

不锈钢卷焊管套筒整体尺寸验收合格后，对卷焊管套筒本体进行酸洗、钝化处理。酸洗前将套筒本体进行去污、脱脂处理，处理后用滚筒或毛刷将酸洗钝化膏均匀涂抹在焊缝及套筒本体表面，厚度约为2-3mm。钝化时间应严格按照酸洗钝化工艺参数执行。酸洗钝化处理完后进行蓝点试验，15秒内无蓝点为合格。

4.总结

通过对地坑不锈钢卷焊管套筒展开下料尺寸控制、卷焊管套筒卷板过程控制、卷焊管套筒焊接质量控制以及卷焊管套筒校圆过程控制，保证了不锈钢卷焊管套筒成型尺寸满足图纸和设计文件要求。

除了以上关键工序外，还有一些应注意的事项。（1）成品保护，不锈钢材质应避免被污染，制作时应保证加工区域的清洁度；设置的工装采用不锈钢材质，禁止碳钢材质与卷焊管套筒接触；作为核级物项，应注意母材损伤。（2）设置合适的工装，尤其环焊缝焊接，要不间断的转动管子。设置滚轮式的工装，既方便转动管子，也提高了安全性。（3）端面坡口机加工，端面坡口加工精度要求较高，在机加工时，应先进行粗加工，再进行精加工。并设计一种卷焊管贯穿件坡口加工工装，以保证端面坡口精度满足设计要求。

参考文献：

［1］鲍广鉴.复杂空间钢结构施工技术[J].广东建设信息(建材专刊),2005,000 (006 ):33-36,32.

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