核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置及熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置及熱處理方法，屬于核電站建造【技術(shù)領(lǐng)域】。該裝置主要由主體骨架（Z-1）、加熱保溫器（Z-2）、行走機(jī)構(gòu)（Z-3）、溫度傳感器件（Z-4）、自動(dòng)溫控儀（Z-5）組成。熱處理時(shí)，將熱處理裝置的行走機(jī)構(gòu)支撐在安全殼壁板的上沿，并沿其移動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，使安全殼壁板兩面的加熱保溫器處于夾持待熱處理焊縫的位置，再將溫度傳感器安置在待熱處理的焊縫處，接通電加熱器件后，在自動(dòng)溫控儀的閉環(huán)控制下，將焊縫加熱至預(yù)定溫度。本發(fā)明使保溫棉、電發(fā)熱器件、焊縫間緊密貼合，通過確保熱處理質(zhì)量和效率，顯著提高焊縫質(zhì)量，縮短焊接工期。
【專利說明】核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置及熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種核電站鋼制安全殼安裝焊接用的裝置，尤其是一種核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置，同時(shí)給出相應(yīng)的熱處理方法，屬于核電站建造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]安全殼(CV)作為非能動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，在事故工況下能有效阻止安全殼內(nèi)部壓力超出設(shè)計(jì)值和防止放射性物質(zhì)外泄，是保證核電安全運(yùn)行的重要設(shè)備之一。AP1000三代核電站鋼制安全殼是一個(gè)密封性鋼容器，包括底封頭、筒體及頂封頭三部分，均由40mm~50mm厚低合金高強(qiáng)韌SA738Gr.B鋼板拼焊而成，焊縫總長(zhǎng)約為3400m，坡口截面大，相比CPR1000、EPR等堆型核電站，焊接工作量至少增加了 8倍。
[0003]核電建造對(duì)CV所有焊縫的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，焊接接頭的致密性、強(qiáng)韌性、焊接變形量等是必須控制和保證的質(zhì)量指標(biāo)。特別是，為防止40mm~50mm厚低合金高強(qiáng)韌SA738Gr.B鋼板的焊接裂紋，消除焊后存在的殘余應(yīng)力確保焊接接頭綜合機(jī)械性能，CV所有焊縫均需采取嚴(yán)格、精確的熱處理工藝，主要包括焊前預(yù)熱、焊后消應(yīng)力熱處理等。
[0004]目前我國(guó)所有AP1000核電機(jī)組的建造中，熱處理工作通常采用火焰烘烤法或簡(jiǎn)易支撐電加熱法，存在以下問題:
[0005]1.火焰烘烤法為循環(huán)性局部集中加熱，在散熱面積大的客觀條件下，采用此方法進(jìn)行焊縫的熱處理無法實(shí)現(xiàn)焊縫長(zhǎng)度、厚度方向熱處理溫度的均勻分布和恒定化，熱處理質(zhì)量得不到保證，且烘烤到規(guī)定溫度需要的時(shí)間長(zhǎng)，消耗的可燃?xì)怏w多。
[0006]2.簡(jiǎn)易支撐電加熱法為重復(fù)性在焊縫上支撐固定加熱塊和在加熱塊上鋪設(shè)保溫棉，加熱塊與焊縫、保溫 棉與加熱塊不能緊密貼合，熱傳導(dǎo)和保溫效果差，熱處理質(zhì)量存在較大風(fēng)險(xiǎn)，施工效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于:針對(duì)上述現(xiàn)有熱處理技術(shù)存在的問題，提出一種有助于提高焊接效率、保證穩(wěn)定焊接質(zhì)量的核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置，同時(shí)給出借助該裝置的核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理方法。
[0008]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的基本技術(shù)方案為:
[0009]核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置主要由主體骨架(Z-1)、加熱保溫器(2-2)、行走機(jī)構(gòu)(2-3)、溫度傳感器件(2-4)、自動(dòng)溫控儀(Z-5)組成；
[0010]所述主體骨架(Z-1)主要由頂端帶連接板(1-10)的至少兩根立柱(1-11、1-12)、上下間隔固定在兩根立柱之間的橫梁(1-21、1-22、1-23、1-24)構(gòu)成；
[0011]所述加熱保溫器(z-2 )主要由電加熱器件(2-R)和保溫棉(2-W)構(gòu)成；所述保溫棉(2-W)的一面具有凹槽，所述電加熱器件(2-R)安置于凹槽內(nèi)緊密貼合，用金屬絲網(wǎng)(2-S)裹覆成整體；
[0012]所述行走機(jī)構(gòu)(Z-3)由連接面板(3-1)、從連接面板下表面朝下延伸的兩對(duì)行走限位板(3-2)、安裝于相對(duì)的行走限位板上部之間的傳力軸(3-4)，以及套在傳力軸上的行走滾輪(3-3)構(gòu)成；
[0013]所述行走機(jī)構(gòu)(Z-3)的連接面板(3-1)下表面兩側(cè)分別固定一主體骨架(Z-1)，所述主體骨架的相對(duì)表面分別安裝一加熱保溫器(Z-2)；
[0014]所述溫度傳感器件(Z-4)的信號(hào)輸出端接自動(dòng)控溫儀(Z-5)的對(duì)應(yīng)端口，所述自動(dòng)控溫儀的控制輸出端接電加熱器件，用以根據(jù)溫度傳感器件輸入溫度值與預(yù)設(shè)溫控值的比較結(jié)果控制電加熱器件的通斷。
[0015]借助本發(fā)明裝置的核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理方法包括以下步驟:
[0016]第一步、將所述熱處理裝置行走機(jī)構(gòu)的行走滾輪支撐在安全殼壁板的上沿，使分別固定有加熱保溫器的兩主體骨架分別位于安全殼壁板內(nèi)外表面；
[0017]第二步、將溫度傳感器安置在待熱處理的垂向焊縫處；
[0018]第三步、沿環(huán)形的安全殼壁板上沿移動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，使安全殼壁板兩面的加熱保溫器處于夾持待熱處理垂向焊縫的位置；
[0019]第四步、接通電加熱器件，在自動(dòng)溫控儀的閉環(huán)控制下，將垂向焊縫加熱至預(yù)定溫度。
[0020]上述步驟如應(yīng)用于焊接之前的預(yù)加熱處理，則第四步之后移開熱處理裝置位于待焊面背面部分，進(jìn)行焊接；如應(yīng)用于焊接之后的去應(yīng)力熱處理，則第四步之后將熱處理裝置移至下一焊縫處。
`[0021]本發(fā)明熱處理裝置進(jìn)一步的完善是，所述主體骨架的相對(duì)表面分別安裝一加熱保溫器(Z-2)，并在主體骨架與熱保溫器之間安插活動(dòng)傳力板(B-l、B-2、B-3);所述兩根立柱(1-11、1-12)之間設(shè)有與橫梁(1-21、1-22、1-23、1-24)固定連接的垂向加勁管(1_31、1-32,1-33)，所述加勁管上間隔分布有內(nèi)端頂住活動(dòng)傳力板的壓緊螺桿(G)。
[0022]本發(fā)明熱處理方法相應(yīng)的進(jìn)一步完善是，所述第二步中，還包括在垂向焊縫兩側(cè)分別固定勾住主體骨架橫梁兩端的卡具，待壁板兩面的加熱保溫器處于夾持待熱處理垂向焊縫的位置后，擰緊壓緊螺桿，通過頂緊活動(dòng)傳力鋼板使加熱保溫器與安全殼壁板更緊密貼合。
[0023]采用本發(fā)明的裝置進(jìn)行核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理，相對(duì)于現(xiàn)有的火焰烘烤法或簡(jiǎn)易支撐電加熱法具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):
[0024]1.強(qiáng)化熱傳導(dǎo)和保溫效果，保證整條焊縫長(zhǎng)度、寬度、厚度方向的溫度均勻與恒定，熱處理質(zhì)量能得到有效提聞;
[0025]2.裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，可沿圓周方向快速移動(dòng)至任意待熱處理焊縫，熱處理施工工效大大提高，核電站鋼制安全殼的建造周期也相對(duì)縮短。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0027]圖1為核電站鋼制安全殼整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的熱處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3為圖2實(shí)施例中的主體骨架立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4為圖2實(shí)施例中的凹形卡具與楔形裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖。[0031]圖5為圖2實(shí)施例中的加熱保溫器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖6為圖2實(shí)施例中的活動(dòng)傳力鋼板位置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖6-1為圖6的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖7為圖2實(shí)施例中的行走機(jī)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖7-1為圖7的側(cè)視圖。
[0036]圖8為圖2實(shí)施例中的熱電偶工作端固定壓塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖8-1為圖8的側(cè)視圖。
[0038]圖9為核電站鋼制安全殼焊接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖9-1為圖2實(shí)施例的使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0041]如圖1所示，本實(shí)施例的核電站鋼制安全殼(CV)包括球缺形底封頭、圓筒型筒體和球缺形頂封頭三部分，直徑為39.6m。其中，底封頭和頂封頭均由共64塊雙曲面高強(qiáng)韌SA738Gr.B鋼板拼焊而成。筒體由11圈壁板構(gòu)成，每圈由12塊單曲面高強(qiáng)韌SA738Gr.B鋼板拼焊而成，包括132條垂向焊縫(又稱縱縫)和12條環(huán)縫。所有焊縫焊前需進(jìn)行預(yù)熱處理，部分焊縫焊后需進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。
[0042]本實(shí)施例的核電站鋼制安全殼安裝焊縫的焊前預(yù)熱處理采用圖2所示的熱處理裝置，包括主體骨架Z-1、加 熱保溫器Z-2、行走機(jī)構(gòu)Z-3、熱電偶Z-4、自動(dòng)溫控儀Z-5。溫度傳感器件采用熱電偶Z-4，其信號(hào)輸出端接自動(dòng)控溫儀Z-5 (型號(hào)WCK-240，吳江市東南焊割設(shè)備有限公司制造)的對(duì)應(yīng)端口，自動(dòng)控溫儀Z-5的控制輸出端接電加熱器件，按預(yù)設(shè)的參數(shù)對(duì)熱處理過程進(jìn)行控制與調(diào)整，用以根據(jù)溫度傳感器件輸入溫度值與預(yù)設(shè)溫控值的比較結(jié)果控制電加熱器件的通斷。
[0043]主體骨架Z-1具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，主體骨架Z-1的左、右邊界為頂端帶連接板1-10的兩根對(duì)稱分布的角形立柱1-11、1_12，其外表面沿長(zhǎng)度方向上、下等間距焊接固定有四根等長(zhǎng)度方管橫梁1-21、1-22、1-23、1-24。
[0044]兩根立柱1-11、1-12之間設(shè)有與橫梁1-21、1-22、1-23、1_24焊接固連的第一、二、三列垂向加勁方管1-31、1-32、1-33 ;第二列加勁方管1_32焊于橫梁的中點(diǎn)，其余二列1-31U-33以第二列1-32為對(duì)稱中心對(duì)稱分布，所有加勁方管均間隔分布有內(nèi)端頂住活動(dòng)傳力板(參見圖6)的壓緊螺桿G。
[0045]為了便于安置，本實(shí)施例制作了一組圖4所示的開口朝上的凹形卡具K，使用時(shí)焊接固定在垂向焊縫兩側(cè)，以便分別勾住各橫梁的兩端，并借助楔形塊X楔緊。
[0046]加熱保溫器Z-2如圖5所示，包括作為電加熱器件的電發(fā)熱塊2_R(履帶式陶瓷電發(fā)熱塊，正大電器有限公司制造)和保溫棉2-W，保溫棉2-W的一面為凹槽狀，厚度留有壓縮余量，其凹槽寬度和深度與電發(fā)熱塊2-R相配，電發(fā)熱塊2-R恰好置容于保溫棉2-W的凹槽內(nèi)，緊密貼合后，用不銹鋼絲網(wǎng)2-S裹覆成整體。
[0047]如圖6和圖6-1所示，主體骨架Z-1的三列加勁方管與加熱保溫器的接觸面分別設(shè)有三塊被壓緊螺桿G頂住的活動(dòng)傳力鋼板B-l、B-2、B-3。
[0048]行走機(jī)構(gòu)Z-3如圖7和圖7-1所示，包括連接面板3_1、兩對(duì)從連接面板下表面朝下延伸的行走限位板3-2、行走滾輪3-3、傳力軸3-4，傳力軸3-4安裝于相對(duì)的行走限位板上部之間，行走滾輪3-3套在傳力軸上。該行走機(jī)構(gòu)Z-3的連接面板3-1下表面兩側(cè)分別固定一主體骨架Z-1,主體骨架的相對(duì)表面分別安裝一加熱保溫器Z-2。
[0049]為了方便熱電偶的安置，本實(shí)施例制作了圖8和圖8-1所示的開槽固定壓塊4-10，使用時(shí)將其焊接在垂向焊縫一側(cè)，將熱電偶Z-4的工作端插入其中即可。
[0050]本實(shí)施例的核電站鋼制安全殼焊接結(jié)構(gòu)如圖9所示，先焊接最下方第N圈板的所有垂向焊縫，再焊接第N+1圈板的所有垂向焊縫ZF-1——ZF-12，之后進(jìn)行兩圈之間環(huán)縫HF的焊接。進(jìn)行垂向焊縫焊接前、后，分別需要對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)熱處理和去應(yīng)力熱處理。熱處理的步驟如下(參見圖9-1):
[0051]第一步、將熱處理裝置行走機(jī)構(gòu)Z-3的行走滾輪3-3支撐在安全殼壁板Z的上沿，使分別固定有加熱保溫器Z-2的兩主體骨架Z-1分別位于安全殼壁板Z內(nèi)外表面；
[0052]第二步、將三塊開槽的固定壓塊4-10上下間隔焊接在垂向焊縫一側(cè)的上、中、下三處，分別將三根熱電偶Z-4的工作端分別安插在各固定壓塊4-10的槽中；
[0053]第三步、沿環(huán)形的安全殼壁板Z上沿移動(dòng)行走機(jī)構(gòu)Z-3，使安全殼壁板Z兩面的加熱保溫器Z-2處于夾持待熱處理垂向焊縫ZF-1的位置；在此垂向焊縫兩側(cè)分別焊接固定勾住主體骨架Z-1各橫梁兩端的開口朝上凹形卡具K，并借助楔形塊X楔緊各橫梁；再擰緊壓緊所有螺桿G，通過頂緊各活動(dòng)傳力鋼板使加熱保溫器Z-2與安全殼壁板緊密貼合；
[0054]第四步、操控自動(dòng)溫控儀Z-5，接通加熱保溫器Z-2電發(fā)熱塊，在自動(dòng)溫控儀的閉環(huán)控制下，將垂向焊縫加熱至預(yù)定溫度。
[0055]對(duì)于焊接(自動(dòng)焊或手動(dòng)焊)之前的預(yù)熱處理而言，設(shè)定自動(dòng)溫控儀的預(yù)熱溫度為100~200°C，加熱速率為200±20°C /小時(shí)；對(duì)于焊接之后的消應(yīng)力熱處理而言，設(shè)定自動(dòng)溫控儀的保溫溫度為595~615°C，保溫時(shí)間為2±0.1小時(shí)；在425°C以上時(shí)，56°C /小時(shí)≤溫度變化速率(加熱或冷卻速率)< 110°C /小時(shí)。
[0056]之后，松開楔形塊X，沿環(huán)形的鋼制安全殼壁板圓周方向借助行走滾輪將熱處理裝置移動(dòng)至其他焊縫，參照以上步驟依次進(jìn)行焊縫ZF-2、ZF-3、ZF-4……ZF-12的熱處理。
[0057]實(shí)踐證明，采用本實(shí)施例的核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置及熱處理方法使保溫棉、電發(fā)熱器件、焊縫間緊密貼合，通過確保熱處理質(zhì)量和效率，顯著提高焊縫質(zhì)量，縮短焊接工期。
[0058]需要說明的是，上述實(shí)施例是非限制性的，熱處理裝置的幾何外形等諸多結(jié)構(gòu)可以根據(jù)待熱處理工件的外形特點(diǎn)進(jìn)行適應(yīng)性修改。
【權(quán)利要求】
1.一種核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置，其特征在于:主要由主體骨架(Z-1)、加熱保溫器(Z-2)、行走機(jī)構(gòu)(Z-3)、溫度傳感器件(Z-4)、自動(dòng)溫控儀(Z-5)組成； 所述主體骨架(Z-1)主要由頂端帶連接板(1-10)的至少兩根立柱(1-11、1_12)、上下間隔固定在兩根立柱之間的橫梁(1-21、1-22、1-23、1-24)構(gòu)成； 所述加熱保溫器(Z-2)主要由電加熱器件(2-R)和保溫棉(2-W)構(gòu)成；所述保溫棉(2-W)的一面具有凹槽，所述電加熱器件(2-R)安置于凹槽內(nèi)緊密貼合，用金屬絲網(wǎng)(2-S)裹覆成整體； 所述行走機(jī)構(gòu)(Z-3)由連接面板(3-1)、從連接面板下表面朝下延伸的兩對(duì)行走限位板(3-2)、安裝于相對(duì)的行走限位板上部之間的傳力軸(3-4)，以及套在傳力軸上的行走滾輪(3-3)構(gòu)成； 所述行走機(jī)構(gòu)(Z-3 )的連接面板(3-1)下表面兩側(cè)分別固定一主體骨架(Z-1)，所述主體骨架的相對(duì)表面分別安裝一加熱保溫器(Z-2)； 所述溫度傳感器件(Z-4)的信號(hào)輸出端接自動(dòng)控溫儀(Z-5)的對(duì)應(yīng)端口，所述自動(dòng)控溫儀的控制輸出端接電加熱器件，用以根據(jù)溫度傳感器件輸入溫度值與預(yù)設(shè)溫控值的比較結(jié)果控制電加熱器件的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置，其特征在于:所述主體骨架的相對(duì)表面分別安裝一加熱保溫器(Z-2)，并在主體骨架與熱保溫器之間安插活動(dòng)傳力板(B-l、B-2、B-3);所述兩根立柱(1-11、1_12)之間設(shè)有與橫梁(1-21、1-22、1-23、1-24)固定連接的垂向加勁管(1-31、1-32、1-33)，所述加勁管上間隔分布有內(nèi)端頂住活動(dòng)傳力板的壓緊螺桿(G)。
3.采用權(quán)利要求1所述核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置的熱處理方法，其特征在于包括以下步驟:` 第一步、將所述熱處理裝置行走機(jī)構(gòu)的行走滾輪支撐在安全殼壁板的上沿，使分別固定有加熱保溫器的兩主體骨架分別位于安全殼壁板內(nèi)外表面； 第二步、將溫度傳感器安置在待熱處理的垂向焊縫處； 第三步、沿安全殼壁板的上沿移動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，使安全殼壁板兩面的加熱保溫器處于夾持待熱處理垂向焊縫的位置； 第四步、接通電加熱器件，在自動(dòng)溫控儀的閉環(huán)控制下，將垂向焊縫加熱至預(yù)定溫度。
4.采用權(quán)利要求2所述核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置的熱處理方法，其特征在于包括以下步驟: 第一步、將所述熱處理裝置行走機(jī)構(gòu)的行走滾輪支撐在安全殼壁板的上沿，使分別固定有加熱保溫器的兩主體骨架分別位于安全殼壁板內(nèi)外表面； 第二步、將溫度傳感器安置在待熱處理的垂向焊縫處； 第三步、沿環(huán)形的安全殼壁板上沿移動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，使安全殼壁板兩面的加熱保溫器處于夾持待熱處理垂向焊縫的位置；在垂向焊縫兩側(cè)分別固定勾住主體骨架橫梁兩端的卡具，擰緊壓緊螺桿，通過頂緊活動(dòng)傳力鋼板使加熱保溫器與安全殼壁板緊密貼合； 第四步、接通電加熱器件，在自動(dòng)溫控儀的閉環(huán)控制下，將垂向焊縫加熱至預(yù)定溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置的熱處理方法，其特征在于:所述卡具為開口朝上的凹形卡具，所述第二步中將凹形卡具分別焊接固定在垂向焊縫兩側(cè)，勾住各橫梁的兩端，并借助楔形塊楔緊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置的熱處理方法，其特征在于:所述溫度傳感器為熱電偶，所述第三步中在垂向焊縫一側(cè)焊接開槽的固定壓塊，將熱電偶的工作端插入固定壓塊的槽中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述核電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置的熱處理方法，其特征在于:所述熱處理為焊接之前的預(yù)熱處理，所述自動(dòng)溫控儀設(shè)定的預(yù)熱溫度為100~200°C，加熱速率為200±20°C /小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述核 電站鋼制安全殼安裝焊縫熱處理裝置的熱處理方法，其特征在于:所述熱處理為焊接之后的消應(yīng)力熱處理，所述自動(dòng)溫控儀設(shè)定的保溫溫度為595~615°C，保溫時(shí)間為2±0.1小時(shí)，且在425°C以上時(shí)，56°C /小時(shí)≤溫度變化速率≤1lO℃ / 小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C21D9/50GK103773942SQ201410016677
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】張科青, 費(fèi)松, 陳寶智, 秦亞林, 別剛剛, 馬富巧, 陳美丹 申請(qǐng)人:中國(guó)核工業(yè)華興建設(shè)有限公司