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[摘 要]核电厂汽轮机低压缸键座是低压缸安装和定位的重要部件，定位和精度要求高，现场焊接应力大，容易产生变形影响精度，同时在低温条件下施工极易产生裂纹。本文通过原因分析，提供可行的解决方法，并在实践中应用，验证了该方法的可行性和推广性。
[关键词]核电厂；低压缸；键座；焊接；精度控制
中图分类号：TU195 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0399-02
某核电站常规岛一台机组有低压缸定位键、导向键各三个，需要安装在汽轮机厂房16m平台上，与埋件直接相连，键座四周均需要进行焊接（如图1所示），前后两侧为角焊缝形式，要求30mm，左右近似于对接形式，焊缝厚度要求为35mm，键座下方为较大的预埋板，其坡口型式及焊缝要求如图2所示。键座材质为16Mn，下方和两侧埋件的材质为Q345B，使用的焊材为J507，按照规范要求，并不需要进行热处理。
由于熔覆金属厚度及宽度较大，而且埋件已经与混凝土固定，无法产生任何位移，导致焊缝的应力很大。同时由于定位精度的要求，位置或倾斜度有些许变化会直接影响后续的安装。由于适逢冬季施工，厂房尚未封闭的情况下，环境温度低至零下10度，在焊缝大应力的情況下极易产生裂纹，如图3所示。
一、焊接施工要点分析
1.1精度控制
键座对水平度要求较高，1m范围内允许值仅为20微米，精度要求相当高，依靠焊缝自然收缩或者反变形措施无法满足精度控制的要求，甚至在点焊固定时水平度就已经超标。
1.2裂纹控制
由于焊缝无法自由伸缩，适逢冬季低温，温度可低至零下10度，在这种情况下，产生裂纹无法避免，根据在低温环境下刚性固定试验板焊接结果和现场实践，无一例外产生裂纹。
1.3施工顺序
焊接施工顺序对最终效果影响很大，顺序选择不当，巨大的焊缝收缩力会使得键座位移，而且局部的应力集中使裂纹更容易产生。
二、方案选择
2.1精度控制方案
为了是键座安装能够达到较高的精度，无法使用焊接策略进行控制，唯一的方法就是刚性固定，具体措施如下：
1）由于键座安装在平台上，无有效的上部及侧面承力点，因此，利用下部埋件焊接了临时的刚性固定支架；
2）通过千斤顶和多点螺栓进行调平和固定，调平后，保持该刚性固定措施至焊缝施工完成；
3）利用水平尺进行全过程监控。
2.2裂纹控制方案
由于刚性固定和低温两个因素，无法保证不产生裂纹，因此，虽然没有热处理要求，但是采用适当的预热和保温措施，使得焊缝缓慢冷却，有助于防止裂纹的产生。
1）由于键座安装在大的埋件上，整个埋件温度很低，采用火焰预热的方式，耗时长、费成本、温度难以控制，焊缝各点温度参差不齐，在低温环境中下降很快，因此考虑采用电加热的方式；
2）根据试验结果，在整个施焊过程中，焊缝温度需始终保持在150℃以上；
3）整个施焊工程辅助采用红外测温枪进行监控。
2.3施焊顺序
为了防止变形造成的位移和应力集中，每个位置均采用两名焊工对称焊的方式，即在点焊和填充焊道时，均由两名焊工从两侧向中间进行，如图4所示。
三、方案实施
3.1刚性固定支架的制作
利用槽钢焊接成一个临时的支架，将键座四个角和顶部利用千斤顶和螺栓进行固定，并将此结构保持到键座完全焊接完毕，同时需要兼顾焊工的可操作性，避免因为焊接困难位置导致焊缝不合格。最终固定方案如图5所示。
3.2电加热布置方式的选择
电加热是保持温度恒定的较好办法，而且可以利用现有的热处理资源，利用传感器和自动恒温功能，可以很好地实现焊缝的保温，防止温度过快下降。
由于下方是埋件，加热只能从上方进行，可以利用的热处理线和电加热片，在前期试验中，使用单热处理线进行加热，只能对键座部分进行加热，对焊缝处起不到加热效果，如图6所示，红色部分为缠绕的热处理线，橙色区域为温度达标区域，蓝色区域为温度不达标区域，焊缝焊后降温依然很快。
后续对电加热的方式进行了调整，增加了缠绕的热处理线，同时在焊缝外侧贴上加热片，图7所示，效果比较明显，只有焊缝根部温度稍低（约90～120℃）。根部打底时，辅助使用火焰加热，使温度上升至150℃，即解决问题。
3.3温度控制和保温措施
由于焊缝本身不需要进行热处理，因此也并没有额外增加热处理的步骤，热处理机的使用仅起到焊缝保温，防止冷却过快的作用。热处理机根据气温条件设定温度在200℃～250℃，即在整個施焊过程中焊缝控制温度在150℃～170℃，如冬季较低温度（-10℃）下施工，焊缝根部适当增加火焰预热，以保证焊缝温度。每天施焊完成之后，保温1小时后用保温棉包裹缓冷。
3.4无损检验控制
为了有效地控制焊缝质量，有针对性地增加了焊缝的无损检测，在质量计划上增设“焊接厚度50%渗透检测”和“焊接厚度100%渗透检测”两个见证点，在首次施工时，增加“打底焊道渗透检测”见证点。
四、实施效果
键座经过改进的方案，每个键座焊接施工时间仅为2～3天，大大提高了工作效率，同时焊接质量和安装精度均得到了很好的保证。同时为后续低温状态大厚度焊缝的焊接施工提供参考。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.钢结构工程施工质量验收规范.GB50205—2001.
[2]中华人民共和国国家标准.建筑钢结构焊接技术规范.JBJ81—2000.
[3]周浩森等编.焊接结构设计手册.北京：机械工业出版社，1999.
[关键词]核电厂；低压缸；键座；焊接；精度控制
中图分类号：TU195 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0399-02
某核电站常规岛一台机组有低压缸定位键、导向键各三个，需要安装在汽轮机厂房16m平台上，与埋件直接相连，键座四周均需要进行焊接（如图1所示），前后两侧为角焊缝形式，要求30mm，左右近似于对接形式，焊缝厚度要求为35mm，键座下方为较大的预埋板，其坡口型式及焊缝要求如图2所示。键座材质为16Mn，下方和两侧埋件的材质为Q345B，使用的焊材为J507，按照规范要求，并不需要进行热处理。
由于熔覆金属厚度及宽度较大，而且埋件已经与混凝土固定，无法产生任何位移，导致焊缝的应力很大。同时由于定位精度的要求，位置或倾斜度有些许变化会直接影响后续的安装。由于适逢冬季施工，厂房尚未封闭的情况下，环境温度低至零下10度，在焊缝大应力的情況下极易产生裂纹，如图3所示。
一、焊接施工要点分析
1.1精度控制
键座对水平度要求较高，1m范围内允许值仅为20微米，精度要求相当高，依靠焊缝自然收缩或者反变形措施无法满足精度控制的要求，甚至在点焊固定时水平度就已经超标。
1.2裂纹控制
由于焊缝无法自由伸缩，适逢冬季低温，温度可低至零下10度，在这种情况下，产生裂纹无法避免，根据在低温环境下刚性固定试验板焊接结果和现场实践，无一例外产生裂纹。
1.3施工顺序
焊接施工顺序对最终效果影响很大，顺序选择不当，巨大的焊缝收缩力会使得键座位移，而且局部的应力集中使裂纹更容易产生。
二、方案选择
2.1精度控制方案
为了是键座安装能够达到较高的精度，无法使用焊接策略进行控制，唯一的方法就是刚性固定，具体措施如下：
1）由于键座安装在平台上，无有效的上部及侧面承力点，因此，利用下部埋件焊接了临时的刚性固定支架；
2）通过千斤顶和多点螺栓进行调平和固定，调平后，保持该刚性固定措施至焊缝施工完成；
3）利用水平尺进行全过程监控。
2.2裂纹控制方案
由于刚性固定和低温两个因素，无法保证不产生裂纹，因此，虽然没有热处理要求，但是采用适当的预热和保温措施，使得焊缝缓慢冷却，有助于防止裂纹的产生。
1）由于键座安装在大的埋件上，整个埋件温度很低，采用火焰预热的方式，耗时长、费成本、温度难以控制，焊缝各点温度参差不齐，在低温环境中下降很快，因此考虑采用电加热的方式；
2）根据试验结果，在整个施焊过程中，焊缝温度需始终保持在150℃以上；
3）整个施焊工程辅助采用红外测温枪进行监控。
2.3施焊顺序
为了防止变形造成的位移和应力集中，每个位置均采用两名焊工对称焊的方式，即在点焊和填充焊道时，均由两名焊工从两侧向中间进行，如图4所示。
三、方案实施
3.1刚性固定支架的制作
利用槽钢焊接成一个临时的支架，将键座四个角和顶部利用千斤顶和螺栓进行固定，并将此结构保持到键座完全焊接完毕，同时需要兼顾焊工的可操作性，避免因为焊接困难位置导致焊缝不合格。最终固定方案如图5所示。
3.2电加热布置方式的选择
电加热是保持温度恒定的较好办法，而且可以利用现有的热处理资源，利用传感器和自动恒温功能，可以很好地实现焊缝的保温，防止温度过快下降。
由于下方是埋件，加热只能从上方进行，可以利用的热处理线和电加热片，在前期试验中，使用单热处理线进行加热，只能对键座部分进行加热，对焊缝处起不到加热效果，如图6所示，红色部分为缠绕的热处理线，橙色区域为温度达标区域，蓝色区域为温度不达标区域，焊缝焊后降温依然很快。
后续对电加热的方式进行了调整，增加了缠绕的热处理线，同时在焊缝外侧贴上加热片，图7所示，效果比较明显，只有焊缝根部温度稍低（约90～120℃）。根部打底时，辅助使用火焰加热，使温度上升至150℃，即解决问题。
3.3温度控制和保温措施
由于焊缝本身不需要进行热处理，因此也并没有额外增加热处理的步骤，热处理机的使用仅起到焊缝保温，防止冷却过快的作用。热处理机根据气温条件设定温度在200℃～250℃，即在整個施焊过程中焊缝控制温度在150℃～170℃，如冬季较低温度（-10℃）下施工，焊缝根部适当增加火焰预热，以保证焊缝温度。每天施焊完成之后，保温1小时后用保温棉包裹缓冷。
3.4无损检验控制
为了有效地控制焊缝质量，有针对性地增加了焊缝的无损检测，在质量计划上增设“焊接厚度50%渗透检测”和“焊接厚度100%渗透检测”两个见证点，在首次施工时，增加“打底焊道渗透检测”见证点。
四、实施效果
键座经过改进的方案，每个键座焊接施工时间仅为2～3天，大大提高了工作效率，同时焊接质量和安装精度均得到了很好的保证。同时为后续低温状态大厚度焊缝的焊接施工提供参考。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.钢结构工程施工质量验收规范.GB50205—2001.
[2]中华人民共和国国家标准.建筑钢结构焊接技术规范.JBJ81—2000.
[3]周浩森等编.焊接结构设计手册.北京：机械工业出版社，1999.