CN107891228A - 一种核电站主管道安装焊接变形监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电站主管道安装技术领域。为了解决采用采用百分表监测方法对主管道安装焊接变形进行监测时，存在使用范围受限，监测精度低的问题，本发明提出了一种核电站主管道安装焊接变形监控方法。该监控方法包括以下步骤：步骤S1，在主管道的自由端设置靶球；步骤S2，对主管道的焊接端进行点焊固定，并在主管道的自由端建立三维坐标系；步骤S3，对主管道进行焊接固定。采用本发明的方法对主管道安装焊接过程的变形进行监测时，不仅减少了监测过程中人工的操作，提高了监测的效率和质量，而且根据焊接过程的不同情况进行了相应的焊接操作调整，从而保证了主管道安装的质量。

Description

一种核电站主管道安装焊接变形监控方法

技术领域

本发明属于核电站主管道安装技术领域，具体涉及一种核电站主管道安装焊接变形监控方法。

背景技术

结合图1所示，在核电站的反应堆压力容器1和两个蒸汽发生器2之间通过六根主管道3连接，其中主管道3又分为冷段和热段。根据焊接顺序，主管道3的两端分为焊接端和自由端，其中，首先与反应堆压力容器1进行焊接固定的一端为焊接端，位于蒸汽发生器2一侧的一端为自由端。

目前，在核电站的核岛反应堆主管道焊接过程中，对焊接变形进行监测时主要采用百分表监测方法。结合图2所示，进行主管道3与反应堆压力容器1的焊接时，在主管道3的自由端管口位置安装监测百分表架41，并且在百分表架41上设置六个百分表42。其中，将四个百分表42的接触式指针分别紧密对准管道的3点钟位置、6点钟位置、9点钟位置和12点钟位置的管道外壁，用于监测管口的挠曲变形；另外两个百分表42的接触式指针分别紧密对准管道的6点钟位置和12点钟位置的管道端面，用于监测管口的轴向收缩变形。

但是，上述监测方法只适用于对管口余量已切除的管道进行焊接变形监测，无法对管口余量未切除的管道进行焊接变形监测。此外，在该方法的监测过程中通过百分表架固定的百分表容易被触碰或移动，从而丢失数据，使后续焊接的变形控制失去依据，而且在对百分表进行读数的过程中，容易产生人为误差，导致获取的变形量数据不够精准，影响管道的安装质量。

发明内容

为了解决采用采用百分表监测方法对主管道安装焊接变形进行监测时，存在使用范围受限，监测精度低的问题，本发明提出了一种核电站主管道安装焊接变形监控方法。该监控方法包括以下步骤：

步骤S1，在主管道的自由端设置靶球；其中，所述靶球的中心与所述主管道的中心重合设置；

步骤S2，对主管道的焊接端进行点焊固定，并在所述主管道的自由端建立三维坐标系；其中，所述三维坐标系的原点与所述主管道自由端的中心重合；

步骤S3，对主管道进行焊接固定；在焊接过程中，对主管道的焊接端进行轴向收缩量监测，对主管道的自由端进行管口变形监测，并且根据变形量的情况对焊接操作进行调整。

优选的，在所述步骤S3中，对主管道的焊接端进行轴向收缩量监测时，首先在焊缝两侧的管道上分别设置监测点，然后对焊缝两侧监测点之间距离的变化进行监测，获得主管道焊接端的轴向收缩量。

进一步优选的，位于焊缝两侧的监测点沿管道的轴向布置，并且位于同一轴向直线上的两个监测点关于焊缝对称；焊缝每一侧的管道上至少设置四个监测点，所有监测点沿管道的圆周方向均布。

优选的，在所述步骤S2中，针对主管道中冷段的自由端建立三维坐标系时，所述三维坐标系的X轴垂直于主管道的轴线并且由外弧指向内弧，Y轴沿垂直地面向上的方向，Z轴沿主管道的轴线方向由自由端指向焊接端。

进一步优选的，在所述步骤S3中，对冷段的焊接端进行分层焊接；

其中，在进行前4-5层的焊接过程中：

当X＞收缩量换算值时，对下一层的焊接，首先进行外弧侧焊接，然后进行内弧侧焊接，并且相对于外弧侧的焊接，进行内弧侧焊接时降低热输入量；

当X＜收缩量换算值时，对下一层的焊接，首先进行内弧侧焊接，然后进行外弧侧焊接，并且相对于内弧侧的焊接，进行外弧侧焊接时降低热输入量；

其中，在进行后续焊层的焊接过程中：

当X＞收缩量换算值，Y＞0时，对下一层的焊接，首先进行内弧侧焊接，然后进行外弧侧焊接，其中内弧侧焊接和外弧侧焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于内弧侧的焊接，进行外弧侧焊接时增加热输入量；

当X＜收缩量换算值，Y＞0时，对下一层的焊接，首先进行外弧侧焊接，然后进行内弧侧焊接，其中内弧侧焊接和外弧侧焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于外弧侧的焊接，进行内弧侧焊接时增加热输入量；

当X＞收缩量换算值，Y≤0时，对下一层的焊接，首先进行内弧侧焊接，然后进行外弧侧焊接，并且相对于内弧侧的焊接，进行外弧侧焊接时增加热输入量；

当X＜收缩量换算值，Y≤0时，对下一层的焊接，首先进行外弧侧焊接，然后进行内弧侧焊接，并且相对于外弧侧的焊接，进行内弧侧焊接时增加热输入量；

其中，X表示每完成一层的焊接操作后，冷段自由端的靶球在所述三维坐标系中沿X轴的测量值；Y表示每完成一层的焊接操作后，冷段自由端的靶球在所述三维坐标系中沿Y轴的测量值；所述收缩量换算值为所述步骤3中主管道焊接端的轴向收缩量在自由端沿所述三维坐标系中X轴的分量。

进一步优选的，在进行后续焊层的焊接过程中，当Y＞0，进行内弧侧焊接和外弧侧焊接时，采用分段退焊的焊接方式，其中分段数量为2-4，并且Y值越大，分段数量越多。

优选的，在所述步骤S2中，针对主管道中热段的自由端建立三维坐标系时，所述三维坐标系的X轴垂直于主管道轴线，Y轴沿垂直地面向上的方向，Z轴沿主管道的轴线方向由自由端指向焊接端。

进一步优选的，在所述步骤S3中，对热段的焊接端进行分层焊接；

其中，在进行前4-5层的焊接过程中：

当X＞0时，对下一层的焊接，首先进行正X轴侧弧段焊接，然后进行负X轴侧弧段焊接，并且相对于正X轴侧弧段的焊接，进行负X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

当X＜0时，对下一层的焊接，首先进行负X轴侧弧段焊接，然后进行正X轴侧弧段焊接，并且相对于负X轴侧弧段的焊接，进行正X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

其中，在进行后续焊层的焊接过程中：

当X＞0，Y＞0时，对下一层的焊接，首先进行负X轴侧弧段焊接，然后进行正X轴侧弧段焊接，其中负X轴侧弧段焊接和正X轴侧弧段焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于负X轴侧弧段的焊接，进行正X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

当X＜0，Y＞0时，对下一层的焊接，首先进行正X轴侧弧段焊接，然后进行负X轴侧弧段焊接，其中正X轴侧弧段焊接和负X轴侧弧段焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于正X轴侧弧段的焊接，进行负X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

当X＞0，Y≤0时，对下一层的焊接，首先进行正X轴侧弧段焊接，然后进行负X轴侧弧段焊接，并且相对于正X轴侧弧段的焊接，进行负X轴侧弧段焊接时增加热输入量；

当X＜0，Y≤0时，对下一层的焊接，首先进行负X轴侧弧段焊接，然后进行正X轴侧弧段焊接，并且相对于负X轴侧弧段的焊接，进行正X轴侧弧段焊接时增加热输入量；

其中，X表示每完成一层的焊接操作后，热段自由端的靶球在所述三维坐标系中沿X轴的测量值；Y表示每完成一层的焊接操作后，热段自由端的靶球在所述三维坐标系中沿Y轴的测量值。

进一步优选的，在进行后续焊层的焊接过程中，当Y＞0，进行正X轴侧弧段焊接和负X轴侧弧段焊接时，采用分段退焊的焊接方式，其中分段数量为2-6，并且Y值越大，分段数量越多。

优选的，在所述步骤S3中，通过激光测量仪对靶球的空间位置进行测量，从而对主管道自由端的管口空间变形进行监测，其中测量时将主管道焊接端的焊层温度控制在80℃以下。

采用本发明的核电站主管道安装焊接变形监控方法，对主管道安装焊接过程的变形进行监控时，具有以下有益效果：

1、在本发明中，通过借助十字靶球工装将靶球安装固定在主管道的自由端，进而借助激光测量仪对靶球位置变化进行监测，从而获得主管道自由端的管口变形情况。这样，不仅可以保证获得的管口变形监测数据的精准度，而且检测过程中减少人力和人工操作的误差，提高监测效率和监测质量。

2、在本发明中，根据主管道中冷段和热段的形状、空间位置的不同，对其进行了不同的监测以及采取了不同的焊接调整方法。这样，在完成大概50％的熔覆厚度时，就实现了主管道焊接过程中管口变形的控制，使其可以与蒸汽发生器端的管口进行自然对接，从而大大提升了对主管道安装焊接过程控制的精准度，提高了主管道的安装质量。

附图说明

图1为主管道与反应堆压力容器和蒸汽发生器的安装连接俯视图；

图2为采用百分表监测方法时百分表与主管道之间的安装位置示意图；

图3为本发明核电站主管道安装焊接变形监控方法的流程示意图；

图4为本发明中十字靶球工装与主管道的安装示意图；

图5为本发明中在主管道自由端建立三维坐标系的示意图；

图6为本发明中主管道焊接端的监测点分布示意图；

图7为实施例中激光测量的X值与收缩量换算值之间的折线图；

图8为实施例中激光测量的Y值折线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍。

结合图3所示，采用本发明核电站主管道安装焊接变形监控方法，对主管道安装焊接过程进行变形监控和调整的具体步骤为：

步骤S1，在主管道的自由端设置靶球。

结合图4所示，完成主管道3焊接端的坡口加工后，并且在主管道3吊装至安装腔室前，借助十字靶心工装51将靶球52安装固定在主管道3的自由端，使靶球52的中心与主管道3的中心相互重合。其中，在安装靶球52的过程中，通过激光测量仪分别对靶球52的空间位置和主管道自由端的中心位置进行测量，同时配合对十字靶心工装51的调整，使靶球52的中心与主管道3的自由端中心重合。这样，在焊接过程中，通过监测靶球52的空间位置变化，即可获得主管道3的自由端管口在空间位置的变化。

步骤S2，对主管道的焊接端进行点焊固定，并在主管道的自由端建立三维坐标系。

结合图4和图5所示，完成靶球52的安装和主管道3的吊装后，对主管道3饿焊接端和反应堆压力容器1侧的对接管口进行点焊固定。当完成主管道3的焊接端与反应堆压力容器1之间的点焊固定后，利用激光测量仪在主管道自由端的中心位置建立一个三维坐标系，其中该三维坐标系的原点与主管道自由端的中心重合。此时，由于靶球52通过十字靶心工装51与主管道自由端的管口固定连接，这样通过测量焊接过程中靶球52在三维坐标系内位置的变化，即可获得主管道焊接端的管口在焊接过程中的变形状况。

由于主管道中冷段和热段的外形结构不同、空间布置位置不同，因此，在本发明中，针对冷段的自由端和热段的自由端分别建立三维坐标系，以便于更精准、更快捷的获取主管道自由端的管口变形状况。

结合图5所示，在冷段的自由端建立三维坐标系61时，将三维坐标系61的X轴垂直于冷段自由端的轴线并且由外弧指向内弧，Y轴沿垂直地面向上的方向，Z轴沿冷段的轴线方向由自由端指向焊接端。

结合图5所示，在热段的自由端建立三维坐标系62时，将三维坐标系62的X轴垂直于热段自由端的轴线，Y轴沿垂直地面向上的方向，Z轴沿热段的轴线方向由自由端指向焊接端。

步骤S3，对主管道进行焊接固定。

在完成靶球的设置、三维坐标系的建立以及其他必要的准备工作后，即可进行主管道的焊接操作。在焊接过程中，对主管道的焊接端进行轴向收缩量的监测，对主管道的自由端进行管口变形监测，并且根据监测获得的实时数据对焊接操作进行及时调整。

结合图6所示，在对主管道的焊接端进行轴向收缩量监测时，首先在焊缝两侧的管道上分别设置监测点7，然后对位于焊缝两侧的对应监测点7进行相互之间距离的监测，从而获得主管道在焊接端的轴向收缩量。

优选的，在本发明中，将焊缝两侧的监测点7沿管道的轴向布置，并且位于同一轴向直线上的两个监测点7关于焊缝对称，即焊缝两侧的监测点7距离各自管道端面的距离相等。例如，在本发明中，将每个监测点7与其所在管道的端面之间距离控制为50mm，并且通过划线的方式将监测点7的位置标记在管道的外表面，以便于后续焊接过程中随时对其进行测量。

此外，根据图6所示，在每侧的管道上设置了四个监测点7，并且四个监测点7沿管道的圆周方向均布。这样，通过对管道上多个位置的监测，可以获得更准确的轴向收缩量。同样，也可以根据管径的大小以及测量精度的要求，在管道的外圆周面上设置更多的测量点7，从而保证对主管道焊接端轴向收缩量的测量精准度。

优选的，在本发明中，借助激光测量仪对靶球的空间位置进行测量，从而对主管道自由端的管口变形进行监测。其中，在测量时将主管道焊接端的焊层温度控制在80℃以下，以便于待主管道的变形完全结束后再进行测量，从而保证测量结果的准确度。

另外，在对主管道的自由端进行管口变形监测，以及根据监测结果进行焊接调整时，由于冷段和热段的结构以及管口空间位置的不同，在本发明中对冷段和热段采用了不同的监测和焊接调整方式。

对冷段进行焊接时，根据步骤S2中对冷段自由端建立的坐标系，对冷段自由端的管口变形进行监测，并根据该监测结果对冷段焊接端的焊接操作进行调整。其中，对冷段焊接端的焊接操作采用分层焊接，具体监测过程和焊接调整过程如下：

在对冷段焊接端进行前4-5层的焊接过程中：

当X＞收缩量换算值时，对下一层的焊接操作，首先进行外弧侧焊接，然后进行内弧侧焊接，并且相对于外弧侧的焊接，进行内弧侧焊接时降低热输入量；

当X＜收缩量换算值时，对下一层的焊接操作，首先进行内弧侧焊接，然后进行外弧侧焊接，并且相对于内弧侧的焊接，进行外弧侧焊接时降低热输入量。

在对冷段焊接端进行后续焊层的焊接过程中：

当X＞收缩量换算值，Y＞0时，对下一层的焊接操作，首先进行内弧侧焊接，然后进行外弧侧焊接，其中内弧侧焊接和外弧侧焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于内弧侧的焊接，进行外弧侧焊接时增加热输入量；

当X＜收缩量换算值，Y＞0时，对下一层的焊接操作，首先进行外弧侧焊接，然后进行内弧侧焊接，其中内弧侧焊接和外弧侧焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于外弧侧的焊接，进行内弧侧焊接时增加热输入量；

当X＞收缩量换算值，Y≤0时，对下一层的焊接操作，首先进行内弧侧焊接，然后进行外弧侧焊接，并且相对于内弧侧的焊接，进行外弧侧焊接时增加热输入量；

当X＜收缩量换算值，Y≤0时，对下一层的焊接操作，首先进行外弧侧焊接，然后进行内弧侧焊接，并且相对于外弧侧的焊接，进行内弧侧焊接时增加热输入量。

其中，结合图5所示，X表示每完成一层的焊接操作后，冷段自由端的靶球在三维坐标系61中沿X轴的测量值；Y表示每完成一层的焊接操作后，冷段自由端的靶球在三维坐标系61中沿Y轴的测量值；收缩量换算值为每完成一层的焊接操作后，冷段焊接端的轴向收缩量沿三维坐标系61中X轴的分量。

其中，在进行后续焊层的焊接过程中，当Y＞0，进行内弧侧焊接和外弧侧焊接时，采用分段退焊的焊接方式，其中分段数量为2-4，并且Y值越大，分段数量越多。

在上述冷段的焊接过程中，如果Y值没有变化，则表示冷段焊接端在竖直方向上为均匀收缩，如果Y值有变化，则表示冷段焊接端在竖直方向上发生收缩变化，其中Y＞0时，冷段自由端的管口发生上翘，Y＜0时，冷段自由端的管口发生下耷；Z值代表冷段自由端的管口沿冷段轴线方向的变化，由于只要进行管道组对焊接就会发生管道的轴向收缩，有轴向收缩，就会引起Z值的变化，但是由于其收缩是沿轴线方向的，与管口的变形无关，所以在焊接过程中可以省略对Z值的监测；X值代表冷段自由端的管口沿三维坐标系中X轴的变化，该变化是由冷段焊接端沿X轴方向的收缩引起。

对热段进行焊接时，根据步骤S2中对热段自由端建立的坐标系，对热段自由端的管口变形进行监测，并根据该监测结果对热段焊接端的焊接操作进行调整。其中，对热段焊接端的焊接操作采用分层焊接，具体监测过程和焊接调整过程如下：

在对热段焊接端进行前4-5层的焊接过程中：

当X＞0时，对下一层的焊接操作，首先进行正X轴侧弧段焊接，然后进行负X轴侧弧段焊接，并且相对于正X轴侧弧段的焊接，进行负X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

当X＜0时，对下一层的焊接操作，首先进行负X轴侧弧段焊接，然后进行正X轴侧弧段焊接，并且相对于负X轴侧弧段的焊接，进行正X轴侧弧段焊接时降低热输入量。

在对热段焊接端进行后续焊层的焊接过程中：

当X＞0，Y＞0时，对下一层的焊接操作，首先进行负X轴侧弧段焊接，然后进行正X轴侧弧段焊接，其中负X轴侧弧段焊接和正X轴侧弧段焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于负X轴侧弧段的焊接，进行正X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

当X＜0，Y＞0时，对下一层的焊接操作，首先进行正X轴侧弧段焊接，然后进行负X轴侧弧段焊接，其中正X轴侧弧段焊接和负X轴侧弧段焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于正X轴侧弧段的焊接，进行负X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

当X＞0，Y≤0时，对下一层的焊接操作，首先进行正X轴侧弧段焊接，然后进行负X轴侧弧段焊接，并且相对于正X轴侧弧段的焊接，进行负X轴侧弧段焊接时增加热输入量；

当X＜0，Y≤0时，对下一层的焊接操作，首先进行负X轴侧弧段焊接，然后进行正X轴侧弧段焊接，并且相对于负X轴侧弧段的焊接，进行正X轴侧弧段焊接时增加热输入量。

其中，结合图5所示，X表示每完成一层的焊接操作后，热段自由端的靶球在三维坐标系62中沿X轴的测量值；Y表示每完成一层的焊接操作后，热段自由端的靶球在三维坐标系62中沿Y轴的测量值。

其中，在进行后续焊层的焊接过程中，当Y＞0，进行正X轴侧弧段焊接和负X轴侧弧段焊接时，采用分段退焊的焊接方式，其中分段数量为2-6，并且Y值越大，分段数量越多。

在上述热段的焊接过程中，如果Y值没有变化，则表示热段焊接端在竖直方向上为均匀收缩，如果Y值有变化，则表示热段焊接端在竖直方向上发生收缩变化，其中Y＞0时，热段自由端的管口发生上翘，Y＜0时，热段自由端的管口发生下耷；Z值代表热段自由端的管口沿热段轴线方向的变化，由于只要进行管道组对焊接就会发生管道的轴向收缩，有轴向收缩，就会引起Z值的变化，但是由于其收缩是沿轴线方向的，与管口的变形无关，所以在焊接过程中可以省略对Z值的监测；X值代表热段自由端的管口沿三维坐标系中X轴的变化，该变化是由热段焊接端沿X轴方向的收缩引起。

优选的，在本发明中，无论是在冷段焊接过程中还是在热段焊接过程中，均可以通过在工艺评定范围内对焊接电流、送丝速度以及焊接速度等参数进行调整实现对焊接热输入量的控制，从而对焊接变形进行调整。

另外，在本发明中，无论是对冷段进行焊接还是对热段进行焊接，对焊接操作的调整方式均是以焊接的前4-5层为分界线，这是由于在前几层的焊接过程中，由于此时管道之间的约束度较小，先焊接侧的收缩量都会比较大。所以，将焊接的前4-5层作为分界线，并且在前4-5层的焊接调整过程中，只考虑自由端管口沿X轴的变化即可，不需要考虑自由端管口沿Y轴的变化影响。

在实际焊接过程中，对冷段和热段的焊接调整原理相同，而且相对冷段来说，热段焊接的变形控制主要是沿Y轴的上下方向，其沿X轴左右方向的变化较小，因此对热段的焊接控制相对容易。接下来，以对其中一个冷段的焊接为实施例，对本发明的方案作进一步的介绍。

在焊接过程中，由于冷段的弯头为水平弯，因此如果冷段焊接端的焊口为均匀收缩，则冷段的自由端沿Y轴不发生变化，反之如果冷段的自由端沿Y轴发生变化，则体现为冷段自由端的管口上翘或下耷。由于轴向收缩的存在，必然导致冷段自由端沿Z轴变化，但是冷段自由端沿Z轴的变化，不影响冷段自由端的管口变形，所以可以不考虑。同样，由于轴向收缩的存在，冷段自由端也会沿X轴变化，并且通常是沿正X轴方向变化，该值的大小即为冷段焊接端的收缩量在冷段自由端沿X轴的分量。

表1为对冷段的焊接端进行前17层的焊接过程中，每完成一层焊接后获得的监测数据。其中，监测数据主要包括收缩量换算值以及冷段自由端的靶球沿X轴的测量值和沿Y轴的测量值。

表1

结合表1和图7可知，完成每层焊接操作后，虽然测量获得的X值与收缩量换算值不完全相同，并且两者之间的大小关系也并不确定，但是通过对焊接操作的调整，随着焊层的增加，X值与收缩量换算值逐渐趋于相等。其中，当焊接至第17层时，即熔敷金属厚度达50％左右时，两值的变化趋于稳定并两值间的差值缩小至0.02mm，基本实现了重合，实现了主管道焊接过程中对管口变形的调整目的，此时冷段的自由端管口可以实现与蒸汽发生器端的管口进行自然对口。

接下来，根据上述层数为2、5和16这3个典型位置处获得的数据，对沿X轴方向的焊接操作进行分析。

对于第2层来说，激光测量获得的X值比收缩量换算值大，说明此时冷段自由端的管口反变形回复过大。这是由于焊接的前2层分别为打底层和热焊层，其中，打底层为周向焊接，为保证背面成型质量，先焊接了组对间隙相对小的一边，而热焊层是紧接着打底层焊接，焊缝维持在较热的状态，此时焊接端的变形未必结束，因此测量获得的X值只做为参考，并且根据焊接收缩规律，前几层的收缩量通常比较大，因此第2层焊接后测量获得的X值与收缩量换算值之间的差异较大。这样，在进行第3层的焊接时，采取先进行外弧侧焊接，再进行内弧侧焊接，并且在工艺评定范围内调整电流、送丝速度以及行走速度等参数，使外弧侧焊接的热输入量大于内弧侧焊接的热输入量，增加冷段外弧侧的收缩量，降低X值比收缩量换算值之间的差异。

对于第5层来说，激光测量获得的X值比收缩量换算值小，说明此时冷段自由端的管口反变形回复偏小。对比完成第4层焊接后获得的数据来看，焊接第5层时，已对焊接顺序或焊接工艺参数进行了调整。这样，在进行第6层的焊接时，采取先进行内弧侧焊接，再进行外弧侧焊接，并且在工艺评定范围内调整电流、送丝速度以及行走速度等参数，使内弧侧焊接的热输入量大于外弧侧焊接的热输入量，增加冷段内弧侧的收缩量，继续缩小降低X值比收缩量换算值之间的差异。

对于第16层来说，激光测量获得的X值与收缩量换算值接近，说明此时冷段自由端的管口反变形回复正常，而且从第12层开始，X值的变化减小，这也正好符合焊接收缩规律。此时，如果不考虑Y值的话，在后续的焊接过程中，可以保持内弧侧焊接和外弧侧焊接参数相同，进行内弧侧和外弧侧的交叉焊接即可。

接下来，结合表1和图9，根据层数为2、5和16这3个典型位置处获得的数据，对沿Y轴方向的焊接操作进行分析。

从表1可以看出在本实施例中，Y值始终处于大于0的状态，说明在完成点焊固定以及后续的整个焊接过程中，冷段自由端的管口始终处于上翘状态。因此，针对本实施例中对Y值的调整目的是将其变形量降低，直至调整至与点焊固定后的值相近。

对于第2层来说，激光测量获得的Y值为1.4远大于0.19，其中0.19为完成冷段焊接端的点焊固定后，对冷段自由端的靶球进行位置测量时获得的Y值。此时，如果单纯从控制焊接变形的要求来分析，接下来适宜采取分段退焊，将热源尽量控制在下部区域。但是，由于此时的焊缝熔敷金属较薄只有3.8，而下一层的焊接深度会比较深，这样采用分段退焊不利于保证焊接质量。综合考虑并结合上述对X值的分析，第3层的焊接采取从下往上的焊接，并且先进行外弧侧焊接，再进行内弧侧焊接，在工艺评定范围内调整电流、送丝速度以及行走速度等参数，使外弧侧焊接的热输入量大于内弧侧焊接的热输入量。

对于第5层来说，激光测量获得的Y值为0.85仍大于0.19，在考虑满足控制变形要求和保证焊接质量的情况下，此时第6层的焊接可以采用分段退焊。综合考虑并结合上述对X值的分析，第6层的焊接采取，首先进行冷段外弧侧的焊接且分2段退焊；然后进行冷段内弧侧的焊接且分2段退焊，并且在工艺评定范围内调整电流、送丝速度以及行走速度等参数，使内弧侧焊接的热输入量大于外弧侧焊接的热输入量。

对于第16层来说，激光测量获得的Y值为0.04与目标值0.19接近，结合对第16层X值的分析，此时冷段自由端的管口反变形预留正确，回复正常。这样，对第17层进行焊接时，内弧侧的焊接参数与外弧侧的焊接参数可以保持相同，焊接方向由下向上，内弧侧焊接和外弧侧焊接交叉变换即可。

Claims (10)

1.一种核电站主管道安装焊接变形监控方法，其特征在于，该监控方法包括以下步骤：

步骤S1，在主管道的自由端设置靶球；其中，所述靶球的中心与所述主管道的中心重合设置；

步骤S2，对主管道的焊接端进行点焊固定，并在所述主管道的自由端建立三维坐标系；其中，所述三维坐标系的原点与所述主管道自由端的中心重合；

步骤S3，对主管道进行焊接固定；在焊接过程中，对主管道的焊接端进行轴向收缩量监测，对主管道的自由端进行管口变形监测，并且根据变形量的情况对焊接操作进行调整。

2.根据权利要求1所述的核电站主管道安装焊接变形监控方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对主管道的焊接端进行轴向收缩量监测时，首先在焊缝两侧的管道上分别设置监测点，然后对焊缝两侧监测点之间距离的变化进行监测，获得主管道焊接端的轴向收缩量。

3.根据权利要求2所述的核电站主管道安装焊接变形监控方法，其特征在于，位于焊缝两侧的监测点沿管道的轴向布置，并且位于同一轴向直线上的两个监测点关于焊缝对称；焊缝每一侧的管道上至少设置四个监测点，所有监测点沿管道的圆周方向均布。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的核电站主管道安装焊接变形监控方法，其特征在于，在所述步骤S2中，针对主管道中冷段的自由端建立三维坐标系时，所述三维坐标系的X轴垂直于主管道的轴线并且由外弧指向内弧，Y轴沿垂直地面向上的方向，Z轴沿主管道的轴线方向由自由端指向焊接端。

5.根据权利要求4所述的核电站主管道安装焊接变形监控方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对冷段的焊接端进行分层焊接；

其中，在进行前4-5层的焊接过程中：

当X＞收缩量换算值时，对下一层的焊接，首先进行外弧侧焊接，然后进行内弧侧焊接，并且相对于外弧侧的焊接，进行内弧侧焊接时降低热输入量；

当X＜收缩量换算值时，对下一层的焊接，首先进行内弧侧焊接，然后进行外弧侧焊接，并且相对于内弧侧的焊接，进行外弧侧焊接时降低热输入量；

其中，在进行后续焊层的焊接过程中：

当X＞收缩量换算值，Y＞0时，对下一层的焊接，首先进行内弧侧焊接，然后进行外弧侧焊接，其中内弧侧焊接和外弧侧焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于内弧侧的焊接，进行外弧侧焊接时增加热输入量；

当X＜收缩量换算值，Y＞0时，对下一层的焊接，首先进行外弧侧焊接，然后进行内弧侧焊接，其中内弧侧焊接和外弧侧焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于外弧侧的焊接，进行内弧侧焊接时增加热输入量；

当X＞收缩量换算值，Y≤0时，对下一层的焊接，首先进行内弧侧焊接，然后进行外弧侧焊接，并且相对于内弧侧的焊接，进行外弧侧焊接时增加热输入量；

当X＜收缩量换算值，Y≤0时，对下一层的焊接，首先进行外弧侧焊接，然后进行内弧侧焊接，并且相对于外弧侧的焊接，进行内弧侧焊接时增加热输入量；

其中，X表示每完成一层的焊接操作后，冷段自由端的靶球在所述三维坐标系中沿X轴的测量值；Y表示每完成一层的焊接操作后，冷段自由端的靶球在所述三维坐标系中沿Y轴的测量值；所述收缩量换算值为所述步骤3中主管道焊接端的轴向收缩量在自由端沿所述三维坐标系中X轴的分量。

6.根据权利要求5所述的核电站主管道安装焊接变形监控方法，其特征在于，在进行后续焊层的焊接过程中，当Y＞0，进行内弧侧焊接和外弧侧焊接时，采用分段退焊的焊接方式，其中分段数量为2-4，并且Y值越大，分段数量越多。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的核电站主管道安装焊接变形监控方法，其特征在于，在所述步骤S2中，针对主管道中热段的自由端建立三维坐标系时，所述三维坐标系的X轴垂直于主管道轴线，Y轴沿垂直地面向上的方向，Z轴沿主管道的轴线方向由自由端指向焊接端。

8.根据权利要求7所述的核电站主管道安装焊接变形监控方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对热段的焊接端进行分层焊接；

其中，在进行前4-5层的焊接过程中：

当X＞0时，对下一层的焊接，首先进行正X轴侧弧段焊接，然后进行负X轴侧弧段焊接，并且相对于正X轴侧弧段的焊接，进行负X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

当X＜0时，对下一层的焊接，首先进行负X轴侧弧段焊接，然后进行正X轴侧弧段焊接，并且相对于负X轴侧弧段的焊接，进行正X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

其中，在进行后续焊层的焊接过程中：

当X＞0，Y＞0时，对下一层的焊接，首先进行负X轴侧弧段焊接，然后进行正X轴侧弧段焊接，其中负X轴侧弧段焊接和正X轴侧弧段焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于负X轴侧弧段的焊接，进行正X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

当X＜0，Y＞0时，对下一层的焊接，首先进行正X轴侧弧段焊接，然后进行负X轴侧弧段焊接，其中正X轴侧弧段焊接和负X轴侧弧段焊接均采用分段退焊的焊接方式，并且相对于正X轴侧弧段的焊接，进行负X轴侧弧段焊接时降低热输入量；

当X＞0，Y≤0时，对下一层的焊接，首先进行正X轴侧弧段焊接，然后进行负X轴侧弧段焊接，并且相对于正X轴侧弧段的焊接，进行负X轴侧弧段焊接时增加热输入量；

当X＜0，Y≤0时，对下一层的焊接，首先进行负X轴侧弧段焊接，然后进行正X轴侧弧段焊接，并且相对于负X轴侧弧段的焊接，进行正X轴侧弧段焊接时增加热输入量；

其中，X表示每完成一层的焊接操作后，热段自由端的靶球在所述三维坐标系中沿X轴的测量值；Y表示每完成一层的焊接操作后，热段自由端的靶球在所述三维坐标系中沿Y轴的测量值。

9.根据权利要求8所述的核电站主管道安装焊接变形监控方法，其特征在于，在进行后续焊层的焊接过程中，当Y＞0，进行正X轴侧弧段焊接和负X轴侧弧段焊接时，采用分段退焊的焊接方式，其中分段数量为2-6，并且Y值越大，分段数量越多。

10.根据权利要求1-3中任意一项所述的核电站主管道安装焊接变形监控方法，其特征在于，在所述步骤S3中，通过激光测量仪对靶球的空间位置进行测量，从而对主管道自由端的管口空间变形进行监测，其中测量时将主管道焊接端的焊层温度控制在80℃以下。