某核電機組鋼襯里焊接質量控制

廖訓龍

摘 要：介紹了某核電機組反應堆安全殼鋼襯里焊接的基本情況；分析了鋼襯里焊接質量控制模式——特有的內部和外部控制模式為實現鋼襯里焊接質量控制提供了保證；總結了鋼襯里焊接質量控制的基本要求。鋼襯里焊接射線探傷一次合格率99.7%，表明核電機組鋼襯里焊接質量始終處于受控狀態。通過對核電機組鋼襯里焊接質量控制實踐總結，提出了鋼襯里焊接質量控制的改進方向，為后續機組提供了有益的借鑒。

關鍵詞：核電機組 鋼襯里 焊接 質量控制

中圖分類號：TG457 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0150-03

某核電機組安全殼是一個內徑36 m，外徑38 m，壁厚為1 m的預應力鋼筋混凝土圓筒體，三心園蝶形頂。安全殼內部鋼襯里正是基于密封性能的重要考慮，抵御異常事故工況下的核污染擴散[1]。該機組鋼襯里由底板、筒體和穹頂三大部分組成，鋼襯里施工包括車間預制焊接和現場安裝焊接兩個階段。由于該機組鋼襯里屬于核安全等級2級、質量保證等級QA1控制范圍內的物項，因而控制其焊接質量至關重要。

底板鋼襯里為直徑36 000 mm的圓形結構，主要采用δ=6 mm的Q245R鋼板，底板鋼襯里車間預制焊縫總長度約140 m，現場安裝焊縫總長度約1 000 m。底板鋼襯里結構總重量約135 t，其中鋼板重約95 t。筒體鋼襯里外徑為36 012 mm，高4 606 mm，是以δ=6 mm的Q245R鋼板拼焊成。筒身鋼襯里車間預制和現場安裝焊縫總長度基本相同，均約為1 500 m；筒身鋼襯里壁板結構總重量約405t，其中鋼板重約287噸。穹頂鋼襯里由球冠及圓環帶兩部分組成，球冠的外半徑為27 008 mm，圓環帶外半徑為4 508 mm，鋼襯里穹頂的下口外徑為36 016 mm，全高為9 008 mm。穹頂鋼襯里為雙曲面薄殼形結構，采用δ=8 mm的Q245R鋼板。穹頂鋼襯里車間預制焊縫總長度約500 m，現場安裝焊縫總長度約400 m。穹頂鋼襯里壁板結構總重量約133 t，其中鋼板重約88 t。

鋼襯里焊接方法為手工電弧焊、CO2氣體保護焊和埋弧自動焊，在車間的拼板焊接主要是采用埋弧自動焊進行拼焊。表1列出了鋼襯里主要采用的焊接方法和焊接材料。

1 鋼襯里焊接質量控制模式

某核電項目采用質量控制（QC）、質量保證（QA）、質量監督（QS）以及業主/核安全局參與/監督有機結合的質量控制模式，這種特有的模式為實現鋼襯里焊接質量控制要求提供了保證。鋼襯里焊接質量控制采用土建分包商現場施工班組/技術員、質量控制（QC）、質量保證（QA）和總承包商質量監督（QS）和質量保證（QA）、業主和核安全管理當局對鋼襯里焊接質量內部和外部控制有機結合的運作機制。

2 鋼襯里焊接質量控制基本要求

2.1 熟悉技術條件和標準規范、編制施工方案

核電機組反應堆安全殼鋼襯里由某設計院設計，編制安全殼鋼襯里施工圖和安全殼鋼襯里專用技術條件供施工使用，在其專用技術條件中大量直接引用了ASME、ASTM、GB、JB等標準規范。鋼襯里焊接施工過程中要確保技術人員、施工人員、質檢人員等熟悉和掌握相關圖紙、技術條件和標準規范，施工前要做好技術交底工作，嚴格按標準規范控制鋼襯里焊接。

編制完善可行的施工方案是鋼襯里焊接控制的先決條件。施工方案由專業工程師交底并下發到施工班組嚴格執行；施工中，由分包商、總承包商、業主、核安全局各級質量檢查人員現場監督，確保按程序施工，如作業人員不按程序操作，檢查人員立即提出糾正。

2.2 特種作業人員資格管理

2.2.1 焊工

焊工資格問題關系重大，國內核電工程焊工按HAF603《民用核安全設備焊工焊接操作工的資格管理規定》進行管理。鑒于此機組屬于境外工程，鋼襯里焊工資格按照設計院專用技術條件《某工程安全殼鋼襯里結構施工現場焊工技能考核》進行管理，分包商成立焊工考核委員會，對焊工進行培訓、考核，總承包商人員進行過程見證，焊工考試合格頒發相應的資格證書，鋼襯里焊工資格建立臺賬進行維護，確保施焊焊工資格符合要求。

2.2.2 無損檢驗人員

鋼襯里主要采用目視檢驗（簡稱VT）、滲透檢驗（簡稱PT）、磁粉檢驗（簡稱MT）、射線檢驗（簡稱RT）、超聲檢驗（簡稱UT）和泄漏檢驗（簡稱LT）。無損檢驗人員資格管理按HAF602《民用核安全設備無損檢驗人員資格管理規定》進行管理。鋼襯里施工過程中，曾出現過兩起無損檢驗人員超資格范圍檢驗的質量事件，影響了中方的信譽，也在一定程序上影響了工程進度，給核電機組管理造成了較大影響。兩起事件的根本原因是分包商無損檢驗人員不足，另外人員回國休假又加劇了這一問題。

2.3 鋼襯里檢查和試驗計劃的執行

現場每項施工作業活動開始之前，先要編制相應的檢查和試驗計劃。鋼襯里核安全級別2級、質量保證等級QA1是土建施工活動中質量控制要求最高的活動之一，檢查和試驗計劃由分包商編制、審核、批準后，報總承包商、業主和核安全當局審核并設置見證點。

鋼襯里包括物項名稱、部位和區域、驗收標準、停工待檢和見證點、檢查內容、以及負責實施檢查單位或個人等內容。編制原則要確保作業工序無遺漏，施工邏輯順序與施工方案一致，施工作業依據的文件的正確性和有效性。各級質量控制、監督和保證人員根據自己在ITP中的設點情況進行焊縫組對、拼裝等驗收記錄是否齊全、合格，焊縫焊接記錄與圖紙是否一致，焊接記錄和報告完整、內容正確，不符合項是否關閉等鋼襯里施工活動的關鍵工序和內容的現場驗證和文件驗證。

3 鋼襯里焊接質量全過程控制

從焊工、焊機、材料、焊接工藝評定的準備到編制焊接工藝卡、焊接作業、焊后熱處理和最終焊縫檢驗，對鋼襯里焊接質量的全過程進行控制。

3.1 焊前人、機、料、法、環的控制

焊工考核合格，焊工合格項目能夠全部覆蓋焊接作業的需要。焊機所用的電流表、電壓表、流量計等計量器具，標定合格并在有效期內。鋼襯里的鋼板、焊材等材料由分包商自檢合格后報驗，總承包商行進場驗收，確保鋼襯里施工過程中所用材料軟件、硬件完好、齊全，符合技術條件要求，鋼襯里鋼板和焊材除具有完整的質量證明書外還必須有復驗報告，對焊材在貯存、出庫、烘干、發放和回收等各環節進行控制，并形成記錄。鋼襯里施焊前應按要求編制完成焊接工藝評定、焊接工藝卡、焊接方案等。由于核電所在國屬亞熱帶沙漠氣候，氣候炎熱，夏季時間長，最高氣溫可達50℃以上，雷雨大風及沙塵暴較為頻繁，根據此特殊環境，HXCC在方案中制定了相應的措施，確保焊接質量不受環境因素影響。

3.2 焊接實施過程中監督檢查注意事項

鋼襯里焊接實施過程的質量控制是全過程控制的重要階段。施焊中按焊接工藝卡要求，焊工在工藝參數范圍內選擇焊接電流、焊接電壓和焊接速度；在可選用的焊接工藝參數范圍內，使用小的焊接電流。焊接實施過程的監督檢查應注意焊接區域的打磨。鋼襯里底板環板焊接過程中曾發生，焊縫余高超出技術條件要求而未進行相應的打磨處理的問題，簡單的打磨不到位現象卻引起了業主的關注，也給中方信譽造成了一定的影響。焊接實施過程中的監督檢查還應注意焊接變形的有效控制。鋼襯里車間預制的鋼板大而薄，壁板現場安裝尺寸大，鋼襯里上的貫穿件、加厚板較多且焊縫集中，需重視焊接變形的控制。通過優化施工工藝可以減少施工中的焊接變形。另外，對于牛腿等焊縫厚度較大、要求高的構件，應注意焊前預熱和焊后熱處理的控制。

3.3 注重焊后檢驗，做好鋼襯里焊接質量最后把關工作

鋼襯里焊后質量檢驗方法主要是無損檢驗。鋼襯里焊縫無損檢驗方法和檢驗數量嚴格執行按圖紙或技術條件要求。無損檢驗應按相關專用無損檢驗技術條件和程序操作。無損檢驗過程中，應注意焊縫及熱影響區的表面清潔、溫度、檢驗時機、負壓力、時間等相關參數的控制，并確保檢驗結果按技術條件驗收標準執行。

4 鋼襯里焊接質量控制現狀及改進方向

完成的鋼襯里焊接射線探傷片子總數2099張，返修共6張，無損探傷一次合格率99.7%，鋼襯里焊接質量始終處于受控狀態。鋼襯里焊接施工歷經兩年多時間，跨度時間長，涉及因素多，焊接質量雖經各方控制完全達到設計要求，但其控制過程是在不斷解決影響質量問題中實現的，總結經驗和改進方向如下。

4.1 分包商投入鋼襯里施工的人力資源不足

從事鋼襯里焊接工作的包括技術人員、質檢人員、工人等，其技術人員大多是近幾年畢業的學生，缺乏實際工作經驗、解決現場技術問題能力不足、質量保證意識也欠缺；質檢人員不足2人、實物檢查工作量大，不能有效保證分包商自身檢查質量；中方有經驗的操作工人數量也不足。鋼襯里技術人員、質檢人員的技術水平有待于進一步提高。另外，由于該核電機組屬境外項目，與所在國日常溝通及交工資料均需用英語，這也給工作帶來了極大的不便，有時英文翻譯錯誤就會引起彼此的誤解，這就要求從事鋼襯里人員有一定的英語水平。通過增加投入人力資源，以老帶新，加強技術和質量保證方面的培訓等方式，逐漸改善鋼襯里施工的人力資源現狀和提高人員的水平和能力，從而達到保證焊接質量目的。

4.2 焊接作業的安全防護問題。

安全殼是一個半密閉的筒形體，采用手工電弧焊進行焊接，飛濺極易引起燙傷，亂扔焊條頭可引起火災，焊接和碳弧氣刨產生的煙塵和大量的打磨作業產生粉塵沉積在安全殼內，對鋼襯里焊接操作和檢查人員均造成一定的傷害，并對焊接質量造成間接影響。采用焊接通風，穿戴防護用品，樹立文明、規范施工意識等措施營造安全的焊接作業環境，間接保證焊接質量。

4.3 鋼襯里焊縫表面缺陷問題。

鋼襯里現場施工過程中，易出現的焊接缺陷主要有氣孔、夾渣、咬邊（連續咬邊）、過渡不均勻、過分打磨及打磨不到位、焊縫余高偏大、焊縫寬度不均勻、波浪焊縫等。氣孔、夾渣缺陷主要來源于被焊金屬坡口表面、焊接層間清理不干凈，外來物混入；咬邊（連續咬邊）、過渡不均勻主要是焊工操作不當或電弧過長；過分打磨及打磨不到位、焊縫余高偏大主要是焊工操作和檢查人員未檢查到位造成的；點焊質量較差（點焊焊縫存在氣孔、裂紋、夾渣、咬邊等現象）、襯里板上存在隨意引弧現場、組對間隙不均勻現象。這些外部缺陷多容易使焊件承載后產生應力集中點，或者減小了焊縫的有效截面積而使得焊縫強度降低。采用提高焊工操作水平、規范焊接作業、加大檢查力度等措施減少鋼襯里焊縫表面缺陷。

4.4 焊接施工質量與進度協調問題。

“質量第一”是施工中一貫堅持的原則，但在強大的核電工程進度壓力下，如何協調質量與進度二者關系是管理者必須面對的。鋼襯里焊接作業集中、熱輸入量過大，易造成鋼襯里焊接收縮變形；如果再加上違反焊接作業順序，則會出現嚴重的焊接質量問題。核島底板H層混凝土（標高：-2.750 m）和二次找平層混凝土（標高：-2.600 m）間局部產生的水平縫隙，第一層和第二層鋼襯里筒體壁板出現較大的焊接變形就是為追求施工進度而變更焊接作業順序造成的。鋼襯里底板焊接合理的焊接作業順序是：先焊底板與底板之間的短焊縫，由兩人從中間開始向兩端分段退焊法，分段長度不超過500 mm；短焊縫焊完后，再焊接底板與底板之間的長焊縫，焊接方法相同；底板邊緣板與筒壁之間的角焊縫焊接時，由數名焊工均布在圓周上，采用逆向對稱分段退焊法；最后，焊接邊緣板與中部板之間的環向連接焊縫，焊接方法同邊緣板與筒壁的焊接。在安全殼第一層混凝土未施工的情況下，違反鋼襯里底板焊接作業順序，在底板與底板之間短焊縫和長焊縫焊完后，先焊接邊緣板與中部板之間的環向連接焊縫，最后焊接底板邊緣板與筒壁之間的角焊縫。此外，為加快底板鋼襯里焊接施工進度，鋼襯里底板邊緣板與筒壁之間的角焊縫焊接時由幾名焊工同時焊接，焊縫成型過快，產生較大的焊接收縮應力。違反焊接作業順序是主要原因，加快底板焊接施工進度是次要原因，從而造成了核島底板H層混凝土（標高：-2.750 m）和二次找平層混凝土（標高：-2.600 m）間局部產生水平縫隙，第一層和第二層鋼襯里筒體壁板出現較大焊接變形。后來雖通過切除鋼襯里底板、找平層混凝土鑿除、拉索校正鋼襯里壁板、混凝土二次澆筑、安全殼第一層混凝土澆筑、切除部分底板重新鋪設等措施得到妥善解決，但也因此耽誤工期近二個月。

5 結語

（1）鋼襯里焊接質量控制模式——特有的內部和外部控制模式為實現鋼襯里焊接質量控制提供了保證。

（2）熟悉技術條件和標準規范、編制施工方案，對特種作業人員資格管理，鋼襯里檢查和試驗計劃的執行構成了鋼襯里焊接質量控制的三個基本要求。

（3）通過對鋼襯里焊接質量全過程控制，已預制和安裝完成的鋼襯里焊接射線探傷一次合格率99.7%，表明鋼襯里焊接質量始終處于受控狀態。

（4）核島底板H層混凝土（標高：-2.750 m）和二次找平層混凝土（標高：-2.600 m）間局部產生的水平縫隙，第一層和第二層鋼襯里筒體壁板出現較大的焊接變形就是為追求施工進度而變更焊接作業順序造成的。

（5）鋼襯里焊接質量控制經驗為后續機組提供了有益的借鑒。

參考文獻

[1]李小將，梁招瑞，張心斌，等.核電站安全殼鋼襯里作用探討[J].工業建筑，2012，42（S1）：179-182.

[2]吳國旸，宋新立，仲悟之，等.大型壓水堆核電機組建模研究[J].電力科學與技術學報，2012（2）：31-36.

[3]王勇，孫殿東，王長順，等.模擬焊后熱處理對SA-738Gr.B鋼板組織及韌性的影響[J].壓力容器，2014（1）：10-14.