RCC-M S篇在核電站不銹鋼覆面焊接施工中的應用

曹榮華

（中國核工業華興建設有限公司核電工程事業部防城港項目部，廣西防城港 538003）

RCC-M S篇在核電站不銹鋼覆面焊接施工中的應用

曹榮華

（中國核工業華興建設有限公司核電工程事業部防城港項目部，廣西防城港 538003）

RCC-M即《壓水堆核島機械設備設計和建造規則》是二代加核電站核島設備建造的主要標準。本文旨在對RCC-M S篇在二代加堆型核電站不銹鋼覆面（屬核二級設備）焊接施工中的焊接填充材料驗收及評定、焊接工藝評定和產品焊接方面的進行總結，對不銹鋼覆面焊接施工過程中出現的問題提出解決辦法以及注意事項，為其他類似核電站不銹鋼焊接施工提供參考。

核電站 不銹鋼覆面 焊材驗收 焊材評 評定試件 產品焊接

1 引言

隨著二代加堆型核電項目群堆建造的展開，二代加堆型堆型的核電站逐漸在增多，這些核電站中不銹鋼覆面的焊接施工均依據RCC-MS篇（2000版+2002年補遺，以下簡稱“RCC-MS篇”）。由于國內沒有相關權威機構對RCC-MS篇的各條款解釋，在應用過程中往往出現不同的理解，導致出現不同的做法。本文針對在二代加堆型不銹鋼覆面焊接施工中的焊接材料驗收及評定、焊接工藝評定和產品焊接等方面，來如何運用RCC-MS篇進行總結，望能給相關項目的不銹鋼覆面施工人員有所參考。

表1 焊材的驗收項目

表2 不銹鋼焊條每“批”的數量

表3 焊材的評定項目

表4 母材厚度的有效性范圍 單位：mm

2 焊材驗收及評定

焊接填充材料（簡稱“焊材”）的驗收與焊材評定緊緊相關，只有驗收合格的焊材才能進行焊材的評定，但焊材的驗收可代替焊材的評定中平焊位置無稀釋區熔敷金屬試驗。

2.1 焊材的驗收

2.1.1 驗收項目

根據RCC-M/S篇第S2000規定，不銹鋼覆面用焊條、焊絲的驗收項目見表1。

圖1 焊材驗收試板尺寸

圖2 試樣取樣部位示意圖注：焊絲化學成分分析直接從焊絲上截取；焊條化學成分分析從高溫拉伸試樣的延伸部分或該試樣的拉斷部分截取。

圖3 橫截面上拉伸取樣部位示意圖

圖4 橫截面上沖擊試樣取樣部位示意圖

圖5 有沖擊試驗要求的母材軋制方向示意圖

焊材應經過材料的化學分析：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Mo、Co以及必要時參照Delong或Mckay修正的Schaeffer圖確定的鐵素體含量，見RCC-M（2000版+2002補遺）S2510中圖S2500.3。焊接填充材料的鈷含量應遵循最大值0.2%，最好0.15%要求。

2.1.2 焊材的“批”

根據RCC-MS2500的規定，焊材需按批進行驗收，因此，“批”的定義中規定每批焊材數量的多少將影響所使用的焊材驗收的次數，特別是不銹鋼碳鋼焊條每批的數量，若在焊材的評定卡片中沒有給予規定，則需按RCC-MS2430的規定執行。其“批”的定義具體如下：

（1）不銹鋼焊絲。“批”的定義是指來自同一爐號并經受相同的加熱制造過程的焊絲、焊帶和自耗墊環（在熱加工結束后，它們的直徑或尺寸相同）。

（2）不銹鋼焊條。同一直徑、同一爐號的芯棒，用相同制造過程制造的同一種混合物作藥皮的焊條。如果根據RCC-M（2000版+2002補遺）.S5000在焊接填充材料評定記錄的評定工藝數據卡片中未作明確規定，則每批不能超過下表2的數量：

2.1.3 關注事項

在RCC-M/S2530中對焊縫金屬試驗的整個焊接過程、取樣和試驗、結果及復驗都給予了詳細的規定。焊縫金屬試驗是證明焊接填充成的化學成分和力學性能是否滿足設計要求的根本性試驗，因此，嚴格按照RCC-M/S2530的規定進行焊接，確保相關記錄準確、齊全，才能證明其合格結果的有效性。為做好焊縫金屬試驗，需從以下幾個方面給予關注和重視。

（1）試板的準備。試板尺寸及坡口角度等見圖1，母材應是或者是與試驗用焊接填充材料牌號相當材料，或者是用要驗收的同樣牌號的焊接填充材料堆焊了隔離層的碳鋼。據此，試件母材應相當于下列牌號之一：1）至少是NF EN10025標準中的質量等級為J0級的S235或S275；2）NF A36-205標準中的A37或A42；3）具有同樣化學成分的任何其它等效鋼。

（2）試板的焊接。1）熔敷金屬試件按規定的母材、尺寸和坡口形式進行加工并實施焊接；2）焊接參數、預熱溫度、層間溫度按焊接材料經評定的驗收技術條件的規定；3）焊條在使用前需按照廠家提供的焊材評定數據卡片中規定的烘干條件進行烘干；4）試件的焊接在平焊位置進行；5）對于隔離層，至少堆焊三層；6）施焊時每條焊道都應改變焊接方向。

（3）取樣。對于化學成分分析試樣，應取在縱向拉伸試樣的延伸部位，直徑φ10mm，詳見圖3和圖4。拉伸和沖擊試樣的取樣位置見圖2～圖4。

圖6 無沖擊試驗要求的母材軋制方向示意圖

2.2 焊材的評定

2.2.1 評定項目

在RCC-M/S5000中規定了焊材的評定項目，見表3。

2.2.2 評定的實施

對于焊材生產廠家（供貨商）所要供貨的每種規格第一批焊材的評定試驗和驗收試驗可合二為一，但整個驗收試驗過程由供貨商和使用單位共同見證，通常采用質量計劃（需經使用單位和業主審核）的到廠見證的模式。

對于焊材使用單位（制造商），標準試件的試驗可通過焊接工藝評定來完成，但需補充側彎試驗。

2.2.3 關注事項

焊材的評定，關鍵是焊材評定卡片中各項內容的確定。根據RCC-M S5141，評定卡片供貨商提供。在實施過程中，制造商根據施工要求需對焊接電流、層間溫度、每批數量、保存期限、包裝等提出具體要求，供貨商根據產品本身的一系列相關試驗來盡可能滿足制造商提出的要求。

3 焊接工藝評定

不銹鋼覆面的焊接工藝評定項目主要以帶墊板的板對接全熔透焊縫為主，輔以部分角焊縫。在RCC-M中的相關章節為S3100和S3300，S3100是對焊接工藝評定中的概述，主要規定了焊接工藝評定的通用要求；S3300主要是用于對奧氏體或奧氏體—鐵素體不銹鋼的對接焊。

R C C-M S篇對于對接焊的焊接工藝評定檢驗和試驗項目較多，實施過程和檢驗/試驗周期較長，為此，事先確定不銹鋼覆面焊接工藝評定項目并盡早啟動至關重要。此外，RCC-MS篇在有些試驗項目不合格的情況下給出了進一步檢驗的要求，這一點也是考慮個別試驗項目對判定該項評定和局限性。

在焊接工藝評定的實施過程中，對母材厚度覆蓋范圍、焊接參數覆蓋范圍等方面需充分考慮。

此外，采用焊接工藝評定來代替焊材評定的標準試件的試驗，以避免重復進行焊材評定中標準試件的試驗，但需在相應工藝評定項目中增加側彎試驗。

3.1 板對接評定用母材

3.1.1 材質選擇

因不銹鋼覆面主要使用的材質為Z2CN18.10，因此，不銹鋼覆面的焊接工藝評定的材質以Z2CN18.10材質為主。

3.1.2 厚度覆蓋范圍

在焊接工藝評定滿足產品厚度的情況下盡可能減少項目的原則下，評定項目的母材厚度覆蓋范圍是確定工藝評定項目首先要考慮的問題。母材覆蓋范圍由以下三個因素確定：

——與該評定試件的厚度有關；

——與該評定試件的焊道多少有關；

——與該評定試件是否進行沖擊試驗有關，不允許將無沖擊試驗的評定用于厚度有沖擊試驗的實際產品中。具體見表4。

3.1.3 軋制方向

在RCC-M S3321中對母材的軋制方向也專門作出了規定，具體規定和說明如下：

——對于有夏比V型沖擊試驗檢驗項目的，工藝評定試板的軋制方向與熱影響區沖擊試樣的取樣方向垂直，即：試板軋制方向與焊縫垂直，如圖5所示。

——對于無夏比V型沖擊試驗檢驗項目的，工藝評定試板的軋制方向允許改變，與熱影響區沖擊試樣的取樣方向垂直或平行，即：對于無沖擊試驗要求的工藝評定，其試板軋制方向與焊縫平行或垂直，如圖6所示。

這一點在實施中從母材下料起全過程中都需做好軋制方向的標識。為避免出現軋制方向用錯，建議母材全部采用軋制方向與熱影響的沖擊試樣取樣垂直的方向（如圖6）。

二代加核電站不銹鋼覆面母材厚度主要為3 mm、4 mm、6 mm3種厚度，除6mm外，其它板厚不滿足沖擊試驗取樣要求，故不做沖擊試驗。

3.2 坡口加工方式

在RCC-M S3322中規定：坡口應采用與生產中使用的相同方法（熱加工或機械加工等）進行加工、刨槽或磨削。坡口形式應與產品制造中采用的坡口接頭形式一致。焊接前，坡口應按生產中規定的同樣要求進行檢驗和試驗。

3.3 組對方式

在評定試件的組對方式中，要求評定試件的組對方式與正式產品焊縫的一致，需在工藝評定報告中給予說明。組對點焊的方式分熔入正式焊縫中作為焊縫的一部分和不熔入正式焊縫中兩種，特別第一種組對方式，即產品焊縫中的定位點焊焊縫熔入到正式焊縫中，則評定試件的組對點焊焊縫也同樣要求，不允許去除。這一點在編制焊接工藝評定指導書、焊接工藝評定報告和焊接工藝規程時需要注意之處。

3.4 焊接參數

根據RCC-M S3218對焊接工藝和參數的規定：對于手工電弧焊工藝，僅需記錄焊接電流A的大小（因全部采用直流焊接電源，電流種類和特性等已確定不變）；對于鎢極氬弧焊工藝，需記錄焊接電流A的大小、保護氣體流量。

對于手工電弧焊因僅記錄焊接電流A大小，故手工焊的焊接工藝評定的焊接電流大小在焊材評定卡片給定的范圍內都是有效的。考慮焊工施焊時對焊接電流的差異性，為盡可能使焊接電流范圍大，這就要求評定試件施焊時有至少兩道選用靠近評定卡片中給定的電流的上限和和下限。

對于鎢極氬弧焊工藝，需記錄焊接電流A大小和保護氣體流量，且保護氣體流量的大小變化不能超過10%。

3.5 檢驗/試驗項目

在RCC-M S3332～S3334分別規定了板對接焊的評定試件的無損檢驗項目、破壞性試驗項目和合格標準。其中化學分析試樣應取在母材稀釋區以外，若因試件厚度原因不能在母材稀釋區外取化學分析試樣，則在堆焊有足夠厚度的熔敷金屬表面進行。縱向拉申試樣時，化學分析試樣應取自拉伸試樣端部延長部分，并應經過選擇，以保證沒有母材稀釋的影響。δ鐵素體含量的測定應按修正過的Schaffler圖進行。由于核電站不銹鋼覆面材料的碳含量遠小于0. 035%，故不需要做晶間腐蝕試驗。

4 產品焊接

RCC-M S7000對整個不銹鋼覆面焊接施工過程給予了詳盡的規定，主要內容包括：待焊表面的準備、焊材的使用、所采用的焊接方法（產品焊接、修補）、產品焊縫和補焊焊縫的最后加工、產品見證件的實施條件。在以上焊接施工過程中，每一個過程都需要嚴格按照RCC-M S7000執行，本文提出一些具體需注意的方面以及一些做法供參考。

4.1 待焊表面的準備

——所有產品焊縫的待焊表面一般采用機械加工、打磨、剪切的辦法。

——待焊坡口表面的狀態必須和焊接工藝以及相關要求的無損檢測的操作工藝相適應。

——坡口表面和鄰近區域足夠的寬度范圍內，應具有與 對焊接頭所規定的無損檢測實施要求相符合的表面狀態。

——待焊表面的修補可采取打磨去除缺陷的非焊接補焊；在去除缺陷后坡口型式不能滿足設計要求時需采取焊接補焊的方法。對于焊接補焊的方法，其補焊的焊接參數要與正式焊縫相同。

——對于采用焊接補焊的方法修補待焊表面，該修補區域需進行液體滲透檢測，板厚超過5㎜的還需增加超聲波檢測。

——修補后的待焊坡口應與母材平滑過渡，坡度小于等于1：4。

4.2 焊材的使用

焊材的使用包括焊材的驗收、標識、入庫、領用、烘干、發放、使用和回收。

——焊材驗收合格后，需在其標識牌上特別標明有效期限。——不銹鋼焊絲應防止鐵素體和其它雜物的污染。

——在焊條烘干時，需在烘干箱上擺放指示牌，其上標明正在烘干焊條的牌號、批號和烘干參數。

4.3 產品焊接和修補

RCC-M S篇里面對于產品的焊接和修補有詳細的規定，但還須要著重注意如下事項：

——所有焊縫在焊接前，坡口兩側須清理干凈，并用丙酮擦拭。——定位焊應成為焊接工藝和有關評定試驗的一部分。

——焊接在奧氏體不銹鋼上的工裝、卡具等也應是奧氏體不銹鋼。

——焊接在坡口上的臨時附件最好使用經過驗收的焊接材料，因為經過打磨拆除后，只需外觀檢查；否則須按相關無損檢測的要求在拆除部位進行焊后的液體滲透檢測。

——環境溫度若低于-10℃，則不允許施焊，被焊件溫度至少保持+50C以上，且焊縫在焊后須緩慢冷卻，以避免因內應力引起裂紋。

——管道插套焊，焊接前母管端部與插套底部最小留1.5mm的間隙。

——不允許在第一層和最終焊縫上實施錘擊。

——同一部位不允許超過2次補焊。

4.4 熔池的保護

——應采取保護措施保證監測保護氣體流量符合焊接工藝規程的規定。

——當根部焊道采用TIG焊時，其保護氣體應為氬氣或其它惰性氣體，或是含有50%以上惰性氣體的惰性氣體與中性氣體的混合氣體。

——為防止背面焊縫氧化，熔敷層厚度至少達到4mm時這種根部氣體保護才能撤除。

——當在厚度小于5mm的奧氏體不銹鋼零件表面焊接時，背面應采用惰性氣體保護以防止氧化。

5 結語

通過對RCC-M S篇中關于不銹鋼覆面焊接施工相關內容的淺析，認識到RCC-M S篇在不銹鋼覆面的焊接施工中不僅僅是標準規范，也是作為施工的作業指導書來使用，從其內容細致到坡口的加工方法、坡口修補方法、定位點焊的要求等程度可見一般。

通過工作中對RCC-M S篇相關內容的探討和交流，發現在施工中易出現違反RCC-M S篇的情況出現，這就要求相關工程技術人員要認真學習，不斷總結、探討和交流，舉一反三，才能使得RCCM S篇在不銹鋼覆面的焊接施工中得以正確的貫徹執行，最終實現不銹鋼覆面焊接施工質量滿足設計要求。

［1］afcen， design and construction rules for mechanical components of pwr nuclear islands，R CC一M，June 2000 Editio 及1st addendum June 2002.