核級支吊架焊接工藝評定的實施

嚴得忠

1. 概述

未來很長一段時間內，國內將建造大量的核電站，而目前核電設備有很大一部分仍然依靠進口，即便是國產化的部分設備，也只是由國內極個別廠家生產制造，管道支吊架就屬于這一情況。因此，核電設備國產化是未來的發展趨勢。

我公司根據市場需要和公司生產能力，適時地提出了核級支吊架申請制造工作。而焊接則屬于管道支吊架制造中最重要的環節之一，作為一項特殊工藝過程，需要進行工藝評定。

2. 核級支吊架焊接工藝評定實施的要點和難點

焊接工藝評定是鍋爐和壓力容器等行業必須要進行的一項工作，目前，國內在鍋爐和壓力容器方面都有比較完善的焊接工藝評定標準，比如《鍋規》和JB4708等標準，但是在核電方面，尤其是在核級支吊架方面，由于以往各個核電廠建設所采用的標準不太統一，有法國的《壓水堆核島機械設備設計和建造規則》（RCC－M）標準，美國的ASME鍋爐及壓力容器規范等。而國內還沒有一套完整的管道支吊架焊接工藝評定標準。

我公司根據評審單位蘇州熱工院的意見，按照法國RCC－M標準H篇《支撐件》的要求來進行焊接工藝評定。而此標準個別部分并不能完全滿足國內現有生產制造，同時和國內相關標準也不能完全銜接，因此，我們同時參考了核工業第二研究設計院于1996年6月發布的秦山核電二期工程《核級標準支吊架鑒定樣件焊接工藝評定要求》和RCC－M標準S篇《焊接》的要求及其他焊接工藝評定標準，根據實際情況來完成核級支吊架焊接工藝評定。因此，在焊接工藝評定實施過程中如何合理地轉化和結合相關標準就成了難點，而管道支吊架需要焊接部分的材質一般都為焊接性較好的低碳鋼，焊接方法目前我公司也只采用焊條電弧焊，所以焊接工藝本身并不是核級支吊架焊接的難點。

3. RCC－M標準H篇《支撐件》焊接工藝評定標準介紹

RCC－M標準H篇《支撐件》的附錄H1為焊接填充材料的驗收與焊接工藝評定，其規定了一套關于焊接的規則，包括三個方面的內容：焊接填充材料的驗收、焊接工藝評定、焊工和焊機操作工的考核。其中焊接填充材料的驗收根據RCC－M標準S篇S2000的要求，基本上可以按照相應焊接材料的國家標準進行驗收，焊工和焊機操作工的考核我國已于1995年6月發布了HAF603《民用核承壓設備焊工及焊接操作工培訓、考試和取證管理辦法》，可按此實施。

H1 3000焊接工藝評定部分主要由3100概述，3200碳鋼和低合金鋼的對接焊，3300奧氏體不銹鋼、奧氏體－鐵素體不銹鋼和鎳基合金的對接焊，3400角焊縫，3500管道的焊接以及3600特殊焊接和3700等效性幾個方面組成。

4. 焊接工藝評定項目的確定

（1）母材確定 JB4708、ASME等一些焊接工藝評定標準都是將鋼材進行分組，然后根據鋼材的組別號來確定鋼號的覆蓋范圍。而RCC－M規定，對于碳鋼和碳錳鋼來說，當一種鋼號被另一種鋼號代替，而后者保證的最低抗拉強度小于前者保證的最低抗拉強度Rm，但不小于Rm-60MPa時，則工藝評定依然有效。此外，用最低抗拉強度Rm≤450MPa的鋼號所得到的焊接工藝評定結果，適用于最低抗拉強度Rm≤450MPa鋼號的所有焊接接頭。

我公司目前支吊架需要焊接的部分材質主要為Q235以及20鋼，因此，本批焊接工藝評定采用Q235—B來做焊接工藝評定，基本上可以滿足所申請的核級支吊架的要求，以后根據生產需要，如果遇到其他材質，可再補做其他材質的焊接工藝評定。

（2）母材厚度和接頭形式的確定 RCC－M規定，板材的焊接工藝評定對外徑≥150mm管材的焊接同樣有效；一種焊接工藝評定對于厚度從0.75e到1.5e＋3mm范圍有效（e＝試件的有效厚度）；對于機械強度有貢獻的全焊透角焊縫，要求進行對接焊試驗和角焊縫試驗，在評定參數不變的情況下，對接試驗的厚度等效規則適用于角焊縫。

我公司目前支吊架的焊接中不存在管子對接焊縫，申請的核級支吊架產品的焊接接頭母材的厚度最大只有25mm，因此，暫時只做e＝6mm板對接，e＝16mm板對接和e＝16mm板角接三項，以后生產中如果焊接接頭形式或者厚度有變化時，根據需要再做其他形式的焊接工藝評定。

綜合以上，焊接工藝評定項目確定為焊條電弧焊，材質為Q235—B，e＝6mm板對接、e＝16mm板對接和e＝16mm板角接三項。焊條采用E4315，焊后不做熱處理。

5. 焊接工藝評定試樣無損檢測要求

RCC－M規定，評定試件必須經受焊接工藝適用范圍之內的接頭在生產過程中所需的全部無損檢測，并滿足適用于這些接頭的最高要求。

根據RCC－M H4500焊縫的無損檢測的要求，并根據公司實際檢測能力，確定e＝6mm板對接焊后做液體滲透和射線檢測；e＝16mm板對接焊前坡口面做液體滲透檢測，焊后做液體滲透和射線檢測；e＝16mm板角接焊前坡口面做液體滲透檢測，焊后做液體滲透和超聲波檢測。另外，在進行上述無損檢測之前，均需做外觀目視檢測。三項工藝評定試件焊縫均按支撐件1級焊縫要求進行檢測。

所有無損檢驗均按EJ/T 1039－1996《核電廠核島機械設備無損檢驗規范》實施。

6. 焊接工藝評定試樣破壞性試驗要求

（1）力學性能試驗 按照RCC－M H篇《支撐件》附錄H1的要求，e≤60mm的板對接試件，需要做室溫縱向拉伸1個、橫向拉伸1個；面彎、背彎以及全厚度側彎各1個；10mm＜e≤20mm板對接試件，需要做焊縫0℃和熱影響區0℃沖擊試驗。

但實際上6mm板對接無法在熔敷金屬取縱向拉伸試樣，也無法進行側彎試驗，因此參照RCC－M標準S篇《焊接》及其他焊接工藝評定標準的要求，確定6mm板對接采取室溫橫向拉伸兩個，面彎、背彎各兩個，其他均按RCC－M H篇《支撐件》附錄H1的要求進行。檢測結果應符合要求。

（2）化學分析 對于對接焊縫，在焊縫中心區取樣，對C、Si、Mn、S、P進行分析。

（3）金相檢測 對于對接焊縫，取一個焊縫截面進行宏觀檢測，有疑慮時，再進行微觀檢測；對于角焊縫，取三個截面進行宏觀檢測。要求宏觀無未焊透、未熔合、夾渣及氣孔等缺陷。

（4）硬度測定 對于對接接頭，硬度試驗方法按GB2654規定進行，合格要求：在焊縫橫截面上測量熔敷金屬與母材熱影響區的硬度分布，采用維氏硬度，載荷為49N，熱影響區允許的最大維氏硬度值為350HV。

在RCC－M標準中涉及到很多相關的法國理化檢驗標準，有些無法完全按照原標準來實施，因此試件的理化檢驗均按照EJ/T 1040－1996《核電廠核島設備材料理化檢驗方法》來實施。

7. 結語

因為核島設備的特殊特點，核電安全的要求非常高，因此，核電廠設備的焊接工藝評定在試件的焊接、檢驗和檢測方面都比火電廠要求高。即便是作為非承壓件的管道支吊架的焊接也提出了較高的要求。但是目前廣泛采用的法國RCC－M標準在支撐件的焊接工藝評定方面與火電廠以及其他一些焊接工藝評定標準在編排形式和要求方面都不盡相同，而且很多方面也不盡完善，其他焊接工藝評定標準比如JB4708等在結構和編排上都比較明確和清晰。但國內又沒有一套統一的核島支撐件的焊接工藝評定標準，同時也沒有針對火電廠非承壓的管道支吊架的焊接工藝評定標準，因此在實際實施過程中就會遇到諸多困難。但通過對RCC－M標準的深入理解以及和其他標準的對比，可以發現在實質性上并沒有太大的差別，我們完全可以在不違反標準原則的前提下，根據實際情況來完成工藝評定。