核電用焊材國產(chǎn)化研究現(xiàn)狀與應(yīng)用發(fā)展趨勢

王淦剛 趙建倉 朱平 魯立 劉肖

一、概述

目前用于核級設(shè)備制造和安裝過程的關(guān)鍵焊接材料無論在核電用焊材研發(fā)投入還是在技術(shù)儲備方面均落后于歐美等發(fā)達(dá)國家，核電用焊接材料的技術(shù)水平及質(zhì)量穩(wěn)定性與核電國產(chǎn)化建設(shè)需求尚有一定差距。由于采用進(jìn)口焊材存在供貨周期長、生產(chǎn)過程中溝通和監(jiān)管困難、價格高昂等缺點，所以已成為影響我國核電發(fā)展速度的瓶頸之一，一定程度上影響了我國大力發(fā)展核電及實現(xiàn)核電全面國產(chǎn)化的目標(biāo)。

因此，近年來，由國家能源局、科技部等單位發(fā)起，由中廣核、國核技等核電單位牽頭，聯(lián)合焊材產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)學(xué)研用相關(guān)企業(yè)，集中國內(nèi)焊接材料的原材料供應(yīng)、研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用及評價等領(lǐng)域的專業(yè)團(tuán)隊，圍繞核電用焊材的國產(chǎn)化開展了一系列技術(shù)攻關(guān)，取得了較好的效果。

二、核電用焊材國產(chǎn)化研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

1. 核電用焊材國產(chǎn)化進(jìn)展

（1）核級焊材 核電站中使用的焊接材料，由于質(zhì)保等級和性能指標(biāo)的不同，分為核級焊材和非核級焊材，核級焊材主要用于核級設(shè)備的制造和安裝過程中。由于國內(nèi)核級焊材的生產(chǎn)起步較晚，目前主要由國外的制造商供貨。但近年來隨著國家的大力推動和相關(guān)企業(yè)研發(fā)投入的加大，核級焊材的研發(fā)和生產(chǎn)均獲得了較大的突破。

2009年7月，大西洋焊材公司生產(chǎn)的核級焊材成功通過了ASME質(zhì)保審查并報西屋公司認(rèn)可。同年9月首批用于AP1000鋼制安全殼焊接的E9018焊條運抵三門核電站工程（國內(nèi)首個AP1000項目）建設(shè)現(xiàn)場，標(biāo)志著核級焊材國產(chǎn)化進(jìn)程取得突破。

2013年8月，上海電力修造廠有限公司的“核級鎳基焊接材料國產(chǎn)化研發(fā)及實驗平臺”通過驗收，平臺旨在不斷完善核安全質(zhì)保體系，繼續(xù)深化核級焊材的系列化產(chǎn)品研制，積極探索創(chuàng)新商業(yè)模式。

經(jīng)過兩年多的技術(shù)攻關(guān)，國家能源應(yīng)用技術(shù)研究及工程示范項目“核級焊接材料國產(chǎn)化開發(fā)及應(yīng)用研究”課題組成功研發(fā)出適用于ACPR1000機(jī)組用碳鋼系列的焊條、實芯焊絲、藥芯焊絲、埋弧焊絲焊劑，不銹鋼系列的焊條、焊帶焊劑，低合金鋼系列的焊條、金屬粉型藥芯焊絲、鎳基合金系列的焊條和焊絲等核級焊材，其中9個品種已于2014年3月和7月分兩批通過中國核能行業(yè)協(xié)會和中國焊接協(xié)會組織的科技成果鑒定，其余品種正在進(jìn)行第三方試驗驗證。

CAP1400機(jī)組國家核電重大專項“核電設(shè)備用焊接材料研制”課題已取得積極進(jìn)展，涉及奧氏體不銹鋼堆焊焊接材料、堆內(nèi)構(gòu)件吊籃筒體用不銹鋼焊接材料、690鎳基合金焊接材料、低合金鋼焊接材料等五個子課題通過階段評審，完成里程碑節(jié)點，具備開展后續(xù)第三方評估試驗研究的條件。

（2）常規(guī)島焊材 常規(guī)島焊接材料目前已經(jīng)基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，但一些特殊品種的焊材，仍然依賴進(jìn)口。近年來國內(nèi)聯(lián)合通過項目攻關(guān)的形式，針對一些特殊用途的焊材開展了技術(shù)研發(fā)，例如“核電常規(guī)島抗流體沖刷腐蝕用焊接材料研制”項目參與單位成功研制了與鋼材完全匹配的WB36CN1鋼及20控鉻鋼專用焊材，焊材的成分、力學(xué)性能、工藝性能等各項指標(biāo)均與母材匹配良好，此外，項目參與單位研究制定了國產(chǎn)化抗流體沖刷腐蝕焊材生產(chǎn)制造工藝規(guī)范和質(zhì)量控制技術(shù)要求，形成了企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2. 核電用焊材國產(chǎn)化的基礎(chǔ)與不足

我國在開展核電用焊材國產(chǎn)化方面具有一定的基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)在焊材生產(chǎn)企業(yè)積極性高、相關(guān)配套工業(yè)體系較為齊全、企業(yè)的研發(fā)檢測能力不斷提高、焊材生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模效應(yīng)以及長期以來對進(jìn)口核級焊材的應(yīng)用經(jīng)驗反饋等方面。

但是，與國外的先進(jìn)技術(shù)相比，目前我國核電焊材在質(zhì)量穩(wěn)定性、產(chǎn)品性能和使用性能等方面仍與國外焊材存在較大差距，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性不足，部分產(chǎn)品的外觀、物理性能、焊接工藝性、使用性能等與國外一流產(chǎn)品存在差距，產(chǎn)品在役性能數(shù)據(jù)缺乏積累等方面。

三、核電焊材國產(chǎn)化發(fā)展趨勢

1. 核電焊材國產(chǎn)化的關(guān)鍵難點

自2011年開始，國內(nèi)設(shè)計院、研究機(jī)構(gòu)、焊材生產(chǎn)企業(yè)等通過不同的研發(fā)平臺組建研發(fā)團(tuán)隊，積極攻克核級焊接材料研制的技術(shù)難點，研發(fā)焊材在技術(shù)上已達(dá)到相應(yīng)設(shè)計指標(biāo)和焊材標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，但要實現(xiàn)真正意義的全面國產(chǎn)化還存在以下問題。

第一，部分焊接材料的性能設(shè)計指標(biāo)（如部分微量元素的含量控制）非常嚴(yán)格，小批量研發(fā)階段存在盤條采購困難的情況，仍需要進(jìn)一步通過試驗驗證來優(yōu)化調(diào)整設(shè)計指標(biāo)，使得設(shè)計要求與批量化生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定性要求達(dá)到更優(yōu)的結(jié)合點。強(qiáng)輻照區(qū)的焊材由于需要入堆輻照試驗驗證，而入堆輻照試驗受制于龐大的支出成本和不確定的試驗周期，因此當(dāng)前很多團(tuán)隊要么未涉足該類焊材的開發(fā)，要么開發(fā)出的該類焊材缺少足夠的入堆輻照試驗數(shù)據(jù)支撐。

第二，焊接材料企業(yè)的質(zhì)量保證體系監(jiān)查是由使用單位實施，國內(nèi)只有少數(shù)幾家企業(yè)依據(jù)相關(guān)ASME標(biāo)準(zhǔn)、RCC—M標(biāo)準(zhǔn)、HAF003文件等編制了企業(yè)針對核電焊接材料的質(zhì)量手冊或質(zhì)量保證大綱。但很多涉及核級焊材生產(chǎn)的企業(yè)未建立針對核級焊接材料的生產(chǎn)質(zhì)量保證體系文件，難以通過質(zhì)保監(jiān)查，使得用戶對焊材多批次的質(zhì)量穩(wěn)定性缺乏足夠的信心。

第三，研發(fā)的焊材已經(jīng)達(dá)到針對壓水堆不同核電機(jī)型的焊材設(shè)計技術(shù)指標(biāo)要求，部分焊材逐步通過應(yīng)用單位的評價，且碳鋼焊材、低合金鋼焊材已實現(xiàn)供貨，但核一級設(shè)備用的焊接材料在推廣應(yīng)用方面還存在很大的困難。一方面近幾年國內(nèi)批復(fù)開工建設(shè)的核電機(jī)組較少，進(jìn)口焊材的供應(yīng)緊張的狀況得到一定緩解；二是應(yīng)用單位對沒有核電工程應(yīng)用業(yè)績的核一級焊材持謹(jǐn)慎保守的態(tài)度。

2. 國產(chǎn)化的發(fā)展趨勢

核電焊接材料的國產(chǎn)化得到國家部委的關(guān)注，2014年11月國家能源局在同意福建福清5、6號機(jī)組工程調(diào)整為“華龍一號”技術(shù)方案的復(fù)函中指出，要充分利用中國目前的核電裝備制造業(yè)體系，支持關(guān)鍵設(shè)備、零部件和材料的國產(chǎn)化工作，強(qiáng)調(diào)核級電纜、焊材等關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化比例不能低于85%。華龍一號機(jī)組目前尚未完成所有焊材指標(biāo)的相關(guān)設(shè)計工作，可以預(yù)期華龍一號機(jī)型用的核級焊接材料與AP1000機(jī)組和CPR1000機(jī)組會有所不同，因此目前已經(jīng)完成研發(fā)的核級焊材能否滿足華龍一號的要求，還需進(jìn)一步試驗驗證，如有必要，還需繼續(xù)優(yōu)化焊材合金系統(tǒng)及配方的設(shè)計，以實現(xiàn)華龍一號機(jī)組焊材的國產(chǎn)化，支持其“走出去”的戰(zhàn)略，并應(yīng)引起各焊材研發(fā)平臺的關(guān)注。

各焊材研發(fā)平臺仍需掌握核級焊材的合金系統(tǒng)及配方設(shè)計原理及對性能的影響根本機(jī)理，提升核級焊材后續(xù)推廣應(yīng)用所需的技術(shù)服務(wù)能力。加快建立和完善針對高端焊接材料的生產(chǎn)質(zhì)量保證體系，并切實保證體系有效地運行，提升其焊材品質(zhì)管理能力。各方應(yīng)創(chuàng)造有利條件，促使焊材應(yīng)用單位能更深入地介入到焊材的整個研發(fā)及性能評價中，將使研發(fā)生產(chǎn)過程更加透明，必將增強(qiáng)最終用戶實際應(yīng)用的信心。