核電站換料水箱焊接質量控制

唐　識，唐宏偉，程曉玲，王曉寧，付龍飛

（1.國核示范電站有限責任公司，山東榮成264312；2.中國核電工程有限公司福清核電施工管理部，福建福清350318）

核電站換料水箱焊接質量控制

唐識1，唐宏偉2，程曉玲1，王曉寧1，付龍飛1

（1.國核示范電站有限責任公司，山東榮成264312；2.中國核電工程有限公司福清核電施工管理部，福建福清350318）

焊接是換料水箱重要的制造工藝方法，焊接質量的好壞對換料水箱的質量起著重要作用，因此，如何保證換料水箱焊接質量是保證換料水箱的質量關鍵。分析00Cr19Ni10（304L）材料的焊接特點、換料水箱焊接過程中的難點、影響焊接質量的因素；總結換料水箱的焊接原則、焊接注意事項，并從焊接事前控制、焊接質量的事中與事后控制方面入手，闡述焊接質量控制措施。為后續核電廠貯罐焊接質量控制提供參考。

核電廠；不銹鋼；換料水箱；焊接質量控制

0　前言

換料水箱為核安全二級、質保等級QA1、清潔度等級A1級的核安全設備，它在核電廠的功能為：在停堆換料時，向反應堆換料水池中充水；在反應堆裝置出現失水事故的意外情況下，換料水箱為安全噴淋系統（EAS）和安全注入系統（RIS）提供所需的含硼水。

由于換料水箱為核安全級設備，其質量在很大程度上決定了該設備的使用壽命，焊接是換料水箱重要的制造工藝方法，焊接質量的好壞對換料水箱的質量起著重要作用。因此，如何保證換料水箱焊接質量成為保證換料水箱質量的關鍵。

在此分析00Cr19Ni10（304L）材料的焊接特點、換料水箱焊接過程中的難點、影響焊接質量的因素；總結換料水箱的焊接原則、焊接注意事項，并從焊接事前控制、焊接質量的事中與事后控制方面入手，闡述了焊接質量控制措施。

1　換料水箱的焊接[1-2]

1.100Cr19Ni10不銹鋼焊接特點

換料水箱主體材料材質為00Cr19Ni10（304L），屬于超低碳奧氏體不銹鋼，焊接性優良。但是，該類不銹鋼的導熱系數小、熱膨脹系數大，焊接時易產生較大的變形和焊接應力。為了控制焊接變形，在焊接方法上應盡可能選用能量集中的焊接方法，換料水箱現場拼裝焊接采用的焊接方法為焊條電弧焊。

1.2焊接施工難點

換料水箱的底板和頂板為6 mm的00Cr19Ni10不銹鋼，筒體壁板為6～30 mm不等的00Cr19Ni10不銹鋼，鋼板最大規格3 000 mm×8 000 mm×6 mm。在進行薄板焊接時，由于焊接產生的壓縮殘余應力，使板件容易出現因彎曲形成的波浪變形[1]。

由于00Cr19Ni10不銹鋼焊接特點和薄板不銹鋼焊接過程中容易出現波浪變形，因此，焊接變形控制是換料水箱焊接過程中的難點。

1.3焊接工藝

（1）焊接坡口準備。

換料水箱制造過程中，按照如圖1所示的坡口形式和尺寸進行組對。

圖1　換料水箱各種接頭坡口型式和尺寸

（2）焊接工藝。

焊接熱輸入是影響變形量的關鍵因素。在焊接方法確定的情況下，焊接過程中可通過調節焊接參數來控制熱輸入，在保證熔透和焊縫無缺陷的前提下，應盡可能采用小的焊接熱輸入。因此，要嚴格按照擬定的焊接工藝規程焊接換料水箱，換料水箱底板和頂板焊接工藝參數如表1所示。

表1　換料水箱焊接參數

1.3焊接原則

在進行換料水箱底板的焊接過程中，為了控制焊接變形和焊接質量應遵循以下焊接原則：

（1）在焊接時應控制焊接熱輸入，采用小電流多層多道焊，快速焊接，層間溫度控制在100℃以下，減少敏化溫度區間停留時間，避免晶間腐蝕。

（2）先焊收縮量較大的焊縫，使焊縫能夠自由收縮。

（3）先焊在工作時受力較大的焊縫，使內應力合理分布。

（4）先焊短的焊縫，后焊中長焊縫，最后焊接長焊縫，使焊縫有較大的橫向收縮余地。

（5）對于長焊縫，一般采用分段跳焊法；對于環焊縫，焊工對稱分布沿同一方向同步焊接。

（6）罐壁縱向、環向焊縫采取雙面焊接，與介質接觸的內側焊縫最后施焊。

（7）底板與第一層壁板角焊縫：先焊內側角焊縫，再焊外側角焊縫，打底焊由數名焊工沿周向均布同向施焊。

1.4焊接注意事項

（1）焊接前清理坡口及其坡口附近規定區域，焊縫打磨清理應采用專用的氧化鋁砂輪和不銹鋼專用鋼絲刷。

（2）使用專用的不銹鋼記號筆進行標注。

（3）焊接時每層焊接接頭應錯開，防止焊接結構在同一截面上，必須避免在丁字焊縫處熄弧。

（4）焊接過程中，禁止在母材上引弧和收弧。

（5）在換料水箱拼裝、焊接過程中應采取若干防滲碳措施。

2　焊接質量控制

焊接質量的保證（控制）貫穿于設計和制造的全過程，為保證產品的焊接質量，對企業的設備、人員和技術管理都有要求。同時應保證產品的合理設計、合理的制造流程、合理的工藝、可靠的試驗和檢驗等全過程。

2.1焊接質量因素分析

影響換料水箱焊接質量的因素魚骨圖，如圖2所示。

圖2　焊接質量因素魚骨

（1）人員因素。

所有因素中，人是最關鍵的決定性因素。焊接質量的控制首先要考慮到對人員因素的控制，因為人是焊接過程的主體，換料水箱焊接質量受到所有參與的焊接技術人員、質量檢驗人員、操作人員、服務人員共同作用，它們是影響換料水箱焊接質量的主要因素。

（2）設備因素。

設備因素包括換料水箱焊接過程中所使用的焊接設備、工機具、測量儀器和檢驗設備等，焊接過程必須合理選擇焊接設備、工機具和無損檢測設備的類型和性能參數，合理使用這些設備、工機具，正確操作。

（3）材料因素。

換料水箱焊接所使用的原材料包括母材、焊接材料以及其他輔助性材料等，這些材料的自身質量是保證焊接產品質量的基礎和前提。

（4）工藝因素。

焊接工藝是影響換料水箱焊接質量的關鍵因素之一，有效的焊接工藝控制是保證換料水箱焊接質量的關鍵。工藝方法對焊接質量的影響主要體現在：一是工藝制定的合理性；二是承包商是否建立了健全完整的焊接工藝管理；三是執行焊接工藝的嚴格性，經過評定合格的焊接工藝必須嚴格執行，不得隨意改變。

（5）環境因素。

在特定環境下，換料水箱的質量容易受到外部焊接條件(如溫度、濕度、風力及雨雪天氣)的影響，在其他因素一定的情況下，也有可能單純因環境因素造成焊接質量問題。

2.2焊接前質量控制

（1）承包商要求。

為了保證民用核安全設備設計、制造質量，國家頒布了《民用核安全設備監督管理條列》（國務院令第500號）、《民用核安全設備設計制造安裝和無損檢測監督管理規定》（HAF601-2008）、《核電廠質量保證安全規定》（HAF003-1991）等法規，上述法規對從事民用核安全設計制造安裝和無損檢測的單位提出了要求。

由于換料水箱屬于民用核安全設備，屬于國家核安全監管部門監管范疇，因此，對于從事換料水箱的設計制造安裝和無損檢測單位都應取得國家核安全局監管當局頒發的設計制造安裝和無損檢測許可證，方可從事許可證范疇內的核安全活動，并接受國家核安全監管當局的監督管理。

（2）承包商質保體系建立要求。

換料水箱屬于核電廠重要的核安全物項，因此，換料水箱的制造單位必須遵照核安全法規HAF003《核電廠質量保證安全規定》及其相關導則、核電業主、核電工程總承包單位質量保證體系以及承包合同要求并結合承包商承包工作范圍，從質量保證大綱、組織、文件控制、設計控制、采購控制、物項控制、工藝過程控制、檢查和試驗控制、對不符合項的控制、糾正措施、記錄、監查等12個方面入手，建立一個完整的質保體系并有效運轉，保證換料水箱的焊接質量。

（3）承包商焊接組織機構的建立要求。

為了管理、指導和實施質量保證體系，承包商必須建立一個有明文規定組織結構，并明確組織機構的職責、權限等級以及內外聯絡渠道。

承包商建立的組織機構必須對負責實施和驗證質量的人員與部門權限及職能做出書面規定，如對焊接人員、焊接檢驗人員的職責規定，承包商技術管理部和質量保證部的權限等。

（4）承包商焊接質量控制程序和方案編制。

承包商應在質量保證體系、管理程序和其他工作程序的基礎上，結合換料水箱制造圖紙、技術條件等具體要求，針對換料水箱的焊接編制焊接工作程序和焊接方案，如《焊接工藝評定管理程序》《焊接產品見證件管理程序》《焊接材料管理程序》《焊接設備管理程序》《焊工培訓、考試、取證管理程序》《焊縫返修程序》《換料水箱焊接方案》《換料水箱焊接工藝規程》等工作程序或方案。

（5）承包商人員培訓。

焊接過程中全部有關部門的部門負責人，焊接、無損檢測等人員在從事焊接工作前，必須經過相應的培訓授權。

（6）焊接開工條件審查。

在換料水箱焊接前，核電工程總承包單位通常會組織核電業主、監理等單位對承包商進行開工條件審查，審查主要內容為：產品制造圖紙、技術文件、設備、材料、現場環境、人員資格以及工藝評定等是否能滿足現場開工要求，在確認各項條件滿足焊接開工要求后，承包商方可啟動焊接工作。

焊接開工條件審查實際上就是對焊接準備前的人、機、料、法、環、測六個環節準備工作進行檢查，確認上述六個環節的準備工作滿足焊接開工工作。如人員資格檢查，重點檢查焊工、無損檢測、QC或其他特設工種的持證情況。

（7）焊接質量計劃的開啟。

為了保證換料水箱制造、焊接過程中的質量可控，按照換料水箱制造質保和設計要求，對于QA1級核安全設備，承包商應在換料水箱焊接前必須開啟換料水箱焊接質量計劃，質量計劃中設立質量控制點，確定質量檢查控制方法和必須完成的工作流程、檢驗，所有控制點的質量活動和試驗應有總承包單位、核電業主、監理等單位代表參加或認可。

2.3焊接過程控制

換料水箱的焊接過程控制可以采用實時質量計劃控制，加強焊接過程的焊接檢驗，確保換料水箱焊接過程質量可控。質量計劃是指標明制造、檢查和試驗各種步驟的文件，該文件應列有制造、焊接和驗收中應進行的所有工藝、程序、工作細則、試驗和檢查的流程圖或工序表，質量計劃中明確了相關單位的質量控制點。質量計劃中的常見三種質量控制點：停工待檢點（H點）、現場見證點（W點）、報告見證點（R點）。

停工待檢點（H點）：主要設置在關鍵工序或步驟上。應在H點到來之前通知監督方（如業主的質量監督人員、第三方的質量監督人員等），由監督方派員對H點實施監督；如果監督方未按規定到檢測現場出席監督，檢測方應停止進入H點相應的工序，更不能擅自進行H點以后的工作。

現場見證點（W點）：主要設置在關鍵工序或監督方關注的工序上。應在W點到來之前通知監督方，由監督方派員對W點實施監督；如果監督方因故不能到達檢測現場出席監督，檢測方可以進行W點相應的工序操作，包括進行W點以后的工作。

報告見證點（R點）：主要設置在文件、程序、報告等審查步驟上。檢測方應向監督方提供質量計劃中設置R點的有關文件（如技術參數和檢測數據等），監督方應將實測數據和檢測記錄與有關標準、作業指導書或驗收準則等文件進行核對和比較，以確定該工序的內容是否已處于受控狀態。

作為核電工程總承包、監理單位應做好換料水箱焊接過程控制過程中的質量控制，除了換料水箱質量計劃過程中規定的見證點外，核電工程總承包單位和監理單位還應做好如下工作：

由核電工程總承包單位牽頭，組織核電業主、監理公司采用不定期和定期相結合的方法，對承包商進行焊接專項檢查，檢查的主要內容為：

（1）焊接材料進場驗收、存儲、烘干、發放、回收、使用情況。

（2）焊工資格考核以及維護記錄，焊工數量及變動情況，定期更新在場焊工資質情況。

（3）焊接設備及焊接測量器具臺賬建立、維護、保養及標定情況。

（4）焊工現場焊接工藝紀律、焊接工藝規程執行情況（抽查焊工是否按照批準的焊接工藝規程進行焊接）。

（5）焊接過程中的記錄規范性、完整性及時性檢查。

（6）QC人員旁站情況。

（7）焊接變更執行跟蹤情況等內容。

2.4焊接后質量控制

焊后質量控制的關鍵步驟之一是焊后的檢驗工作，焊后檢驗可分為破壞性檢驗和非破壞性檢驗。破壞性檢驗通過換料水箱的焊接見證件實施；非破壞性檢驗是指換料水箱焊接完成后通過對其進行外觀和無損檢測檢驗控制。

換料水箱焊接完成后，承包商應及時委托進行無損檢測，探傷的結果及時反饋，以利于及時返修。

焊后質量控制還包括焊后質量統計分析和經驗反饋等工作，承包商換料水箱焊接完成后，應對換料水箱的焊接質量進行統計分析，做好經驗反饋，避免換料水箱過程中出現的焊接質量問題再次在其他貯罐焊接過程中出現。

3　核安全文化的培育與實踐

3.1核安全文化的培養

核安全是核能事業發展的生命線，是國家核安全的重要組成部分，在工作中參與核電建設的所用企業和員工都要堅持“安全第一、質量第一”理念。

核安全文化需要內化于心，外化于形，讓安全高于一切的核安全理念為社會的自覺行動；為此參與核電站的建設的承包商應建立一套以安全和質量保證為核心的管理體系，健全規章制度并認真貫徹落實；加強隊伍建設，完善人才培養和激勵機制，形成安全意識良好、工作作風嚴謹、技術能力過硬的人才隊伍。

3.2核安全文化實踐

（1）焊接過程中遵循的質量保證原則。

今天的質量就是明天的核安全，人人都是一道安全屏障和最后一道屏障，在焊接工作中，踐行核安全文化就是踐行質量文化，安全第一，質量第一的理念必須在工作中貫徹落實。

為此，承包商參與換料水箱制造、焊接相關工作的所有人員在工作中要時刻樹立“四個凡事”思想，并在工作中貫徹落實。

從事換料水箱制造、焊接相關所有人員，在工作中應做到：凡事有章可循、凡事有人負責、凡事有人監督、凡事有據可查。確保換料水箱的全過程質量控制。

凡事有章可循：換料水箱制造承包商必須建立一套內容完整、層次分明的體系文件，所有與換料水箱質量相關的工作都應編制程序，確保換料水箱從原材料采購、制造、焊接到換料水箱完整交付的全過程相關的所有工作都要依據、程序、文件支持，一切工作都按程序來辦。

凡事有人負責：換料水箱制造承包商必須建立一個結構完整、職責明確的組織機構，組建相應機構和配備人員，明確各部門的職責、權限和內外部接口，使換料水箱每項活動都有人負責，不漏項，不重疊，以便“凡事有人負責”。

凡事有人監督：加強過程控制，不斷提升質量，對換料水箱質量有影響的各項工作，特別是一些特殊工藝過程（如焊接），事先進行必要的工藝試驗，事中與事后則在實施者自檢后，派專人進行專門的驗證，也就是“凡事有人驗證”。

凡事有據可查：實施過程應有完整有效的記錄制度，記錄是各項活動實現質量的客觀證據，也是評定質保體系運轉有效性的依據。保存好記錄，就使分析質量、評價質量和改進質量工作，做到“凡事有據可查”。

（2）核電經驗反饋。

經驗反饋作為一項管理工具，在國內外核電廠運行中得到了廣泛運用，有效提高了核電廠運行安全水平。在核電站工程建設階段開展經驗反饋的目的，從工程建設過程中的偏差、事件群類中發現工程質量、管理問題，為工程建設監管提供幫助。同時對提高承包商管理人員、工人的核安全和質量意識起著重要作用，促進承包商質量管理水平的提高。

4　結論

根據換料水箱的焊接質量控制措施，通過某核電工程現場換料水箱的焊接實施，驗證了換料水箱焊接質量是可控的，所擬定的焊接質量控制措施是可行性。

[1]陳丙森.焊接手冊（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2003：19-23.

[2]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（焊接結構）——第三版[M].北京：機械工業出版社，2003：191-193.

Welding quality control of nuclear power plants refueling water tank

TANG Shi1，TANG Hongwei2，CHENG Xiaoling1，WANG Xiaoning1，FU Longfei1
（1.StateNuclearPowerDemonstration Plant Co.，Ltd.，Rongcheng 264312，China；2.Construction Management Department，Fuqing Nuclear Power Nuclear Equipment Institute China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Fu qing 350318，China）

Welding is an important fabrication process of in-containment refueling water storage tank(IRWST),and welding quality plays an very important role in controlling the quality of the IRWST,so how to ensure the welding quality is the key to the overall quality of IRWST.In this paper,the welding characteristics of steel 00Cr19Ni10(304L),difficulties in the welding process of IRWST and factors affecting welding quality are analyzed,and the welding principle and matters need attention are also summarized.And the welding quality control measures are described in detail from the aspects of the preweld control,in-process control and postweld control.This paper could be a reference for the welding quality control of storage tanks of nuclear power plants in the future.

nuclear power plants；stainless steel；refueling water tank；welding quality control

TG405

B

1001－2303（2016）05－0117-06

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.05.26

2016-02-12；

2016-02-20

唐識（1976—），男，四川仁壽人，高級工程師，學士，主要從事核電廠設計管理、執照申請及焊接管理等工作。