加強核電廠緊固件采購質量保證的幾點建議

王冶

中圖分類號：F253.2 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2017）09-115-05

摘要 核電廠緊固件的質量會影響到核電廠系統設備的安全運行，應該視為與其所屬的核安全設備具有同樣等級的零部件，核電廠緊固件的質量性能指標多，且檢驗項目多為破壞性試驗，為降低抽樣檢驗風險，保證不合格緊固件不會進入核電廠，建議通過實施零缺陷抽樣檢驗，增加細化檢驗項目，增設質量控制點，實施集中采購，擴大采購渠道等多種方法提高核電廠緊固件采購質量保證工作。

關鍵詞 核電廠 緊固件 質量保證 抽樣檢驗 風險控制

高強緊固件在核電廠應用十分廣泛，在核電廠的構筑物、系統管道、設備及設備支撐上都有使用。2015年國內某高強緊固件廠質量事件發生后，從國家主管部門到核電廠，投入了大量人力物力排查其帶來的安全隱患，付出了巨大代價，教訓極其深刻。該事件的主要責任者是制造廠，但是，核電廠和采購單位對核電廠安全重要物項緊固件（以下簡稱核電廠緊固件）采購過程質量控制存在的薄弱環節也是不可忽視的。國家核安全局發布了《關于進一步加強核電廠緊固件等大宗材料質量管理的通知》（國核安發[2016]195號，以下簡稱195號文件），對核電廠營運單位及設計單位提出了10項管理要求，并在附件《核電廠緊固件入廠（場）復驗指南（試行）》（以下簡稱“復驗指南”）中明確規范了核電廠緊固件入廠復驗的檢驗項目和抽樣方案及其他質量控制要求。設計單位也針對核電廠緊固件編寫了專用的技術條件。但是，對核電廠緊固件采購、制造過程如何進行質量控制和檢驗驗收尚未作出具體要求。因此，研究核電廠緊固件采購和制造過程的質量風險和控制措施非常必要。本文分析了核電廠緊固件制造過程抽樣檢驗和驗收判定存在的風險，提出防控方法和措施，供同行探討和參考。

一、核電廠緊固件特殊性能和抽樣檢驗特點

用于核電廠安全重要物項的高強緊固件，其產品技術要求、性能和產品質量指標已經不同于一般意義上的高強緊固件，從核電廠系統設備角度看，它應是一個與所屬的核安全設備具有同樣安全等級、質量保證等級和抗震類別的重要零部件，與所屬系統設備共同執行安全運行功能。用于核安全設備的緊固件（以下簡稱核安全緊固件）的技術規格書也是一個突出核安全特殊要求的技術文件，其內容重點強調的是緊固件的安全質量特性。核安全緊固件所具有嚴格的原材料選材要求，性能檢驗項目繁多，檢驗指標和試驗要求嚴格構成了核電廠緊固件區別于一般高強緊固件的顯著特點。

緊固件就本身結構復雜性而言，它是一個很普通的機械零件。核電廠緊固件因其在核電廠安全重要設備中扮演著與安全設備同樣的安全重要功能，使得它已經超出一般高強緊固件的意義，更重要的意義是它在伴隨系統設備共同執行核安全功能中扮演的重要角色決定了它從出生到服役的整個過程都需要與質量性能檢查、檢驗、抽樣檢驗等諸多檢驗方法相伴終生。

表1列舉了M310堆型二代加核電站核安全級設備用緊固件技術條件中給出的質量檢驗項目中應用抽樣檢查項目和判定方案。

從表1可以看出，核電廠緊固件從原材料到產成品，抽樣檢驗和判定方案貫穿于在產品質量的原材料檢驗、產品制造過程的質量檢驗、產品最終驗收檢驗各個環節。從被檢驗項目性質角度分類，可以分為非破壞性檢驗項目和破壞性檢驗項目兩大類。整個制造過程的檢驗應用了統計抽樣檢驗、百分比抽樣檢驗、全數（100%）檢驗和經驗抽樣檢驗等方法。

抽樣檢驗國家標準是協調或平衡供需雙方經濟利益的橋梁。采用抽樣驗收方法的主要動力是經濟性，供需雙方可以節約主觀討論的時間，既保證被接收批具有一定質量，又可顯著節約檢驗工作量和檢驗費用。抽樣檢驗國家標準在我國應用近二十年，廣泛用于各個行業。這些標準適用于批產品（如材料、零件、部件、整件和系統）的質量檢驗，也可用于產品在制品的檢驗。本文關注的問題是應用統計抽樣檢驗技術過程的風險及其控制。抽樣檢驗國家標準已經明確告知應用者，抽樣檢驗驗收要接受風險的，供需雙方都希望使自己的風險最小。這就需要供需雙方合理地選擇抽樣方案，控制各自的風險。適當利用抽樣驗收國家標準，對雙方都有利。統計抽樣檢驗與過程控制技術的國家標準有可靠的理論依據。非國家推薦的抽樣方法（如百分比抽樣等）往往缺乏理論依據，目前已經被淘汰。當前技術文件中應用百分比抽樣檢驗方法應該停止使用。

鑒于核電廠緊固件的失效會直接影響核電廠系統設備的安全功能，任何不合格的緊固件都不應該接收。所以，核電緊固件采購和制造過程應用抽樣檢驗技術時應該注意這些風險與核安全可靠性指標的關系，注意這些核電緊固件與所屬系統設備共同執行安全運行功能時是否能夠接受這些風險？進一步防范這些風險需要采取哪些措施？盡量減少核電廠設備維修、大修等活動中因緊固件不合格帶來延誤工期和經濟損失。本文對非破壞性檢驗項目的抽樣方案和破壞性檢驗項目抽樣檢驗兩個方面存在的風險進行分析并提出應對措施。

二、非破壞性檢驗項目抽樣方法風險及其防范措施

（一）非破壞性檢驗抽樣方案的風險分析

核電緊固件采購制造過程的非破壞性檢驗項目主要包括緊固件幾何尺寸檢驗、產品形位公差檢驗、硬度檢驗，無損檢驗，螺紋尺寸和公差等項目的檢驗。這里研究和分析抽樣檢驗風險，目的是為了找出減少風險的措施。

按照統計抽樣檢驗的理論，只要抽樣檢驗就有風險。目前我國尚沒有專用于核電緊固件的檢驗驗收標準，國內緊固件件行業常用的緊固件檢驗驗收標準是GB/T 90.1《緊固件驗收檢查》。通用的抽樣檢驗標準是GB/T 2828.1-2012《計數抽樣檢驗程序第1部分按接收質量限（AQL）檢索的逐批檢驗抽樣計劃》、GB/T 2828.2-2008計數抽樣檢驗程序第2部分按極限質量（LQ）檢索的孤立批檢驗抽樣方案》等標準。這些國家標準都是與ISO國際標準、和美國軍用抽樣檢驗標準接軌的標準，廣泛用于各行業的非破壞性抽樣檢驗和判定。本文關注的是，這些國家標準在適用范圍中對應用的條件和用戶接收概率均作出了明確說明。

GB/T 90.1《緊固件驗收檢查》在文件應用范圍中闡述了該標準不適用于高速機械和有特殊要求場合使用的緊固件。該標準在術語和定義章節的3.13合格質量水平（AQL）、3.14極限質量（LQ）中已經告知用戶，在一個抽樣方案中同一高的接收概率對應的質量水平（AQL），其接收概率大于或等于95%。同一低的接收概率對應的質量水平（LQ），其接收概率小于或等于10%。也就是說用戶接收不合格批緊固件產品的概率為10%。

GB/T 2828.1《計數抽樣檢驗程序第1部分按接收質量限（AQL）檢索的逐批檢驗抽樣計劃》、說明了使用方風險質量（consumers risk quality）。對抽樣方案，相應于某一規定使用方風險的批質量水平或過程質量水平。該標準注明的“使用方風險通常規定為10%?！?/p>

GB/T 2828.2-2008《計數抽樣檢驗程序第2部分按極限質量（LQ）檢索的孤立批檢驗抽樣方案》是為孤立批設計的，較適合用于核電廠緊固件的成品檢驗。但是該標準也是按極限質量（LQ）的接收概率為10%設計的。

上述國家標準中告知了應用本標準使用方接受不合格產品的風險是10%。核電廠作為用戶在控制采購、制造過程的質量時應用本標準時用戶需要考慮接收風險。目前我國尚沒有專用于核電緊固件的檢驗驗收標準。應用這些標準意味著接受這些風險。10%的不合格品批接收風險會在后續核電廠大修中出現再次檢驗確認合格的工作量，存在貽誤大修進度的風險，也增加緊固件使用過程的再檢驗、再鑒定和合格判定工作，給核電運行維修造成直接損失。更嚴重的是這個風險數值與核安全緊固件所在安全重要系統設備的安全可靠性指標不相匹配的，給安全重要系統設備運行帶來安全隱患，直接威脅到核電廠的安全穩定運行。核安全重要相關系統設備和零部件的可靠性要求一般在10E-6＼10E-5量值之間。筆者認為：兩者之間差距很大，是數量級的差別。作為通用的緊固件行業來說是可接受的。但是對于有特殊要求的核電廠緊固件來說，無論從核電工程或大修工作過程進度控制角度、還是從設備安全可靠性指標匹配角度和安全穩定運行角度，核電行業不可能接受這么大的風險數值。應積極采取措施盡可能減少和防范這些風險。

（二）防范措施建議

目前核電有些核級緊固件技術文件給出的非破壞性抽樣檢驗方案是先按一定的樣本空間實施抽樣檢驗，抽樣檢出不合格后再進行100%檢驗，把100%檢驗作為最后的無奈之舉。筆者建議：對于抽樣檢驗原理和國家標準中已經明確的風險，應采取的主動防范風險措施。抽樣、檢驗與判定是產品檢驗驗收工作的三個要素。防范措施也從三個要素著手進行。

建議之一，針對應用抽樣檢驗標準存在10%不合格批接收概率，對非破壞性項目無論在產品制造過程中還是在出廠驗收檢驗中不采用抽樣檢驗方案，直接進行100%全數檢驗。

對非破壞性檢驗項目直接進行全數檢驗的優點是，提高核電緊固件可靠性，把抽樣檢驗帶來的風險降至最低。提高非破壞性項目質量標準，對不合格品“零接收”。努力把緊固件的可靠性與核電安全重要系統設備的可靠性設計理念相匹配。保證核電緊固件與核電廠安全重要設備同樣執行安全運行功能，使得核電緊固件不能成為安全重要設備的短板。努力采取措施提高核電緊固件可靠性與核安全文化和理念高度一致。

對非破壞性檢驗項目直接進行全數檢驗的缺點是增加了檢驗費用。是用經濟代價減少了安全風險。從產品制造成本角度分析，非破壞性檢驗工作主要增加的是檢驗人工工時費用和測量設備使用費用。相比破壞性檢驗項目來說這些費用所占檢驗費用的比例是很小的。

更重要的意義在于消除了以10%的概率接收批不合格品的風險，可保證后續緊固件的安裝、替換工作節約寶貴的時間，不再因為這些風險造成工程、大修工期延誤，免去了再檢驗、再鑒定工作。換取來經濟效益更大。從核安全角度看，消除安全隱患帶來的核安全效益是巨大的，無法用經濟指標衡量的。

建議之二，是在檢驗之前，確認檢驗設備、檢驗量具、檢驗人員滿足檢驗條件。一般制造單位都應具備這些條件，計量誤差和測量誤差應該在所用的設備和量具給予保證。采購合同訂立之前，核電廠采購人員應對制造商這些要素予以確認。

建議之三，是針對單件緊固件檢驗采取“0收，1拒”的判定方法，在進行100%檢驗過程中作為單個緊固件檢驗驗收的判定原則。在100%檢驗方案中，批質量合格的概念變成了單件緊固件合格的概念。這里所說的“0收，1拒”的判定方法是指，一個單件緊固件產品包含多個被檢驗的幾何參數、形位公差、表面質量、硬度等，只要其中一個參數不合格，則判定為該單件緊固件不合格。

嚴格的判定方案、100%檢驗方案、合格的檢驗員和設備三者同時并用構成非破壞性檢驗抽樣方案的風險防范措施的整體。用三個措施保證緊固件非破壞性檢驗項目合格驗收順利進行，把采用抽樣檢驗帶來的約10%的風險減到最低。努力實現不合格緊固件不進場（廠），也為后續執行《核電廠緊固件入廠（場）復驗指南（試行）》打下基礎。保證緊固件非破壞性檢驗項目有復驗合格的把握。針對我國出現的浙江高強緊固件事件，和國內制造行業實際情況，核電廠作為采購方，結合實際做出非破壞性檢驗驗收方案十分必要。

三、破壞性檢驗抽樣方案的風險及防范措施

（一）破壞性檢驗抽樣方案的風險

核電緊固件的破壞性檢驗項目較多，如：拉力試驗；保證載荷試驗；沖擊試驗；表面硬度試驗材料的化學成分（雜質含量）測定；金相試驗，包括芯部淬火組織檢查、表面脫碳或增碳檢查；鍍層的厚度、耐蝕性和氫脆等試驗。破壞性檢驗項目的一個特點是檢驗費用大，成本高，抽樣數量有限。用少量的樣本的破壞性檢驗來驗證整批產品的質量，其抽樣方案的風險肯定大于非破壞性抽樣檢驗，既理論上遠大于10%。需要技術人員根據應用功能制定出比較科學的抽樣方案是具有很大難度的。目前我國尚無產品破壞性抽樣檢驗國家標準。核電緊固件技術文件給出的抽樣檢驗方案，基本上屬于經驗抽樣檢驗方法。

從表1可以看出，為了保證核電緊固件滿足核安全功能需要，設計單位在技術層面上設計了多個破壞性檢驗項目，這些破壞性檢驗項目設計在不同的制造工序中，體現了一定的多樣性、多重性。用多樣性和多重性相互比較參考，使其具有一定的沉余度。盡管這樣，抽樣檢驗本身固有的風險是無法消除的。但是在技術上應對經驗抽樣比例與核電緊固件執行安全功能進行可靠性數學計算，驗證經驗抽樣比例的合理性。這個計算過程應寫入技術文件，共使用者參考。

（二）防范措施建議

即要使接收批不合格品的概率風險盡量低，又要盡可能選取較低的樣本量，是核電廠緊固件破壞性抽樣檢驗面臨的難題。在技術上層面無法消除的風險需要依靠管理措施加以補充。本文從質量管理角度提出防范措施建議，供討論和參考。

1.采用零缺陷抽樣檢驗方法，提升制造商質量管理體系。建議核電廠緊固件的破壞性檢驗項目采用零缺陷抽樣檢驗方案。該方案采用“0收，1拒”的判定原則對樣品進行檢驗，只要發現一個不合格就拒收整批交驗產品。它的優點是簡化了采用其它抽樣檢驗方法的復雜性，降低了對樣本量的需求。特別適用于有特殊目的要求的航天、航空、汽車軍工等行業的破壞性檢驗項目。該方法已在我國汽車行業得到廣泛應用。該方案要求制造商建立預防性的質量體系和有效的質量過程控制系統，強調以事先的預防代替事后的檢驗。

抽樣檢驗的局限性在于，因為無論樣本量取多大，都不能使產品的批質量水平達到零缺陷的水平（1-100PPM的范圍）。要達到零缺陷的目標，通過抽樣檢驗是不可能實現的。何況對于破壞性檢驗，樣本量只能取很小的數量。

所謂“質量是干出來的，而不是檢驗出來的”，制造商要達到產品零缺陷的目標，制造商只有建立相適應的質量體系并使之有效運作才是最可靠的。美軍標MIL-STD-1916《國防部推薦的產品驗收方法》給出了零缺陷抽樣方案理念的解釋：當一個質量體系是有效的話，那么抽樣檢驗就是多余的，沒有價值的。因為抽樣檢驗既不能控制質量也不會改進質量。

“0收，1拒”的判定驗收理念更鼓勵制造商在完善自身質量保證體系上下工夫，依靠自身質量保證體系的有效運行來保證生產出合格產品。檢出的產品不合格，鼓勵制造商首先從體系上查找原因。核電廠緊固件采購時，在完成供方評價工作中，應重點關注制造商質量保證體系執行的有效性。質量保證體系是產品質量的源頭，核電緊固件從產品誕生到服役與檢查、檢驗相伴終生，從源頭開始控制風險是正確的選擇。

在保證質量體系有效運轉的基礎上再使用較小樣本量的抽樣檢驗方案，驗證批產品的合格與否，是解決核電廠緊固件破壞性試驗項目檢驗難題的先進方法。美國標準ASTM F1470-12《用于特殊機械性能檢驗的緊固件抽樣標準方法》正是基于這一理念，在強調買方在監查制造廠質保體系的前提下，給出一個適用于緊固件破壞性檢驗樣本空間的零缺陷抽樣檢驗標準。國家核安全局發布的“核電廠緊固件復驗指南”中即引用了該標準中的抽樣水平。筆者建議在核電廠緊固件檢驗檢驗階段同樣可以參照該標準實施。

2將每項破壞性檢驗驗收設置為質量控制點（H點）。核電廠緊固件的檢驗驗收指標從原材料開始貫穿制造全過程。技術文件要求的每一項破壞性檢驗指標的不合格都將拒收整批產品或半成品，這一特點決定了供需雙方質量計劃控制點的設置。核電廠緊固件質量計劃中應盡量多設質量控制點，尤其對破壞性檢驗項目必須設置“H”點，確保核電廠技術和質量人員親自驗證關鍵指標特性的檢驗過程?！?收1拒”的抽樣檢驗判定方法需要在計劃檢驗破壞性項目時，應按照檢出不合格概率和風險合理安排項目的檢驗順序，一項檢驗完成之后在進行下一項，盡量避免同時檢驗不同的項目，以免造成不必要的損失。每一個破壞性檢驗項目的檢驗，需要大量的設備準備，人員和管理準備，質量保證和技術準備工作，從試驗樣品或試件的制作，到完成檢驗，提交檢驗報告，歷時較長。在采購交貨進度上應留有充足的時間。核電廠質量見證人員在見證質量控制點時，應熟悉各項檢驗項目執行的標準，不斷要關注試驗結果，還必須關注檢測設備狀態、人員資質狀況，以及記錄的有效性。

3.實施集中采購，擴大采購批量，減小抽樣檢驗風險。核電廠緊固件的高質量要求和破壞性檢驗項目較多的實際情況直接關系到采購批量和價格。核電廠緊固件大多是非標準產品，沒有專用的流水線，生產方式屬于小批量生產，需要生產單位提前準備，單獨組織生產。核電廠應提前計劃采購批量，采購的最小批量要滿足制造過程破壞性檢驗的最低要求。制定采購計劃時，需要技術人員針對破壞性檢驗項目計算破壞性抽樣檢驗的損失數量，包括入廠復驗的抽樣的損失數量，并留有足夠的余量。建議對同一規格、材料和技術要求的高強緊固件產品，可以采用幾家核電廠聯合采購的模式進行。也可以建立更大的采購平臺，由集團統一計劃，盡可能擴大采購批量。采購批量足夠大時，供需雙方都可以獲得較好的經濟性。這樣有利于保證產品質量，降低成本，也有利于生產單位組織生產。有利于降低破壞性抽樣檢驗的風險。

提高核電廠緊固件采購的經濟性，還可以多行業比較參考，擴大采購和供貨范圍。就高強緊固件而言，在核電領域應用時比較特殊，是一個新問題。但是，在船舶兵器軍工、航天航空導彈發射、高鐵等領域廣泛應用，是一個比較常規的零部件，制造工藝、裝備早已定型。應積極參考其他行業高強緊固件的制造采購解決核電廠高強緊固件采購的問題。如常規兵器坦克、裝甲裝備中的高強連接件、緊固件制造，大部分是特殊合金牌號，性能要求嚴格。在工藝裝備方面，這些高強連接件和緊固件的金屬冶金、鍛軋、熱處理和后期加工都相對成熟，積累了豐富的經驗，制造過程的檢驗試驗設備，測量手段齊全。在質量保證方面，這些單位都是國防質量保證體系，產品的安全可靠性有保障。只要采購批量合理，質量和經濟性比較都會比一般螺栓制造企業好得多。因此做好行業類比也是提高核電高強緊固件采購質量和經濟性的手段之一。

4.做好核電廠緊固件的入廠（場）復驗。核電廠緊固件的驗收檢驗由兩大部分組成，即制造過程出廠驗收檢驗和國家核安全局195號文件要求的入場復驗。入場復驗應委托第三方有資質的檢驗機構進行。從核電廠緊固件核安全特性上看，出廠驗收檢驗投入使用前的入場復驗獨立進行可以進一步體現檢驗的多重性，進一步降低抽樣檢驗帶來的風險，多了一道產品質量把關屏障，有利于提高產品可靠性。從檢驗設備和技術角度看，出廠驗收檢驗投入使用前的入場復驗獨立進行，入場復驗可以進一步驗證供應商生產過程檢驗的可靠性，起到驗證和監督緊固件制造廠質量控制、檢驗技術、管理水平的作用?？陀^上，第三方獨立檢驗驗證更鼓勵生產單位投入精力，致力于產品質量的持續改進，不斷完善質保體系，保證產品質量合格的作用。

四、結語

本文針對核電廠高強緊固件的性能指標特點，從非破壞性抽樣檢驗項目和破壞性抽樣檢驗項目兩個方面分析了核電廠高強緊固件采購過程抽樣檢驗提出控制和防范風險的建議。這些措施和建議結合了工作實際，具有較強的操作性。尤其是將非破壞性抽樣檢驗項目改為100%全身檢驗、破壞性檢驗項目采用零缺陷抽樣檢驗的建議，將質量控制關口前移，可以最大程度降低抽樣檢驗帶來的風險，使核電緊固件與所在安全重要系統設備的安全可靠性指標相匹配，消除緊固件給安全重要系統設備運行帶來安全隱患，有較高的應用價值。強調提高核電廠緊固件質量不應著重在事后的抽樣，希望引用零缺陷的理念，使制造商致力于建立持續改善的質量管理系統，使交付的核電緊固件產品均為合格品，達到預防于先的效果，提出核電緊固件采購制造質量控制工作思路，對防范抽樣檢驗風險，加強核電廠緊固件采購質量保證有積極的參考價值。上述觀點和建議不妥之處，請同行不吝指正。