基于模塊預制焊接質量控制的安全文化實踐

楊青云，吳金輝，張 崗，孟偉東，劉先文，徐春杰

（1.國家電投集團能源科技工程有限公司，上海 200000；2.西安理工大學材料科學與工程學院，陜西 西安 710000）

模塊預制焊接施工技術規范高要求，質量控制工作方位廣、難度大，焊接專業存在獨特性。建設者在使用年限內存擔著相應的責任與義務，形成“安全人人有責”的安全文化靚麗風景線[1]。相關專業工程師深知安全的責任與擔當，唯以質控工程師的角度研讀技術規范與標準，加強審承包商的報審文件，深入施工現場，力爭設備材料標準化、施工管理規范化、工程質量精品化。“工程建設期的質量，就是運行期的安全”，在質控過程中，每一道工序、每一項工藝過程的目標是“質量第一、安全第一”。

焊接質控工程師對CR10 模塊的入場檢查驗收、預制焊接過程監督管理。某建設工程采用CR10 模塊是鋼制安全殼底封頭的支架，主要功能是支撐鋼制安全殼。鋼制安全殼是抗震Ⅰ級設備，其支撐CR10 模塊同樣是抗震Ⅰ級結構模塊。模塊內鋼結構的連接方式是焊接和高強螺栓連接。CR10 模塊內環半徑10.686m，外半徑21.031m，外環高度3.343m；鋼結構原材料是材質Q345B 的無縫鋼管、H 型鋼、T 型鋼、鋼板，最大厚度12mm，總重量約110t；消耗性永久材料焊材是藥芯焊絲CHT711。

CR10 模塊在由施工承包單位在現場外預制成32 個片體，運輸到臨建區拼裝場地后拼裝成16 榀單元結構。CR10 模塊單元制作完成，運輸到吊裝場地整體預制拼裝，擬整體吊裝就位。

焊接因空間位置與工藝成熟性，采用的主要焊接方法是鎢極氬弧焊、手工電弧焊，條件具備時采用鎢極氬弧窄間隙自動焊、埋弧焊、二氧化碳氣體保護焊等方法。影響焊接質量的因素有技術規范的要求、焊接材料、人員資格、設備管理等方面。在強大的建設質保體系下，人因失誤是發生安全事故的主導誘因。質控工程師解讀技術規格書，加強現場施工監督管理等方面，將安全文化滲透到日常管理工作中。

1 碳鋼及低合金鋼焊接技術條件解讀

在安全文化“倡導學習型組織”的指導下，質控工程師每周參加兩次內部培訓學習，包括業主程序、專業技能、AP1000 系統等內容，要求質控工程師透徹理解技術標準規范。項目與民用項目的不同之處在于每個建設項目都有自成體系的技術規格書，或引用或嚴于相應的國家/行業標準，且由不同專業的設計人員編成，相互之間合理援用，且每個專業對材料、焊接的要求不一致。焊接專業質控工程師解讀技術規格書，最終形成施工承包商工作程序/施工方案審核、現場焊接監督管理的基礎依據。

某建設項目采用CR10 模塊焊接的技術規范碳鋼及低合金鋼焊接技術條件的關鍵點解讀如下：

（1）焊條、焊絲必須符合國標或AWS 標準對焊材的相關規定，且選用低氫焊材，具有完整的質量合格證書，且經復驗合格后，方能使用。

[條文解讀]低氫型焊材是指熔敷金屬中含氫量≤5ml/100g[2]。由于理化試驗室條件限制，熔敷金屬含氫量通常在焊材質量合格證書中要求。完整的質量合格證書是指質量證明書中項目及指標完全符合相關標準，如化學分析中的元素個數等。在鋼結構施工質量驗收規范中，檢驗重要鋼結構采用的焊接材料質量合格證明文件的性能數據。有豐富建設經驗的施工承包商都強調復驗焊接材料，且使用狀態中焊條保溫筒的溫度范圍是70℃～150℃。

CR10 模塊焊材E71T-1C 現場復驗的項目，參考焊材標準AWS A5.20 中焊接試件的檢驗項目，如射線探傷、化學分析、拉伸試驗、沖擊試驗、角焊縫試驗、擴散氫試驗等確定滿足焊縫熔敷金屬的使用性能。

焊接專業質控工程師在焊接材料現場驗收過程中，嚴格按照標準/技術規范中的要求，檢驗焊材復驗項目及其試驗數據的符合性。

（2）焊接工藝評定符合GB50661 或AWS D1.1。

[條文解讀]焊接工藝評定依據是GB50661 或AWS D1.1，依據工程施工經驗，設計院的圖紙規定焊接工藝評定的標準是AWS D1.1。

對焊接厚度8mm ～200mm 的焊縫無損檢測設計驗收標準：①不允許存在具有平面性特征[3]的缺陷；②拒收A 級缺陷（不論長度如何）；③拒收長度大于20mm 的B 級缺陷；④拒收長度大于50mm 的C 級缺陷；⑤D 級缺欠可確定合格。

質控工程師在充分解讀設計文件的基礎上，結合安全文化“培育質疑的工作態度”，切合實際地提出疑問。現場工件焊縫的檢測技術文件，相對于AWS D1.1 的規定，多一項缺陷性質的判斷，這樣將導致焊接工藝評定的無損檢測要求低于工件焊縫的要求。已經合格的焊接評定中的焊接工藝，是否能滿足現場工件焊接的要求，尚具有不確定性。設計文件是現場施工程序與方案編制的直接依據，在暖暖的安全文化大環境下，焊接工藝評定在電工程經驗累積的基礎上有更高要求。

（3）焊接質量檢驗人員是接受過技術培訓，有一定的焊接實踐經驗和技術水平，能正確掌握焊縫質量的評定標準，且持有質量檢驗人員上崗資格證書者。

[條文解讀]依據無損檢測技術規范的要求，所有無損檢測都必須由持有與其從事的檢測方法相應的有效資格證書的檢測人員執行，其資格符合HAF602 規定。

國家環保總局對民用安全設備無損檢驗人員管理有專用的部門規章，在建設期間無損檢測管理人員資格要求符合HAF602，這是安全文化在設計文件中良好體現的一個側面。

2 質控工作方法

2.1 工作日志

質控工程師以工作日志的形式每天記錄工作內容，包括天氣、氣溫，全面記錄工作相關事宜。

2.2 文件管理

質控工程師以程序規范工作流程，通過質量通知單、工作聯系單和施工承包單位聯系事務。審核批準承包單位報審的程序/施工方案、質量計劃、材料報驗資料，以及焊工資格項目證、無損檢測人員資格證；重點復核承包商報備的焊接工藝評定報告（PQR）與焊接工藝技術規程（WPS）。

2.3 巡視檢驗

CR10 模塊施工期間，相關專業質控工程師不定期或在特定時間段內檢查，監督管理現場施工環境、人員持證情況、工藝紀律、施工質量，以及安全文明施工等內容。

2.4 質量計劃控制點檢查

預埋件和零星鋼結構技術規格書中，將質量計劃控制點分成停工待檢點（H 點）、見證點（W）、資料審核點（R）。H 點針對設備安全或性能最重要的工藝過程、相關檢驗、試驗設置，如重要工序節點（新工藝）、隱蔽工程、關鍵試驗或不可重復的試驗。W 點針對重要部位、特種作業、特殊工藝等[4]，施工單位在該項作業開始前24h 或48h，書面通知現場監理單位到現場見證施工作業過程。若施工作業過程見證產生疑義，質控工程師可將W點變更成全過程監督控制點。CR10 模塊焊接施工以質量計劃設置的工序分批發點，焊接專業工程師對現場檢查見證。

2.5 專項監查

焊接質控工程師專項檢查CR10 模塊焊接與目視檢查人員資格、焊接材料管理。

質控工程師的工作方法還包括工作聯系單、質量問題通知單、專題會議等。

3 CR10模塊焊接現場質控

焊接施工管理實行3 級QC 控制（施工作業隊一級、施工承包商二級、總承包商三級），施工承包商檢驗后，無論是總承包商，還是業主、監理單位檢查復核，檢查結果與結論保持一致性，體現出安全文化的原則“安全能接受持續的檢驗”。

3.1 焊接材料管理

3.1.1 焊接材料的現場復驗

CR10 模塊在預制廠采用焊條電弧焊，在吊裝場地采用藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊（FCAW）。低合金鋼焊絲符合AWS A5.20/A5.20M-2005 的要求。施工承包商依據相關的標準規范、技術文件與圖紙的規定，編制焊材采購技術規格書，且采購技術規格書經過施工總承包商的批準。如現場使用的藥芯焊絲（牌號E71T-1C、規格Φ1.2mm、質保等級QSA3）的采購技術規格書中明確焊絲的理化性能試驗要求，且要求現場復驗項目有化學分析、拉伸試驗、沖擊試驗、角焊縫試驗等。焊接質控工程師依據標準驗收入場藥芯焊絲E71T-1C。

按照AWS A5.20/A5.20M-2005 焊縫試件檢驗項目，焊材質量保證書與現場復驗熔敷金屬的射線探傷、化學分析、沖擊試驗、拉伸試驗，以及角焊縫金相試驗。

3.1.2 焊材貯存

某建設項目焊材庫的職責是材料入場驗收與批量貯存。材料入場驗收的焊材，臨時貯存在待驗區。庫房內的環境（溫度、濕度）及其記錄、貨架與墻面/地面的距離、碼放高度、不同牌號/規格焊材的間隔，是質控的重點檢查項目。焊材庫房的檢查，焊接質控工程師采用焊材外觀檢查驗收時，隨機抽查、核對記錄。

圖1 角焊縫圖例與現場實例

3.1.3 焊材使用

施工現場根據焊接工藝技術規程（WPS）的要求，使用焊材。焊工領用的焊絲，在現場未使用時，有效覆蓋保護；當班未使用完的焊絲，退回焊條烘干房儲存。焊接質控工程師核對在用焊材牌號/規格與爐批號、焊縫標識。

3.2 焊接工藝評定（PQR）/焊接工藝技術規程（WPS）

CR10 模塊所有的板材、型材的材質Q345B。焊接厚度8mm ～12mm。焊接方法有焊條電弧焊（SMAW）和藥芯焊絲氣體保護焊（FCAW）。為掌握母材的焊接特性，采用δ25mm板，3 個焊接位置（2G、3G、4G），共6 項焊接工藝評定。焊接質控工程師見證焊接工藝評定的焊接工序，復核檢查焊接工藝評定報告。

焊接工藝評定試件檢驗的復核。AWS D1.1 的焊接工藝評定試驗的焊接試板，目視檢查、NDT（超聲波檢測）、側面彎曲（4個）、橫向拉伸（2 個）；另焊接技術條件規定，當母材有沖擊韌性要求時，焊接工藝評定需焊縫和熱影響區的沖擊試驗，且沖擊功值不低于母材[5]的最低要求。

焊接工藝評定報告中焊接要素控制示例：Q345B 板與Q390B 板對接立焊（3G）藥芯焊絲電弧焊焊接工藝評定報告。母材Q345B、Q390B 屬于AWS D1.1 中的Ⅱ類鋼，用于Q345B 同種材質的母材焊接。試件厚度25mm，覆蓋范圍3mm ～50mm。依據焊接工藝評定報告編制的WPS 用于CR10 模塊中Q345B 的相應焊接位置的對接焊縫與角焊縫。

焊接工藝評定的焊接線能量見表1。

表1 焊接工藝評定線能量

*①線能量公式：熱輸入（J/mm）=電壓（v）×電流（A）×60/焊接速度（mm/min）。

焊接工藝評定報告是在已有焊接工藝的基礎上總結與提高，是對施工承包商焊接技術能力底蘊的考察，體現安全文化“技術的獨特性必須得到認可”。

根據焊接工藝評定報告編制焊接工藝技術規程。焊接工藝技術規程核查示例：依據文件焊接工資評定報告；母材Q345B/Q345B，δ ≥3mm；焊接方法FCAW；焊接材料E71T-1C Φ1.2mm，焊接位置1G/2G/3G/4G、1F/2F/3F/4F。

焊接工藝技術規程的覆蓋范圍的針對性較強，經總承包商批準的WPS 滿足CR10 模塊現場焊接施工需求，體現安全文化的“決策體現安全第一”。

3.3 承包商程序的審核

質控工程師對施工承包商的焊接工藝評定、焊工資格管理、焊接材料管理、鋼結構焊接施工，以及無損檢測管理程序審批。

經質控工程師審核，承包商的焊接工作程序滿足CR10 模塊施工的需要。施工承包商的程序/施工方案具有邏輯性、條理性與符合性，不允許存在語法、文字錯誤，且經業主、監理，設計或核行業專家的推敲論證。

3.4 人員資格審核

質控人員審核施工承包商的焊工資格項目證，復核焊工資格項目證清單，且在現場檢查核對焊工資格項目卡，如按AWS D1.1-2000 標準考核項目Q345B δ25/E71T-1C-3G/4G-FCAW，具備焊接厚度≥3mm，全位置的資格。

3.5 質量計劃審核選點與見證消點

質控工程師質量計劃焊接工序檢查見證，如CR10 模塊鋼管與筋板之間的焊接工序見證過程：圖紙CR10 模塊節點詳圖（圖1）；母材材質Q345B，鋼管Φ630×12mm，板δ10mm；焊接方法FCAW；焊接材料CHT711 Φ1.2mm；CO2壓力表有效日期；焊接環境溫度20℃、相對濕度75%；溫濕度表有效日期；焊工資格項目的適用母材范圍是碳鋼和低合金鋼；規格≥3mm；焊材E71T-1C，F6 類；焊接位置F（平）、H（橫）、V（立）；WPS 的母材牌號Q345B；規格≥3mm；填充金屬AWS A5.20 的E71T-1C Φ1.2mm；焊機有效日期；焊接日期；焊接電流157A；焊接電壓30V。

據同類建設項目的不完全統計，技術項目單個機組的焊口數量近20 萬。為保證現場焊接活動有人監督，避免焊接質控人員不足而暫停施工待檢的問題，在總承包商有效管理、相關工序有條不紊地開展條件下，以及在安全文化原則“信任充滿整個組織”指引下，焊接質控工程師同時監督管理兩個見證點。

4 質量保證監督

項目建設的質量保證大綱是框架，管理程序和工作程序是填充物，體現“領導層以行動兌現對安全的承諾”。在CR10 模塊焊接管理方面，質保人員對合格供應商評審、現場例行監督檢查，以及專項監督檢查，必要時質保監查。

4.1 焊材供應商資格評審

焊接專業工程師參與評審供應商的技術/生產能力資料。CR10 模塊的焊材供應商四川大西洋焊接材料股份有限公司，通過文件質保評審后成為合格供應商。

4.2 內部監督

質控工程師的活動受質保工程師的監督。如質保工程師對焊接專業開啟質量觀察報告（OBN），對焊接質控工程師缺少基本的檢查工具、焊接NDE 專業未按程序流程審查質量計劃，以及焊接專業未監督焊材的分發和回收，糾偏焊接質控工程師工作。

5 待提高項

設備國產化率已經達到55%，為CAP1400 示范堆走出國門服務世界作好充分準備，但是在國產化方面仍有待進一步提高。同樣在焊接專業方面也存在部分待拔高項，以期達到建設透明的安全文化境界。

5.1 焊接材料復驗

5.1.1 擴散氫試驗項目

相應技術規格書的要求CR10 采用低氫型焊材焊接，藥芯焊絲CHT711 的材質證書卻未對熔敷金屬的氫含量明示檢測結果數據。建議制造商在材料合格證明文件上補充提供擴散氫含量數據或現場復驗，焊材制造廠實驗室或省級實驗室有擴散氫試驗資格。

5.1.2 體積檢測

CR10 模塊焊接材料E71T-1C 復驗項目中，沒有體積檢測項目。通過X 射線檢測或超聲波檢測焊材復驗的焊接試件，體現焊材的操作性能與無損檢測性能，且在性能試樣加工過程中，合理選擇機械性能試樣的取樣區域，真實展現熔敷金屬的性能參數。建議設計文件中增加焊接材料復驗熔敷金屬的體積檢測要求。

5.2 延時裂紋鋼種的確定

結構模塊碳鋼、低合金鋼焊縫無損檢測技術條件中對有延遲裂紋傾向的材料，其焊縫至少在焊后熱處理48h 之后超聲檢測。冷裂紋的產生和熔敷金屬中的擴散氫含量存在直接關聯性。

相應的設計文件中沒有對有延時裂紋傾向的材料分類，且環境（如風速），以及層間溫度、熔敷金屬的氫含量對延遲裂紋的產生有較大的影響，建議設計對延遲裂紋傾向材料分類[6]，明確焊后無損檢測的時機，且在無損檢測報告中體現。

6 總結

該類項目建設周期長、技術難度高、環境偏僻、人員結構復雜，建設者有堅定的信念，提倡安全文化，傳播安全文化這面精神旗幟。質控工程師以“嚴以律己寬以待人”工作態度，不放過工作職責范圍的問題。模塊預制焊接施工的無損檢測工作已經合格完成。質控工程師認真解讀技術文件與標準相關條款，在檢查焊接施工先決條件的基礎上，對焊接過程以質量計劃見證點作主線檢查見證等，同時采取巡視檢查、專項監督等工作方法，以憑證全面、來源清晰的焊縫熔敷金屬內在質量完美地踐行安全文化。