VVER核電工程焊接材料不確定問題的處理

摘要：對VVER壓水堆核電站由中俄轉(zhuǎn)換設(shè)計、施工過程中典型的焊接技術(shù)問題進行分析，提出了解決俄羅斯供材料、中國供材料及第三國材料及母材分類不確定無法確定焊接工藝材料進行評定問題的流程、措施，對俄羅斯供設(shè)備缺陷及材料焊接過程中缺陷的處理提出了解決意見和經(jīng)驗反饋，對缺少焊接工藝及焊工資質(zhì)的困難的施工技術(shù)優(yōu)化也提出了整改意見，有效落實整改方法可促進中俄技術(shù)轉(zhuǎn)換，可促進工程建設(shè)進度。

關(guān)鍵詞：VVER核電機組;焊接技術(shù);焊接材料;不確定問題;處理

中圖分類號：TG42文獻標(biāo)志碼：B文章編號：1001-2303（2020）04-0118-06

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.05.25

0 前言

田灣核電3#、4#工程是中俄合作在建VVER-1000/428型雙殼壓水堆核電機組。在建設(shè)過程中涉及到俄羅斯供材料、中國廠商供材料、非俄國的第三國供金屬材料，高、中、低碳鋼，不銹鋼，鑄鋼，鑄件、鍛件復(fù)合型鋼等材料品種齊全，是目前我國在建核電工程中應(yīng)用材料種類最多、標(biāo)準(zhǔn)最復(fù)雜的一個核電項目，焊接難度和工程量巨大，技術(shù)問題突出：涉及到工程焊接缺陷的處理、焊接工藝評定管理、焊工資格管理及其有效性、材料轉(zhuǎn)換、俄供設(shè)備缺陷的處理、焊接檢驗及標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用等各方面，需要綜合能力強的焊接管理人員進行現(xiàn)場管理，一方面要保證施工進度，另一方面要符合焊接管理基本要求，更要符合核電質(zhì)量保證要求，對焊接技術(shù)問題的處理至關(guān)重要。

1 焊接材料分類不確定

俄方的焊接標(biāo)準(zhǔn)未更新，如表1所示;國內(nèi)的焊接材料版本更新快，發(fā)展迅速，在工程建設(shè)過程中由于對材料的分類不及時，導(dǎo)致在焊接材料的選擇及使用方面存在不確定性，焊接工藝評定報告的覆蓋性問題日益突出：由于工藝評定缺失而引起的焊工資格不能覆蓋現(xiàn)場焊接的問題;安裝和調(diào)試階段由于核安全法規(guī)規(guī)定的條款遵守情況及材料不確定所引起的焊工操作資格不能覆蓋現(xiàn)場對于設(shè)備制造廠商的主要設(shè)備（管道、管件、閥門、設(shè)備基礎(chǔ)、預(yù)埋件等）的缺陷處理的焊接問題。這些問題均會影響施工。

2 焊接材料缺失時的原因分析

3#、4#機組部分設(shè)備、閥門是由業(yè)主和工程公司從第三國采購供貨。安裝公司根據(jù)已到場材料信息組織規(guī)劃實施焊接工藝評定，但當(dāng)部分設(shè)備和閥門陸續(xù)到貨及滯后到貨后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備或閥門的材質(zhì)鋼號均屬于第三國材質(zhì)（設(shè)計采購時只考慮到設(shè)備、閥門的性能，未考慮在安裝期間與工藝接口時的現(xiàn)狀，未提出填充焊材質(zhì)的型號、牌號及相應(yīng)的規(guī)格，導(dǎo)致無法用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工，造成采購的第三國材質(zhì)設(shè)備、閥門等在現(xiàn)場無法實施焊接，安裝工作無法推進），同時，由于該部分物項的焊接技術(shù)條件缺少，或到貨時的質(zhì)量保證資料不全，不能確定物項的母材類別及現(xiàn)場焊接所使用的焊接材料，導(dǎo)致該部分物項已到現(xiàn)場仍無法安裝焊接。

針對第三國材料與中、俄供材料的歸類，焊接材料的選用以及如何進行焊接工藝評定成為急需解決的問題;而焊接材料缺失和選擇匹配問題是中、俄雙方設(shè)計院責(zé)任、范圍、技術(shù)條件及合同約定不清楚，文件未有效規(guī)定及文件缺陷，焊接技術(shù)條件缺少，或到貨時的質(zhì)量保證資料不全，不能確定物項的母材類別及現(xiàn)場焊接所使用的焊接材料，現(xiàn)場焊接前對于處理意見相互推諉扯皮所造成的。

制造材料標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)場焊接檢驗、質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)不一致情況;設(shè)計、采購用材料的變更更換后并未準(zhǔn)確通知至核電施工安裝現(xiàn)場，造成的材料采購困難、焊接工藝支持性材料缺少也是造成焊材不確定的重要原因。

3 解決措施

3.1 中俄接口（含第三國材質(zhì)）管道材質(zhì)焊材不確定問題

在工藝管道安裝過程中對于缺少工藝的焊接材料，制定以下具體的原則：

（1）按照ASME標(biāo)準(zhǔn)[1]及俄供的焊接技術(shù)要求對圖紙及設(shè)備供貨中的材料進行材料分類、歸類，確定分出碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、有色金屬等，按標(biāo)準(zhǔn)進行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ等歸類，以確定并執(zhí)行相應(yīng)的工藝評定[2]。（2）按等強原則、等化學(xué)成分和相近金相組織等使用條件原則進行分類和歸類。（3）對于不確定材料牌號的對接接頭，可以進行焊接前的光譜檢查，確定相應(yīng)材料后進行焊接工藝評定或焊接試驗，從而確定相應(yīng)的焊接工藝，同時輔以見證件檢查驗證，保證焊接質(zhì)量。（4）對于確實沒有相應(yīng)填充焊材的異種鋼的焊接，可以采取用本體材料鋼板剪成焊絲條進行焊接工藝性能試驗（手工TIG焊等方法）和焊接工藝評定，從而確定可行的熔化焊方法，以填補技術(shù)條件及標(biāo)準(zhǔn)的不足[3];同時，將相應(yīng)的技術(shù)材料資料及時歸檔、備案，以促進焊接技術(shù)的發(fā)展。

①按材料的物理、化學(xué)成分相近，使用性能的相近性，機械性能等強原則進行成分對比，結(jié)合以往工程的焊接安裝經(jīng)驗（如焊接1.4529的焊材時）、M310核電機組的焊接材料選用成熟經(jīng)驗并按HAF603及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)如NB/T47014等標(biāo)準(zhǔn)進行歸類。

②按金相組織相近的原則對材料組織成分進行歸類，如馬氏體鋼、鐵素體鋼、珠光體鋼，鐵素體+奧氏體鋼，鎳基合金、鍛件、鑄鐵/鑄鋼、鋁合金等。

③對材料性能模糊的材料，進行工藝性能試驗及現(xiàn)場檢測，判定其真實的分類歸類，由施工技術(shù)人員組織設(shè)計院金屬材料專業(yè)人員、各行業(yè)專家進行專題分析及討論，確定具體的材料性質(zhì)并分類。

按組織歸類的典型母材及擬采用的焊接材料舉例如表2所示。按設(shè)備材質(zhì)歸類的典型母材及擬采用的焊接材料舉例如表3所示。

3.2 焊接工藝不確定

焊接工藝不確定時通常采取現(xiàn)場焊接工藝評定及轉(zhuǎn)移的方法進行，并加以輔助焊接試驗的方法確定（含焊接見證件制作）。

3.2.1 焊接工藝評定

碳鋼、碳錳鋼的焊接工藝評定，應(yīng)使用規(guī)定抗拉強度高的覆蓋相同或更低的母材，如涉及鑄件，應(yīng)盡可能使用鑄件進行工藝評定;對于不銹鋼F304、316如需要控制晶間腐蝕，焊接工藝評定應(yīng)按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進行晶間腐蝕試驗檢驗。

第三國物項+俄方物項的焊接工藝評定按俄方標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

中供材料的焊接工藝評定按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)（如GB＼NB等標(biāo)準(zhǔn)）和設(shè)計院規(guī)定的技術(shù)要求進行工藝評定。

對于確實沒有相應(yīng)填充焊材的異種鋼的焊接，可以采取用本體材料鋼板剪成焊絲條進行焊接工藝性能試驗和焊接工藝評定，確定是否可行的方法進行，以填補技術(shù)條件及標(biāo)準(zhǔn)的不足;同時，將相應(yīng)的技術(shù)材料資料及時歸檔、備案，以促進焊接技術(shù)的發(fā)展。

3.2.2 焊接工藝評定轉(zhuǎn)移[4]

按分類歸類好的材料性能等級確定現(xiàn)場進行焊接工藝評定，延續(xù)VVER核電一期工程的焊接工藝評定;進行焊接工藝評定轉(zhuǎn)移，用轉(zhuǎn)移或評定的合格焊接工藝來制定現(xiàn)場的焊接施工工藝。

3.3 焊工資格及評定問題的處理

焊接工藝問題可由焊接工藝評定、焊接工藝評定轉(zhuǎn)移、焊接試驗三種方法來確定。由于焊接材料確定和選擇時間滯后，對焊接工藝評定及焊工考試、資格符合方面造成了很大的制約所導(dǎo)致的焊工資格考試不全問題可通過以評代考、焊工考試及試驗兩種方法來獲得，這兩方面的管理及其決策必須符合HAF603的管理規(guī)定：焊接工藝評定不得在不同建設(shè)單位內(nèi)相互轉(zhuǎn)移，焊工不能同時在兩個以上單位任職及擔(dān)任焊接生產(chǎn)工作，資格必須具備連續(xù)性[5];且焊工不得互借使用。對于焊工的技能問題，為保證技能的持續(xù)及連續(xù)，可采取適應(yīng)性練習(xí)、專項練習(xí)、人機熟悉及適應(yīng)性練習(xí)多種方法來提高技藝，適應(yīng)現(xiàn)場的操作，并及時采取檢驗及探傷，需要審核焊績檔案及其工作的合格率統(tǒng)計情況，確定技能的穩(wěn)定。

對于焊工資格及焊接工藝評定的適用性方面，必須做好焊接工藝評定的貯備工作，防止因材料不確定而造成的施工難以展開現(xiàn)象的發(fā)生;對于設(shè)備采購及供應(yīng)方面，應(yīng)采購相應(yīng)的焊接試驗件，以應(yīng)急工藝試驗或評定。

對于新材料及新技術(shù)及現(xiàn)場施工的管理方面，要充分消化和吸收HAF603的各項管理規(guī)定，規(guī)范現(xiàn)場焊工的管理（主要是有資格施工的焊工管理及施工;新材料使用后的備案報審、報備備案工作），在合同及質(zhì)量保證方面做好相應(yīng)的支持工作，一方面做好暫無資格施工時施工單位的資格審查及確認，確認資質(zhì)合格;另一方面做好合同簽訂及支付工作，保證施工的合規(guī)性及連續(xù)性，減小制約因素。

4 處理結(jié)果

對中俄、第三國材料的焊接問題，必須先解決材料的歸類，施工人員組織安裝技術(shù)人員對所涉及的材料進行了梳理，并依據(jù)化學(xué)成分及機械性能進行初步分類，再根據(jù)對比結(jié)果選出擬采用的焊接材料。對于業(yè)主方供的第三國材料CASS部分及材質(zhì)的化學(xué)成分進行分析和機械性能對比，提出擬采用的焊接材料建議;對現(xiàn)場光譜測量分析結(jié)果及其對比情況，結(jié)合田灣一期俄方總設(shè)計時的經(jīng)驗及M310核電機組焊接材料選用規(guī)格和經(jīng)驗，項目部組織行業(yè)界專家對分類結(jié)果進行綜合評審，并將評審結(jié)論提交設(shè)計院審查，設(shè)計院根據(jù)材料組別、供方、系統(tǒng)/安全級別、設(shè)備材料牌號、相焊接管道鋼號、建議工藝評定使用材料、建議焊材等信息逐一進行確認，給出最終的處理意見，有效解決所有中方供貨（包括第三國供貨）物項的所有焊接問題，滿足已到貨設(shè)備、閥門等的安裝進度。

典型的俄供材料與轉(zhuǎn)換材料間的焊接問題實例：

（1）應(yīng)急補水泵的焊材選用及焊接問題。

3#、4#機組的應(yīng)急補水泵到貨以后發(fā)現(xiàn)，UNS S06690鋼號的材質(zhì)并不在俄羅斯規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，而俄供不銹鋼接口管道（材質(zhì)08Х18Н10Т）與泵出口管道（材質(zhì)UNS N06690）需要進行現(xiàn)場焊接，根據(jù)焊接工藝評定原則及材料歸類方法，施工部組織設(shè)計、核設(shè)備所分析確定選擇ERNiCrFe-7A（ASME SFA 5.14）焊絲，ENiCrFe-7（ASME SFA 5.11）焊條作為填充材料。結(jié)合采購實際周期的長短，最終確定采用GTAW、ERNiCrFe-7（φ2.0 mm）焊絲實施φ159×9 mm管道的焊接工藝評定，評定合格，應(yīng)急補水泵的焊材選用及焊接問題得到解決。

（2）壓力容器O型密封環(huán)的焊接工藝制作。

壓力容器密封環(huán)材質(zhì)為鎳基ДКРIIМБТНП2

φ5.0 mm圓棒，完成后的焊縫需具備密封性能。①現(xiàn)場按照密封環(huán)實際尺寸及接頭形式制作了組對專用工裝，通過工裝的結(jié)構(gòu)保證現(xiàn)場組對軸線的可靠性;②現(xiàn)場焊接前，為焊縫制作了專項焊接工藝評定：采用ДКРIIМБТНП2φ1.2～1.6 mm作為填充金屬材料，保護氣體為99.999%純氬，流量8～12 L/min，實施對接焊接工藝評定（V型27°±2°），按照圖紙要求進行實物對接焊，同時讓取得專項資質(zhì)的焊工采用同類母材進行大量焊接試驗，確定TIG焊接工藝：單面焊V型54°對接，填充材料ДКРIIМБТНП2 φ1.5 mm，Ar流量12 L/min;打底焊電流45～50 A，蓋面焊電流55～60 A;現(xiàn)場控制對焊接收縮量達到了工藝試驗0.5 mm的要求、焊工更熟悉現(xiàn)場的焊接，從而保證了焊接質(zhì)量。

現(xiàn)場采取了分析比對、工藝試驗、應(yīng)用合同及質(zhì)量保證方法，有效地解決了中供、俄供、俄轉(zhuǎn)中供、第三國供材料無法焊接的施工制約因素，典型焊接技術(shù)問題均得到有效解決。

5 結(jié)論

（1）對于未經(jīng)焊接工藝評定而歸類選擇的焊材，要在RT及UT、PT合格的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加見證件的現(xiàn)場驗證，以再次確定所選材料的正確性，并為俄轉(zhuǎn)中技術(shù)及材料的正確應(yīng)用提供良好的技術(shù)經(jīng)驗并完善相應(yīng)的焊接技術(shù)規(guī)格書，從而促進俄轉(zhuǎn)中技術(shù)的穩(wěn)定。

（2）焊接試驗及焊接見證件的制作是必須的一項應(yīng)急措施，需做好相應(yīng)的技術(shù)準(zhǔn)備及管理;對于確實沒有相應(yīng)填充焊材的異種鋼的焊接，可以采取用本體材料鋼板剪成焊絲條進行焊接工藝性能試驗和焊接工藝評定，確定是否有可行的方法進行，以彌補技術(shù)條件及標(biāo)準(zhǔn)的不足;同時，將相應(yīng)的技術(shù)材料資料及時歸檔、備案，以促進焊接技術(shù)的發(fā)展。

（3）對于焊工資格的滿足性，焊接工藝評定后的合格報告及相應(yīng)的資料的焊工，同時可具備相應(yīng)焊接位置的操作技能，實行同位置同工藝的焊接操作，其資格管理須要滿足HAF603及相應(yīng)考規(guī)和質(zhì)量保證管理程序的要求。

參考文獻：

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