核电凝汽器钛焊管采购及验收要点分析

冉正高，单世超，李庆华

（中广核工程有限公司，广东深圳518124）

核电凝汽器钛焊管采购及验收要点分析

冉正高，单世超，李庆华

（中广核工程有限公司，广东深圳518124）

结合国内外相关标准，对核电凝汽器钛焊管的采购要求及验收要点进行了分析。通过分析采购钛焊管时所遇到的问题，提出了若干质量控制要求和建议，可为国内钛焊管标准的制定及钛焊管的国产化制造提供参考。

：核电；凝汽器；钛管；焊接；采购；验收；质量控制；标准

0 概 述

钛焊管凭借优异的耐腐蚀、抗冲刷、高强度、比重轻和良好的综合机械性能，已在沿海核电站中被广泛采用［1］。目前，国内百万千瓦核电站凝汽器常采用Gr.2（TA2）钛焊管作为换热管。钛焊管的采购要求及验收标准，主要参考了标准ASMESB338 -2010（冷凝器和热交换器用无缝和焊接的钛和钛合金管子）。

现结合国内钛焊管的选材标准和验收的实际情况，对ASMESB338-2010标准及钛焊管采购及验收过程中容易忽视的薄弱环节进行分析，并提出相关措施及建议。

1 预制批的必要性及规模

当前，国内核电项目尚未采用国产钛焊管的根本原因，是国内制造厂的能力及核电钛焊管的质量未得到充分验证，无应用业绩。为验证产品质量的稳定性及可靠性，国内潜在制造厂有必要按照正式产品的采购及验收要求，预制小批量的钛焊管并进行取样检测，即需首先进行预制批的生产和检验。

预制批的生产规模如果太小，无法充分体现产品稳定性，太大则给制造厂带来较大经济负担。综合考虑各方因素，建议预制批的生产数量不少于3个炉批号。结合RCC-M中关于热交换器预制批的相关规定，对不同规格的钛焊管，按采购数量确定分配比例，但每种规格钛焊管其预制批数量不得少于50根［2］。

2 质量控制要点

2.1 化学成分控制

对于Gr.2（TA2）钛焊接管的成分影响较大的杂质有O、N、C、H、Fe等。相关研究结果表明，O、N、C能显著提高工业纯钛的强度和硬度，降低其塑性和韧性，Fe也能起到固溶强化作用，但其强化作用远低于O、N、C杂质的影响。对钛的冷加工性能，N的强化作用最强烈，O次之，再次为C。在一定含量范围内，N每增加0.1%，钛的强度就增加290MPa左右，塑性降低10%～20%。O每增加0.1%，钛的强度就增加145MPa左右，塑性降低5%～10%。当C＜0.1%时，钛的塑性无明显影响。因而，随着钛管杂质含量增加，钛的强度增加，但是塑性则降低。为充分保证工业纯钛的性能和良好的加工性，应控制N＜0.05%，O＜0.30%，C＜0.1%［3］。

有关钛焊管的各类标准中，ASMESB338-2010对Fe和O的规定较DL/T712-2010及GB/T3625-2007宽松。但任一杂质或元素的变化都将对钛焊管的性能产生较大影响，制造厂应合理选取化学成分控制值并通过验证，与用户协商后，确定最终控制值。在钛焊管成形过程中，如采用铜辊轮及其它铜合金器具时，应把Cu元素作为典型杂质，重点纳入单项化学成分控制，避免产生铜污染。

2.2 力学性能要求

在各类标准及国内外大型企业的采购要求中，对钛焊管的力学性能值的选取，如表1所示。

表1钛焊管的力学性能

表1数据表明，标准TLV986001在屈服强度、抗拉强度和伸长率3个指标上，均高于ASME SB338-2010的要求，特别是对于抗拉强度的要求，不仅提高了下限，同时给出了上限，对管子的焊接和热处理提出了更高的要求，在性能方面确保了钛管的质量［4］。对于特定的钛焊管生产项目，管子的力学性能要求值，应与各方协商后确定。2.3 试验项目和要求

在ASMESB338-2010标准中的管子试验项目，包括了拉伸试验、压扁、扩口、展平、压力试验及超声检测，但并未要求对钛焊管进行涡流探伤。设备制造厂在安装或核电厂在设备运行前，一般均需对管子进行涡流探伤。因此，涡流探伤的执行标准，建议采用DL/T712-2010标准中的规定：在管子安装前，至少应以管子总数的5%比例，随机进行管子的涡流探伤。如果查出有1根钛焊管检测不合格，则需对该批次的所有钛焊管进行涡流探伤，超过涡流探伤标准的管子不应使用［5］。

另外，在ASMESB338-2010标准中，也未要求对钛焊管进行硬度试验。钛焊管的硬度并不直接影响其抗腐蚀性能，更多的是在凝汽器运行过程中，因管子运行时的振动而产生了碰磨现象，可能会使钛焊管产生较大应力而导致断裂。国内某核电站曾出现过钛管碰磨导致钛管断裂的情况。硬度试验则在一定程度上体现了钛焊管的弹性、塑性、强度及磨损抗力等多种性能情况。建议参考ASTME92-2003标准的要求，对钛焊管进行硬度试验。钛焊管基材和焊缝处的维氏硬度差不大于30HV。

2.4 表面质量要求

在国内某核电凝汽器安装时，曾发现进口的钛焊管表面存在大量压痕。对此现象的分析和研究表明，管子表面存在压痕将给设备制造和设备运行带来诸多不利影响。

在钛焊管成型过程中，由于辊轮的压紧力作用于钛管表面，形成了钛管表面压痕。如果采用不锈钢辊轮，表面压痕出现的几率较铜质辊轮更高。但是，采用铜辊轮或铜合金材质时，有可能对钛管产生铜污染。在ASMESB338-2010标准中，对管子表面修整内容为：成品管子应清洁且无杂质，具有无毛刺的平滑端部，并无有害的内外缺陷。在DL/T 712-2010标准中也规定：钛焊管内外表面应光滑、干净、干燥、无毛刺和氧化物，具有平滑端部且无有害的内外缺陷，钛焊管焊缝处不应有错边、咬边、凸起、凹陷等缺陷。但这些标准中均未明确具体的量化数值，所以，在实际执行中缺乏针对性和有效性。

在上述进口钛焊管项目验收中，为便于分析比较，选取2根压痕深度介于0.015mm至0.03mm的钛管进行了力学性能试验。试验结果表明，存在压痕的钛管力学性能满足标准值的要求，但压痕深度偏大的钛管，其抗拉强度和屈服强度均小于整体压痕深度偏小的钛管。最终，以最大压痕深度0.01 mm作为分界点，对压痕深度超过0.01mm的钛焊管全部给予更换。

由试验分析可知，对凝汽器钛焊管的表面压痕深度应给予重视，管材制造厂应加强对流水线产品的检测和控制，满足钛焊管表面质量要求。此外，单位面积上辊印和划痕的数量，行业尚无评判标准，具体执行应由各方协商后，制定合理的方法进行检测和评估。

2.5 焊缝颜色及质量

根据实践经验，以焊后形成的焊缝色差，可较为直观地判别焊接质量。如果从钛管焊接处的成色进行判断，银白色焊缝的钛管将会有较好的化学成分和性能。因而，凝汽器钛焊管焊缝颜色应为银白色，不应低于淡黄色（轻微打磨后也应呈现银白色）。一般来说，焊缝颜色及对应的焊缝质量状态，如表2所示。

表2钛焊管焊缝表面颜色质量及保护情况［6］

3 结 语

薄壁焊接钛管的广泛应用，已成为当今核电凝汽器发展的一种趋势。对钛焊管的质量控制及设备验收，是核电机组安全运行的重要保证。通过分析核电凝汽器钛焊管制造过程中存在的质量缺陷，在钛焊管的采购及验收时，应加强易被忽视的薄弱环节方面的检查，并提出了预制批生产、材料化学成分及力学性能、表面质量中的控制要点，可为国内钛焊管标准的制定及钛焊管国产化提供参考。

［1］徐峰，滨海电站凝汽器管材的选择［J］.华电技术，2009，31（06）：39-42.

［2］顾诌宙，张继革，陈春雄.RCC-M2级热交换器用不锈钢传热管预制批的实施研究［J］.电站辅机，2010，31（01）：8-10.

［3］王怀柳.间隙杂质对工业纯钛性能的影响［J］.特钢技术，2006（03）：25-27.

［4］陈海峰，大型机组热交换器用钛管的质量控制［J］.电站辅机，2008，29（03）：30-31.

［5］DL/T712-2010.发电厂凝汽器及辅机冷却器管选材导则［S］.

［6］董平，刘晓玲.钛管制作及安装工艺［J］.化工设备与管道，2008（04）：58-61.

［7］ASMESB338-2010.凝汽器和热交换器用无缝和焊接的钛和钛合金管子［S］.

［8］ASTME92-2003.StandardTestMethodforVickersHardness ofMetallicMaterials［S］.

［9］GB/T3625-2007.换热器及冷凝器用钛及钛合金管［S］.

简讯

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据国外网站报道，美国与西方国家正准备帮助伊朗重建阿拉克核反应堆，为设施提供“现代化设备”。美国的目标是与伊朗一道通过一种不能再生产武器级材料的方式对反应堆进行改装。然而，伊朗主张美国与其他合作国要立即为这座位于阿拉克工业城市附近的反应堆提供“先进设备”。核谈判团队中的4个国家已经同意为阿拉克反应堆提供先进设备，将与伊朗开展合作。

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摘自上海电气电站设备有限公司电站辅机厂技术部《信息简讯》第205期

StudyontheProcurementandAcceptanceofWeldedTitanium CondenserPipesforNuclearPowerPlants

RANZheng-gao，SHANShi-chao，LIQing-hua
（ChinaNuclearPowerEngineeringCo.，Ltd.，Shenzhen518124，Guangdong，China）

Basedondomesticandinternationalrelevantstandardsandsomeproblemsduringtheprocurementofwelded titaniumpipes，thisarticlestudiesontheprocurementandacceptancecriteriaoftitaniumpipesfornuclearpower projects，putsforwardseveralqualitycontrolrequirementsandsuggestions.Itcanprovideareferencefordomestic titaniumpipestandards.

nuclearpower；condenser；titaniumpipes；weld；procurement；acceptance；qualitycontrol；standard

TL353

B

1672-0210(2015)04-0005-03

2015-09-11

冉正高（1986-），男，大学本科，工程师，毕业于四川大学，现从事核电设备采购与现场服务工作。