某核电机组钢衬里焊接质量控制

廖训龙

摘 要：介绍了某核电机组反应堆安全壳钢衬里焊接的基本情况；分析了钢衬里焊接质量控制模式——特有的内部和外部控制模式为实现钢衬里焊接质量控制提供了保证；总结了钢衬里焊接质量控制的基本要求。钢衬里焊接射线探伤一次合格率99.7%，表明核电机组钢衬里焊接质量始终处于受控状态。通过对核电机组钢衬里焊接质量控制实践总结，提出了钢衬里焊接质量控制的改进方向，为后续机组提供了有益的借鉴。

关键词：核电机组 钢衬里 焊接 质量控制

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（b）-0150-03

某核电机组安全壳是一个内径36 m，外径38 m，壁厚为1 m的预应力钢筋混凝土圆筒体，三心园蝶形顶。安全壳内部钢衬里正是基于密封性能的重要考虑，抵御异常事故工况下的核污染扩散[1]。该机组钢衬里由底板、筒体和穹顶三大部分组成，钢衬里施工包括车间预制焊接和现场安装焊接两个阶段。由于该机组钢衬里属于核安全等级2级、质量保证等级QA1控制范围内的物项，因而控制其焊接质量至关重要。

底板钢衬里为直径36 000 mm的圆形结构，主要采用δ=6 mm的Q245R钢板，底板钢衬里车间预制焊缝总长度约140 m，现场安装焊缝总长度约1 000 m。底板钢衬里结构总重量约135 t，其中钢板重约95 t。筒体钢衬里外径为36 012 mm，高4 606 mm，是以δ=6 mm的Q245R钢板拼焊成。筒身钢衬里车间预制和现场安装焊缝总长度基本相同，均约为1 500 m；筒身钢衬里壁板结构总重量约405t，其中钢板重约287吨。穹顶钢衬里由球冠及圆环带两部分组成，球冠的外半径为27 008 mm，圆环带外半径为4 508 mm，钢衬里穹顶的下口外径为36 016 mm，全高为9 008 mm。穹顶钢衬里为双曲面薄壳形结构，采用δ=8 mm的Q245R钢板。穹顶钢衬里车间预制焊缝总长度约500 m，现场安装焊缝总长度约400 m。穹顶钢衬里壁板结构总重量约133 t，其中钢板重约88 t。

钢衬里焊接方法为手工电弧焊、CO2气体保护焊和埋弧自动焊，在车间的拼板焊接主要是采用埋弧自动焊进行拼焊。表1列出了钢衬里主要采用的焊接方法和焊接材料。

1 钢衬里焊接质量控制模式

某核电项目采用质量控制（QC）、质量保证（QA）、质量监督（QS）以及业主/核安全局参与/监督有机结合的质量控制模式，这种特有的模式为实现钢衬里焊接质量控制要求提供了保证。钢衬里焊接质量控制采用土建分包商现场施工班组/技术员、质量控制（QC）、质量保证（QA）和总承包商质量监督（QS）和质量保证（QA）、业主和核安全管理当局对钢衬里焊接质量内部和外部控制有机结合的运作机制。

2 钢衬里焊接质量控制基本要求

2.1 熟悉技术条件和标准规范、编制施工方案

核电机组反应堆安全壳钢衬里由某设计院设计，编制安全壳钢衬里施工图和安全壳钢衬里专用技术条件供施工使用，在其专用技术条件中大量直接引用了ASME、ASTM、GB、JB等标准规范。钢衬里焊接施工过程中要确保技术人员、施工人员、质检人员等熟悉和掌握相关图纸、技术条件和标准规范，施工前要做好技术交底工作，严格按标准规范控制钢衬里焊接。

编制完善可行的施工方案是钢衬里焊接控制的先决条件。施工方案由专业工程师交底并下发到施工班组严格执行；施工中，由分包商、总承包商、业主、核安全局各级质量检查人员现场监督，确保按程序施工，如作业人员不按程序操作，检查人员立即提出纠正。

2.2 特种作业人员资格管理

2.2.1 焊工

焊工资格问题关系重大，国内核电工程焊工按HAF603《民用核安全设备焊工焊接操作工的资格管理规定》进行管理。鉴于此机组属于境外工程，钢衬里焊工资格按照设计院专用技术条件《某工程安全壳钢衬里结构施工现场焊工技能考核》进行管理，分包商成立焊工考核委员会，对焊工进行培训、考核，总承包商人员进行过程见证，焊工考试合格颁发相应的资格证书，钢衬里焊工资格建立台账进行维护，确保施焊焊工资格符合要求。

2.2.2 无损检验人员

钢衬里主要采用目视检验（简称VT）、渗透检验（简称PT）、磁粉检验（简称MT）、射线检验（简称RT）、超声检验（简称UT）和泄漏检验（简称LT）。无损检验人员资格管理按HAF602《民用核安全设备无损检验人员资格管理规定》进行管理。钢衬里施工过程中，曾出现过两起无损检验人员超资格范围检验的质量事件，影响了中方的信誉，也在一定程序上影响了工程进度，给核电机组管理造成了较大影响。两起事件的根本原因是分包商无损检验人员不足，另外人员回国休假又加剧了这一问题。

2.3 钢衬里检查和试验计划的执行

现场每项施工作业活动开始之前，先要编制相应的检查和试验计划。钢衬里核安全级别2级、质量保证等级QA1是土建施工活动中质量控制要求最高的活动之一，检查和试验计划由分包商编制、审核、批准后，报总承包商、业主和核安全当局审核并设置见证点。

钢衬里包括物项名称、部位和区域、验收标准、停工待检和见证点、检查内容、以及负责实施检查单位或个人等内容。编制原则要确保作业工序无遗漏，施工逻辑顺序与施工方案一致，施工作业依据的文件的正确性和有效性。各级质量控制、监督和保证人员根据自己在ITP中的设点情况进行焊缝组对、拼装等验收记录是否齐全、合格，焊缝焊接记录与图纸是否一致，焊接记录和报告完整、内容正确，不符合项是否关闭等钢衬里施工活动的关键工序和内容的现场验证和文件验证。

3 钢衬里焊接质量全过程控制

从焊工、焊机、材料、焊接工艺评定的准备到编制焊接工艺卡、焊接作业、焊后热处理和最终焊缝检验，对钢衬里焊接质量的全过程进行控制。

3.1 焊前人、机、料、法、环的控制

焊工考核合格，焊工合格项目能够全部覆盖焊接作业的需要。焊机所用的电流表、电压表、流量计等计量器具，标定合格并在有效期内。钢衬里的钢板、焊材等材料由分包商自检合格后报验，总承包商行进场验收，确保钢衬里施工过程中所用材料软件、硬件完好、齐全，符合技术条件要求，钢衬里钢板和焊材除具有完整的质量证明书外还必须有复验报告，对焊材在贮存、出库、烘干、发放和回收等各环节进行控制，并形成记录。钢衬里施焊前应按要求编制完成焊接工艺评定、焊接工艺卡、焊接方案等。由于核电所在国属亚热带沙漠气候，气候炎热，夏季时间长，最高气温可达50℃以上，雷雨大风及沙尘暴较为频繁，根据此特殊环境，HXCC在方案中制定了相应的措施，确保焊接质量不受环境因素影响。

3.2 焊接实施过程中监督检查注意事项

钢衬里焊接实施过程的质量控制是全过程控制的重要阶段。施焊中按焊接工艺卡要求，焊工在工艺参数范围内选择焊接电流、焊接电压和焊接速度；在可选用的焊接工艺参数范围内，使用小的焊接电流。焊接实施过程的监督检查应注意焊接区域的打磨。钢衬里底板环板焊接过程中曾发生，焊缝余高超出技术条件要求而未进行相应的打磨处理的问题，简单的打磨不到位现象却引起了业主的关注，也给中方信誉造成了一定的影响。焊接实施过程中的监督检查还应注意焊接变形的有效控制。钢衬里车间预制的钢板大而薄，壁板现场安装尺寸大，钢衬里上的贯穿件、加厚板较多且焊缝集中，需重视焊接变形的控制。通过优化施工工艺可以减少施工中的焊接变形。另外，对于牛腿等焊缝厚度较大、要求高的构件，应注意焊前预热和焊后热处理的控制。

3.3 注重焊后检验，做好钢衬里焊接质量最后把关工作

钢衬里焊后质量检验方法主要是无损检验。钢衬里焊缝无损检验方法和检验数量严格执行按图纸或技术条件要求。无损检验应按相关专用无损检验技术条件和程序操作。无损检验过程中，应注意焊缝及热影响区的表面清洁、温度、检验时机、负压力、时间等相关参数的控制，并确保检验结果按技术条件验收标准执行。

4 钢衬里焊接质量控制现状及改进方向

完成的钢衬里焊接射线探伤片子总数2099张，返修共6张，无损探伤一次合格率99.7%，钢衬里焊接质量始终处于受控状态。钢衬里焊接施工历经两年多时间，跨度时间长，涉及因素多，焊接质量虽经各方控制完全达到设计要求，但其控制过程是在不断解决影响质量问题中实现的，总结经验和改进方向如下。

4.1 分包商投入钢衬里施工的人力资源不足

从事钢衬里焊接工作的包括技术人员、质检人员、工人等，其技术人员大多是近几年毕业的学生，缺乏实际工作经验、解决现场技术问题能力不足、质量保证意识也欠缺；质检人员不足2人、实物检查工作量大，不能有效保证分包商自身检查质量；中方有经验的操作工人数量也不足。钢衬里技术人员、质检人员的技术水平有待于进一步提高。另外，由于该核电机组属境外项目，与所在国日常沟通及交工资料均需用英语，这也给工作带来了极大的不便，有时英文翻译错误就会引起彼此的误解，这就要求从事钢衬里人员有一定的英语水平。通过增加投入人力资源，以老带新，加强技术和质量保证方面的培训等方式，逐渐改善钢衬里施工的人力资源现状和提高人员的水平和能力，从而达到保证焊接质量目的。

4.2 焊接作业的安全防护问题。

安全壳是一个半密闭的筒形体，采用手工电弧焊进行焊接，飞溅极易引起烫伤，乱扔焊条头可引起火灾，焊接和碳弧气刨产生的烟尘和大量的打磨作业产生粉尘沉积在安全壳内，对钢衬里焊接操作和检查人员均造成一定的伤害，并对焊接质量造成间接影响。采用焊接通风，穿戴防护用品，树立文明、规范施工意识等措施营造安全的焊接作业环境，间接保证焊接质量。

4.3 钢衬里焊缝表面缺陷问题。

钢衬里现场施工过程中，易出现的焊接缺陷主要有气孔、夹渣、咬边（连续咬边）、过渡不均匀、过分打磨及打磨不到位、焊缝余高偏大、焊缝宽度不均匀、波浪焊缝等。气孔、夹渣缺陷主要来源于被焊金属坡口表面、焊接层间清理不干净，外来物混入；咬边（连续咬边）、过渡不均匀主要是焊工操作不当或电弧过长；过分打磨及打磨不到位、焊缝余高偏大主要是焊工操作和检查人员未检查到位造成的；点焊质量较差（点焊焊缝存在气孔、裂纹、夹渣、咬边等现象）、衬里板上存在随意引弧现场、组对间隙不均匀现象。这些外部缺陷多容易使焊件承载后产生应力集中点，或者减小了焊缝的有效截面积而使得焊缝强度降低。采用提高焊工操作水平、规范焊接作业、加大检查力度等措施减少钢衬里焊缝表面缺陷。

4.4 焊接施工质量与进度协调问题。

“质量第一”是施工中一贯坚持的原则，但在强大的核电工程进度压力下，如何协调质量与进度二者关系是管理者必须面对的。钢衬里焊接作业集中、热输入量过大，易造成钢衬里焊接收缩变形；如果再加上违反焊接作业顺序，则会出现严重的焊接质量问题。核岛底板H层混凝土（标高：-2.750 m）和二次找平层混凝土（标高：-2.600 m）间局部产生的水平缝隙，第一层和第二层钢衬里筒体壁板出现较大的焊接变形就是为追求施工进度而变更焊接作业顺序造成的。钢衬里底板焊接合理的焊接作业顺序是：先焊底板与底板之间的短焊缝，由两人从中间开始向两端分段退焊法，分段长度不超过500 mm；短焊缝焊完后，再焊接底板与底板之间的长焊缝，焊接方法相同；底板边缘板与筒壁之间的角焊缝焊接时，由数名焊工均布在圆周上，采用逆向对称分段退焊法；最后，焊接边缘板与中部板之间的环向连接焊缝，焊接方法同边缘板与筒壁的焊接。在安全壳第一层混凝土未施工的情况下，违反钢衬里底板焊接作业顺序，在底板与底板之间短焊缝和长焊缝焊完后，先焊接边缘板与中部板之间的环向连接焊缝，最后焊接底板边缘板与筒壁之间的角焊缝。此外，为加快底板钢衬里焊接施工进度，钢衬里底板边缘板与筒壁之间的角焊缝焊接时由几名焊工同时焊接，焊缝成型过快，产生较大的焊接收缩应力。违反焊接作业顺序是主要原因，加快底板焊接施工进度是次要原因，从而造成了核岛底板H层混凝土（标高：-2.750 m）和二次找平层混凝土（标高：-2.600 m）间局部产生水平缝隙，第一层和第二层钢衬里筒体壁板出现较大焊接变形。后来虽通过切除钢衬里底板、找平层混凝土凿除、拉索校正钢衬里壁板、混凝土二次浇筑、安全壳第一层混凝土浇筑、切除部分底板重新铺设等措施得到妥善解决，但也因此耽误工期近二个月。

5 结语

（1）钢衬里焊接质量控制模式——特有的内部和外部控制模式为实现钢衬里焊接质量控制提供了保证。

（2）熟悉技术条件和标准规范、编制施工方案，对特种作业人员资格管理，钢衬里检查和试验计划的执行构成了钢衬里焊接质量控制的三个基本要求。

（3）通过对钢衬里焊接质量全过程控制，已预制和安装完成的钢衬里焊接射线探伤一次合格率99.7%，表明钢衬里焊接质量始终处于受控状态。

（4）核岛底板H层混凝土（标高：-2.750 m）和二次找平层混凝土（标高：-2.600 m）间局部产生的水平缝隙，第一层和第二层钢衬里筒体壁板出现较大的焊接变形就是为追求施工进度而变更焊接作业顺序造成的。

（5）钢衬里焊接质量控制经验为后续机组提供了有益的借鉴。

参考文献

[1]李小将，梁招瑞，张心斌，等.核电站安全壳钢衬里作用探讨[J].工业建筑，2012，42（S1）：179-182.

[2]吴国旸，宋新立，仲悟之，等.大型压水堆核电机组建模研究[J].电力科学与技术学报，2012（2）：31-36.

[3]王勇，孙殿东，王长顺，等.模拟焊后热处理对SA-738Gr.B钢板组织及韧性的影响[J].压力容器，2014（1）：10-14.