核电用焊材国产化研究现状与应用发展趋势

王淦刚 赵建仓 朱平 鲁立 刘肖

一、概述

目前用于核级设备制造和安装过程的关键焊接材料无论在核电用焊材研发投入还是在技术储备方面均落后于欧美等发达国家，核电用焊接材料的技术水平及质量稳定性与核电国产化建设需求尚有一定差距。由于采用进口焊材存在供货周期长、生产过程中沟通和监管困难、价格高昂等缺点，所以已成为影响我国核电发展速度的瓶颈之一，一定程度上影响了我国大力发展核电及实现核电全面国产化的目标。

因此，近年来，由国家能源局、科技部等单位发起，由中广核、国核技等核电单位牵头，联合焊材产业的产学研用相关企业，集中国内焊接材料的原材料供应、研发、生产、应用及评价等领域的专业团队，围绕核电用焊材的国产化开展了一系列技术攻关，取得了较好的效果。

二、核电用焊材国产化研究与应用现状

1. 核电用焊材国产化进展

（1）核级焊材 核电站中使用的焊接材料，由于质保等级和性能指标的不同，分为核级焊材和非核级焊材，核级焊材主要用于核级设备的制造和安装过程中。由于国内核级焊材的生产起步较晚，目前主要由国外的制造商供货。但近年来随着国家的大力推动和相关企业研发投入的加大，核级焊材的研发和生产均获得了较大的突破。

2009年7月，大西洋焊材公司生产的核级焊材成功通过了ASME质保审查并报西屋公司认可。同年9月首批用于AP1000钢制安全壳焊接的E9018焊条运抵三门核电站工程（国内首个AP1000项目）建设现场，标志着核级焊材国产化进程取得突破。

2013年8月，上海电力修造厂有限公司的“核级镍基焊接材料国产化研发及实验平台”通过验收，平台旨在不断完善核安全质保体系，继续深化核级焊材的系列化产品研制，积极探索创新商业模式。

经过两年多的技术攻关，国家能源应用技术研究及工程示范项目“核级焊接材料国产化开发及应用研究”课题组成功研发出适用于ACPR1000机组用碳钢系列的焊条、实芯焊丝、药芯焊丝、埋弧焊丝焊剂，不锈钢系列的焊条、焊带焊剂，低合金钢系列的焊条、金属粉型药芯焊丝、镍基合金系列的焊条和焊丝等核级焊材，其中9个品种已于2014年3月和7月分两批通过中国核能行业协会和中国焊接协会组织的科技成果鉴定，其余品种正在进行第三方试验验证。

CAP1400机组国家核电重大专项“核电设备用焊接材料研制”课题已取得积极进展，涉及奥氏体不锈钢堆焊焊接材料、堆内构件吊篮筒体用不锈钢焊接材料、690镍基合金焊接材料、低合金钢焊接材料等五个子课题通过阶段评审，完成里程碑节点，具备开展后续第三方评估试验研究的条件。

（2）常规岛焊材 常规岛焊接材料目前已经基本实现国产化，但一些特殊品种的焊材，仍然依赖进口。近年来国内联合通过项目攻关的形式，针对一些特殊用途的焊材开展了技术研发，例如“核电常规岛抗流体冲刷腐蚀用焊接材料研制”项目参与单位成功研制了与钢材完全匹配的WB36CN1钢及20控铬钢专用焊材，焊材的成分、力学性能、工艺性能等各项指标均与母材匹配良好，此外，项目参与单位研究制定了国产化抗流体冲刷腐蚀焊材生产制造工艺规范和质量控制技术要求，形成了企业技术标准。

2. 核电用焊材国产化的基础与不足

我国在开展核电用焊材国产化方面具有一定的基础，主要体现在焊材生产企业积极性高、相关配套工业体系较为齐全、企业的研发检测能力不断提高、焊材生产企业的规模效应以及长期以来对进口核级焊材的应用经验反馈等方面。

但是，与国外的先进技术相比，目前我国核电焊材在质量稳定性、产品性能和使用性能等方面仍与国外焊材存在较大差距，主要体现在产品质量稳定性不足，部分产品的外观、物理性能、焊接工艺性、使用性能等与国外一流产品存在差距，产品在役性能数据缺乏积累等方面。

三、核电焊材国产化发展趋势

1. 核电焊材国产化的关键难点

自2011年开始，国内设计院、研究机构、焊材生产企业等通过不同的研发平台组建研发团队，积极攻克核级焊接材料研制的技术难点，研发焊材在技术上已达到相应设计指标和焊材标准的技术要求，但要实现真正意义的全面国产化还存在以下问题。

第一，部分焊接材料的性能设计指标（如部分微量元素的含量控制）非常严格，小批量研发阶段存在盘条采购困难的情况，仍需要进一步通过试验验证来优化调整设计指标，使得设计要求与批量化生产的质量稳定性要求达到更优的结合点。强辐照区的焊材由于需要入堆辐照试验验证，而入堆辐照试验受制于庞大的支出成本和不确定的试验周期，因此当前很多团队要么未涉足该类焊材的开发，要么开发出的该类焊材缺少足够的入堆辐照试验数据支撑。

第二，焊接材料企业的质量保证体系监查是由使用单位实施，国内只有少数几家企业依据相关ASME标准、RCC—M标准、HAF003文件等编制了企业针对核电焊接材料的质量手册或质量保证大纲。但很多涉及核级焊材生产的企业未建立针对核级焊接材料的生产质量保证体系文件，难以通过质保监查，使得用户对焊材多批次的质量稳定性缺乏足够的信心。

第三，研发的焊材已经达到针对压水堆不同核电机型的焊材设计技术指标要求，部分焊材逐步通过应用单位的评价，且碳钢焊材、低合金钢焊材已实现供货，但核一级设备用的焊接材料在推广应用方面还存在很大的困难。一方面近几年国内批复开工建设的核电机组较少，进口焊材的供应紧张的状况得到一定缓解；二是应用单位对没有核电工程应用业绩的核一级焊材持谨慎保守的态度。

2. 国产化的发展趋势

核电焊接材料的国产化得到国家部委的关注，2014年11月国家能源局在同意福建福清5、6号机组工程调整为“华龙一号”技术方案的复函中指出，要充分利用中国目前的核电装备制造业体系，支持关键设备、零部件和材料的国产化工作，强调核级电缆、焊材等关键材料的国产化比例不能低于85%。华龙一号机组目前尚未完成所有焊材指标的相关设计工作，可以预期华龙一号机型用的核级焊接材料与AP1000机组和CPR1000机组会有所不同，因此目前已经完成研发的核级焊材能否满足华龙一号的要求，还需进一步试验验证，如有必要，还需继续优化焊材合金系统及配方的设计，以实现华龙一号机组焊材的国产化，支持其“走出去”的战略，并应引起各焊材研发平台的关注。

各焊材研发平台仍需掌握核级焊材的合金系统及配方设计原理及对性能的影响根本机理，提升核级焊材后续推广应用所需的技术服务能力。加快建立和完善针对高端焊接材料的生产质量保证体系，并切实保证体系有效地运行，提升其焊材品质管理能力。各方应创造有利条件，促使焊材应用单位能更深入地介入到焊材的整个研发及性能评价中，将使研发生产过程更加透明，必将增强最终用户实际应用的信心。