VVER核电工程焊接材料不确定问题的处理

摘要：对VVER压水堆核电站由中俄转换设计、施工过程中典型的焊接技术问题进行分析，提出了解决俄罗斯供材料、中国供材料及第三国材料及母材分类不确定无法确定焊接工艺材料进行评定问题的流程、措施，对俄罗斯供设备缺陷及材料焊接过程中缺陷的处理提出了解决意见和经验反馈，对缺少焊接工艺及焊工资质的困难的施工技术优化也提出了整改意见，有效落实整改方法可促进中俄技术转换，可促进工程建设进度。

关键词：VVER核电机组;焊接技术;焊接材料;不确定问题;处理

中图分类号：TG42文献标志码：B文章编号：1001-2303（2020）04-0118-06

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.05.25

0 前言

田灣核电3#、4#工程是中俄合作在建VVER-1000/428型双壳压水堆核电机组。在建设过程中涉及到俄罗斯供材料、中国厂商供材料、非俄国的第三国供金属材料，高、中、低碳钢，不锈钢，铸钢，铸件、锻件复合型钢等材料品种齐全，是目前我国在建核电工程中应用材料种类最多、标准最复杂的一个核电项目，焊接难度和工程量巨大，技术问题突出：涉及到工程焊接缺陷的处理、焊接工艺评定管理、焊工资格管理及其有效性、材料转换、俄供设备缺陷的处理、焊接检验及标准的应用等各方面，需要综合能力强的焊接管理人员进行现场管理，一方面要保证施工进度，另一方面要符合焊接管理基本要求，更要符合核电质量保证要求，对焊接技术问题的处理至关重要。

1 焊接材料分类不确定

俄方的焊接标准未更新，如表1所示;国内的焊接材料版本更新快，发展迅速，在工程建设过程中由于对材料的分类不及时，导致在焊接材料的选择及使用方面存在不确定性，焊接工艺评定报告的覆盖性问题日益突出：由于工艺评定缺失而引起的焊工资格不能覆盖现场焊接的问题;安装和调试阶段由于核安全法规规定的条款遵守情况及材料不确定所引起的焊工操作资格不能覆盖现场对于设备制造厂商的主要设备（管道、管件、阀门、设备基础、预埋件等）的缺陷处理的焊接问题。这些问题均会影响施工。

2 焊接材料缺失时的原因分析

3#、4#机组部分设备、阀门是由业主和工程公司从第三国采购供货。安装公司根据已到场材料信息组织规划实施焊接工艺评定，但当部分设备和阀门陆续到货及滞后到货后，技术人员发现这些设备或阀门的材质钢号均属于第三国材质（设计采购时只考虑到设备、阀门的性能，未考虑在安装期间与工艺接口时的现状，未提出填充焊材质的型号、牌号及相应的规格，导致无法用于指导现场施工，造成采购的第三国材质设备、阀门等在现场无法实施焊接，安装工作无法推进），同时，由于该部分物项的焊接技术条件缺少，或到货时的质量保证资料不全，不能确定物项的母材类别及现场焊接所使用的焊接材料，导致该部分物项已到现场仍无法安装焊接。

针对第三国材料与中、俄供材料的归类，焊接材料的选用以及如何进行焊接工艺评定成为急需解决的问题;而焊接材料缺失和选择匹配问题是中、俄双方设计院责任、范围、技术条件及合同约定不清楚，文件未有效规定及文件缺陷，焊接技术条件缺少，或到货时的质量保证资料不全，不能确定物项的母材类别及现场焊接所使用的焊接材料，现场焊接前对于处理意见相互推诿扯皮所造成的。

制造材料标准与现场焊接检验、质量验收标准不一致情况;设计、采购用材料的变更更换后并未准确通知至核电施工安装现场，造成的材料采购困难、焊接工艺支持性材料缺少也是造成焊材不确定的重要原因。

3 解决措施

3.1 中俄接口（含第三国材质）管道材质焊材不确定问题

在工艺管道安装过程中对于缺少工艺的焊接材料，制定以下具体的原则：

（1）按照ASME标准[1]及俄供的焊接技术要求对图纸及设备供货中的材料进行材料分类、归类，确定分出碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢、有色金属等，按标准进行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ等归类，以确定并执行相应的工艺评定[2]。（2）按等强原则、等化学成分和相近金相组织等使用条件原则进行分类和归类。（3）对于不确定材料牌号的对接接头，可以进行焊接前的光谱检查，确定相应材料后进行焊接工艺评定或焊接试验，从而确定相应的焊接工艺，同时辅以见证件检查验证，保证焊接质量。（4）对于确实没有相应填充焊材的异种钢的焊接，可以采取用本体材料钢板剪成焊丝条进行焊接工艺性能试验（手工TIG焊等方法）和焊接工艺评定，从而确定可行的熔化焊方法，以填补技术条件及标准的不足[3];同时，将相应的技术材料资料及时归档、备案，以促进焊接技术的发展。

①按材料的物理、化学成分相近，使用性能的相近性，机械性能等强原则进行成分对比，结合以往工程的焊接安装经验（如焊接1.4529的焊材时）、M310核电机组的焊接材料选用成熟经验并按HAF603及相应的标准如NB/T47014等标准进行归类。

②按金相组织相近的原则对材料组织成分进行归类，如马氏体钢、铁素体钢、珠光体钢，铁素体+奥氏体钢，镍基合金、锻件、铸铁/铸钢、铝合金等。

③对材料性能模糊的材料，进行工艺性能试验及现场检测，判定其真实的分类归类，由施工技术人员组织设计院金属材料专业人员、各行业专家进行专题分析及讨论，确定具体的材料性质并分类。

按组织归类的典型母材及拟采用的焊接材料举例如表2所示。按设备材质归类的典型母材及拟采用的焊接材料举例如表3所示。

3.2 焊接工艺不确定

焊接工艺不确定时通常采取现场焊接工艺评定及转移的方法进行，并加以辅助焊接试验的方法确定（含焊接见证件制作）。

3.2.1 焊接工艺评定

碳钢、碳锰钢的焊接工艺评定，应使用规定抗拉强度高的覆盖相同或更低的母材，如涉及铸件，应尽可能使用铸件进行工艺评定;对于不锈钢F304、316如需要控制晶间腐蚀，焊接工艺评定应按照相应的标准进行晶间腐蚀试验检验。

第三国物项+俄方物项的焊接工艺评定按俄方标准执行。

中供材料的焊接工艺评定按相应的标准（如GB＼NB等标准）和设计院规定的技术要求进行工艺评定。

对于确实没有相应填充焊材的异种钢的焊接，可以采取用本体材料钢板剪成焊丝条进行焊接工艺性能试验和焊接工艺评定，确定是否可行的方法进行，以填补技术条件及标准的不足;同时，将相应的技术材料资料及时归档、备案，以促进焊接技术的发展。

3.2.2 焊接工艺评定转移[4]

按分类归类好的材料性能等级确定现场进行焊接工艺评定，延续VVER核电一期工程的焊接工艺评定;进行焊接工艺评定转移，用转移或评定的合格焊接工艺来制定现场的焊接施工工艺。

3.3 焊工资格及评定问题的处理

焊接工艺问题可由焊接工艺评定、焊接工艺评定转移、焊接试验三种方法来确定。由于焊接材料确定和选择时间滞后，对焊接工艺评定及焊工考试、资格符合方面造成了很大的制约所导致的焊工资格考试不全问题可通过以评代考、焊工考试及试验两种方法来获得，这两方面的管理及其决策必须符合HAF603的管理规定：焊接工艺评定不得在不同建设单位内相互转移，焊工不能同时在两个以上单位任职及担任焊接生产工作，资格必须具备连续性[5];且焊工不得互借使用。对于焊工的技能问题，为保证技能的持续及连续，可采取适应性练习、专项练习、人机熟悉及适应性练习多种方法来提高技艺，适应现场的操作，并及时采取检验及探伤，需要审核焊绩档案及其工作的合格率统计情况，确定技能的稳定。

对于焊工资格及焊接工艺评定的适用性方面，必须做好焊接工艺评定的贮备工作，防止因材料不确定而造成的施工难以展开现象的发生;对于设备采购及供应方面，应采购相应的焊接试验件，以应急工艺试验或评定。

对于新材料及新技术及现场施工的管理方面，要充分消化和吸收HAF603的各項管理规定，规范现场焊工的管理（主要是有资格施工的焊工管理及施工;新材料使用后的备案报审、报备备案工作），在合同及质量保证方面做好相应的支持工作，一方面做好暂无资格施工时施工单位的资格审查及确认，确认资质合格;另一方面做好合同签订及支付工作，保证施工的合规性及连续性，减小制约因素。

4 处理结果

对中俄、第三国材料的焊接问题，必须先解决材料的归类，施工人员组织安装技术人员对所涉及的材料进行了梳理，并依据化学成分及机械性能进行初步分类，再根据对比结果选出拟采用的焊接材料。对于业主方供的第三国材料CASS部分及材质的化学成分进行分析和机械性能对比，提出拟采用的焊接材料建议;对现场光谱测量分析结果及其对比情况，结合田湾一期俄方总设计时的经验及M310核电机组焊接材料选用规格和经验，项目部组织行业界专家对分类结果进行综合评审，并将评审结论提交设计院审查，设计院根据材料组别、供方、系统/安全级别、设备材料牌号、相焊接管道钢号、建议工艺评定使用材料、建议焊材等信息逐一进行确认，给出最终的处理意见，有效解决所有中方供货（包括第三国供货）物项的所有焊接问题，满足已到货设备、阀门等的安装进度。

典型的俄供材料与转换材料间的焊接问题实例：

（1）应急补水泵的焊材选用及焊接问题。

3#、4#机组的应急补水泵到货以后发现，UNS S06690钢号的材质并不在俄罗斯规定的标准内，而俄供不锈钢接口管道（材质08Х18Н10Т）与泵出口管道（材质UNS N06690）需要进行现场焊接，根据焊接工艺评定原则及材料归类方法，施工部组织设计、核设备所分析确定选择ERNiCrFe-7A（ASME SFA 5.14）焊丝，ENiCrFe-7（ASME SFA 5.11）焊条作为填充材料。结合采购实际周期的长短，最终确定采用GTAW、ERNiCrFe-7（φ2.0 mm）焊丝实施φ159×9 mm管道的焊接工艺评定，评定合格，应急补水泵的焊材选用及焊接问题得到解决。

（2）压力容器O型密封环的焊接工艺制作。

压力容器密封环材质为镍基ДКРIIМБТНП2

φ5.0 mm圆棒，完成后的焊缝需具备密封性能。①现场按照密封环实际尺寸及接头形式制作了组对专用工装，通过工装的结构保证现场组对轴线的可靠性;②现场焊接前，为焊缝制作了专项焊接工艺评定：采用ДКРIIМБТНП2φ1.2～1.6 mm作为填充金属材料，保护气体为99.999%纯氩，流量8～12 L/min，实施对接焊接工艺评定（V型27°±2°），按照图纸要求进行实物对接焊，同时让取得专项资质的焊工采用同类母材进行大量焊接试验，确定TIG焊接工艺：单面焊V型54°对接，填充材料ДКРIIМБТНП2 φ1.5 mm，Ar流量12 L/min;打底焊电流45～50 A，盖面焊电流55～60 A;现场控制对焊接收缩量达到了工艺试验0.5 mm的要求、焊工更熟悉现场的焊接，从而保证了焊接质量。

现场采取了分析比对、工艺试验、应用合同及质量保证方法，有效地解决了中供、俄供、俄转中供、第三国供材料无法焊接的施工制约因素，典型焊接技术问题均得到有效解决。

5 结论

（1）对于未经焊接工艺评定而归类选择的焊材，要在RT及UT、PT合格的基础上，适当增加见证件的现场验证，以再次确定所选材料的正确性，并为俄转中技术及材料的正确应用提供良好的技术经验并完善相应的焊接技术规格书，从而促进俄转中技术的稳定。

（2）焊接试验及焊接见证件的制作是必须的一项应急措施，需做好相应的技术准备及管理;对于确实没有相应填充焊材的异种钢的焊接，可以采取用本体材料钢板剪成焊丝条进行焊接工艺性能试验和焊接工艺评定，确定是否有可行的方法进行，以弥补技术条件及标准的不足;同时，将相应的技术材料资料及时归档、备案，以促进焊接技术的发展。

（3）对于焊工资格的满足性，焊接工艺评定后的合格报告及相应的资料的焊工，同时可具备相应焊接位置的操作技能，实行同位置同工艺的焊接操作，其资格管理须要满足HAF603及相应考规和质量保证管理程序的要求。

参考文献：

[1] 上海发电设备成套设计研究院，上海核工程研究设计院.ASME核电规范与标准 IX焊接及钎接评定[M]. 上海：上海科学技术文献出版社，2007.

[2] 国家机械工业局，国家石油和化学工业局. 钢制压力容器焊接工艺评定[M]. 昆明：云南科技出版社，2000.

[3] 马新朝，李继辉. GH44钢与1Cr18Ni9Ti钢的焊接[J]. 焊接，1999（8）：39-40.

[4] 马新朝. 核电项目建造阶段中的焊接工艺评定转移[J].电焊机，2011，41（6）：13-17.

[5] 国家核安全局. 中华人民共和国核与辐射安全法规汇编[M]. 北京：法律出版社，2014：443-445.