AP-1000核電站設(shè)備閘門的焊后熱處理

胡亞敏王平安 李艷 郭晶

（大連日立機(jī)械設(shè)備有限公司)

AP-1000核電站設(shè)備閘門的焊后熱處理

胡亞敏*王平安 李艷 郭晶

（大連日立機(jī)械設(shè)備有限公司)

以AP-1000型核電站設(shè)備閘門這一具體核部件為例，介紹ASME核電建造規(guī)范NE分卷關(guān)于焊后熱處理的規(guī)定，并進(jìn)行了分析和探討。

ASME規(guī)范核電站核部件設(shè)備閘門焊接焊后熱處理

0 前言

目前我國正在建設(shè)中的山東海陽和浙江三門兩座核電站，采用的是美國西屋公司按ASME核電規(guī)范開發(fā)的AP-1000型核電站，屬于第三代。2010年中美第二輪戰(zhàn)略經(jīng)濟(jì)對(duì)話中，曾把在中國建設(shè)該類型核電站列為今后中美合作項(xiàng)目之一。2011年3月11日發(fā)生在日本的9級(jí)特強(qiáng)地震引發(fā)的福島核電站泄漏事故，很可能加速這一進(jìn)程。AP-1000型核電站甚至有可能被國家確定為今后一段時(shí)間內(nèi)的主要核電站類型。意識(shí)到形勢(shì)和國家方針發(fā)生和可能發(fā)生的這些變化，學(xué)習(xí)和掌握ASME核電規(guī)范就顯得十分必要和緊迫了。本文介紹筆者在AP-1000核電站設(shè)備制造中，依照規(guī)范解決設(shè)備閘門焊后熱處理問題的實(shí)踐和從中得到的認(rèn)識(shí)。ASME規(guī)范有很多不同于其他規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的新特點(diǎn)，在焊后熱處理方面也有體現(xiàn)。

1 設(shè)備閘門的安全等級(jí)及采用的規(guī)范

對(duì)核部件進(jìn)行分級(jí)和確定核部件建造應(yīng)依據(jù)的規(guī)范分卷號(hào)及其版次是核電站業(yè)主（owner）或其代理機(jī)構(gòu)（owner’s designee）的責(zé)任（NCA-1140，NCA-3200）[1]。根據(jù)海陽和三門兩座AP-1000型核電站業(yè)主設(shè)計(jì)規(guī)格書（owner’s design specification）[2]，設(shè)備閘門被劃分為MC級(jí)部件（Class MC Component），按NE分卷建造。業(yè)主代理機(jī)構(gòu)選定的規(guī)范版次為2001年版加2002年增補(bǔ)。所以除了材料和焊材可以依據(jù)2001年以后的規(guī)范和2002年以后的增補(bǔ)外（NCA-1220）[1]，包括焊后熱處理（PWHT）在內(nèi)的其余問題都只能以2001年版加2002年增補(bǔ)的NE分卷[3]為依據(jù)。

這一點(diǎn)和ASME規(guī)范其他卷不同，例如第I卷動(dòng)力鍋爐（power boilers）和第VIII卷壓力容器。那些卷都規(guī)定，規(guī)范新版或新增補(bǔ)（addenda）發(fā)行6個(gè)月后，即進(jìn)入強(qiáng)制執(zhí)行期，舊版次或舊增補(bǔ)自然失效。

2 焊后熱處理的對(duì)象和范圍

2.1 焊后熱處理的對(duì)象

NE-4622.1(a)條說，除NE-4622.7另有允許外，所有焊縫，包括修理焊縫都必須進(jìn)行焊后熱處理[3]。這一條清楚地說明了焊后熱處理的對(duì)象是“焊縫”。

那么哪些焊縫需要進(jìn)行焊后熱處理呢？這涉及到規(guī)范管轄范圍（boundaries of jurisdiction）。

規(guī)范NE-1131說，（業(yè)主）設(shè)計(jì)規(guī)格書必須對(duì)安全殼的管轄范圍做出規(guī)定。規(guī)范NE-1131和NE-1132給出了確定管轄范圍的原則[3]。業(yè)主設(shè)計(jì)規(guī)格書[2]第4.1條給出了設(shè)備閘門的設(shè)計(jì)范圍，它就是根據(jù)這些原則劃定的，見圖1。

圖1 設(shè)備閘門的結(jié)構(gòu)

（1）在圖1中，件1為嵌板（insert plate），件2為貫穿筒（penetration sleeve），件3為鋼板卷制法蘭筒（flange plate），件4為淺底球冠封頭（shallow spherical head），都屬于構(gòu)成設(shè)備閘門本體的承壓件，用“件號(hào)”和“MC”標(biāo)識(shí)。它們本身上的焊縫（圖1中沒有標(biāo)出）以及它們之間的連接焊縫都屬于規(guī)范NE分卷管轄范圍。

（2）直接與設(shè)備閘門本體內(nèi)外表面接觸或連接的零件或結(jié)構(gòu)稱作附件（attachment）（NE-1132.1）。附件與設(shè)備閘門直接相焊的焊縫和附件自身上的焊縫根據(jù)其功能不同，可能在管轄范圍之內(nèi)，也可能不在。

(a)具有承壓功能的附件及焊縫應(yīng)視為設(shè)備閘門的一部分（NE-1132.2(b)及規(guī)范圖NE-1132.3）。圖1中的件5及件6，環(huán)眼螺栓支座（eye bolt bracket）及其與設(shè)備閘門相焊的焊縫屬于此類。

(b)不具有承壓功能，但具有結(jié)構(gòu)功能的附件上，位于距設(shè)備閘門表面不超過2t范圍的焊縫應(yīng)視為設(shè)備閘門的一部分（NE-1132.2(d)及規(guī)范圖NE-1132.1）。t為設(shè)備閘門與附件相焊的承壓件的厚度。圖1中件7和件8吊耳（lift lug）以及件9地板結(jié)構(gòu)（floor）與設(shè)備閘門本體直接相焊的焊縫就屬于此類。圖1中件9地板結(jié)構(gòu)是一個(gè)較大的鋼結(jié)構(gòu)，其上還有很多焊縫，由于距設(shè)備閘門表面超過了2t的范圍，屬于附件地板結(jié)構(gòu)上的焊縫，而不屬于設(shè)備閘門上的焊縫。

(c)既不具備承壓功能，也不具備結(jié)構(gòu)功能的附件，規(guī)范管轄范圍以設(shè)備閘門表面為界（NE-1132.1(c)，NE-1132.1（e）），其與設(shè)備閘門直接相焊的焊縫屬于附件，不屬于設(shè)備閘門范圍。圖1中件10電控盒安裝托板（panel mounting plate）就屬于這樣的附件。

在圖1中，屬于設(shè)備閘門范圍的焊縫，一律用“NE-1132.2”標(biāo)識(shí)。

設(shè)備閘門范圍內(nèi)的焊縫，毫無疑問要受規(guī)范NE分卷控制。不屬于設(shè)備閘門范圍內(nèi)的焊縫呢？對(duì)這類焊縫中直接與設(shè)備閘門相焊的焊縫，規(guī)范規(guī)定執(zhí)行NE-4430（NE-1132.2(e)及圖NE-1132.2-2）。NE-4430的子條款NE-4435(a)(4)規(guī)定，這類焊縫也要按NE-4620考慮焊后熱處理。所以屬于設(shè)備閘門本體上的焊縫以及圖1中示出的附件與設(shè)備閘門直接相連接的焊縫，不管標(biāo)識(shí)是NE-1132.2還是NE-4330都得考慮焊后熱處理問題。

2.2 焊后熱處理的豁免條件判定

ASME的行文風(fēng)格是，先規(guī)定所有焊縫必須進(jìn)行焊后熱處理，然后再給出豁免條件。所以NE-4620要求的焊后熱處理是強(qiáng)制性的，但如符合NE-4622.7規(guī)定的條件則可以豁免。這些條件涉及下述方面：（1）母材類別，即母材的P-號(hào)和組-號(hào)(G-號(hào))（見文獻(xiàn)[4]QW-422）；（2）焊縫類型；（3）公稱厚度；（4）母材含碳量；（5）焊接預(yù)熱等。對(duì)于管轄范圍內(nèi)的每條焊縫都需要按此順序一一考察，以確定它們是否可以豁免焊后熱處理，繼而確定整臺(tái)產(chǎn)品部件是否可以豁免熱處理。如果不能豁免焊后熱處理，求出確定焊后熱處理最短保溫時(shí)間的焊縫“公稱厚度”。下面就讓我們按此原則對(duì)設(shè)備閘門上需要按NE分卷控制的每條焊縫進(jìn)行這樣的考察。

2.2.1 材料類別

設(shè)備閘門及其附件的材料都是低合金鋼和碳鋼，就材料類別而言，不能整體豁免焊后熱處理（NE-4622.7）。接下來哪些能豁免焊后熱處理，就要看所謂“公稱厚度”（nominal thickness）和其他因素了。它需要逐個(gè)地對(duì)焊縫進(jìn)行判斷確定。先看公稱厚度。

2.2.2 焊縫公稱厚度

規(guī)范第NE-4622.3條說，表NE-4622.7(b)-1中的公稱厚度是下面三者中的最小者：

（1）焊縫厚度；

（2）對(duì)于承壓件與非承壓件相焊，取承壓件材料厚度；

（3）承壓件與承壓件相焊，取較薄者的材料厚度。

又說，角焊縫的公稱厚度是角焊縫的喉高（throat）；部分焊透焊縫（partial penetration weld）和修理焊縫的公稱厚度是焊縫坡口或焊透的深度。

根據(jù)規(guī)范的這些規(guī)定，下面求設(shè)備閘門上幾個(gè)有代表性焊縫的公稱厚度。

2.2.2.1 承壓件上的焊縫

件1嵌板由6塊鋼板拼焊而成。這6條焊縫（圖1未示出）都是全焊透對(duì)接焊縫，材料厚度和焊縫厚度相等，都是102 mm。件2貫穿筒和件3鋼板卷制法蘭筒都是用鋼板卷焊而成的，其上都各有一條全焊透對(duì)接縱焊縫。（圖1未示出）材料厚度和焊縫厚度也相等，都是102 mm。

根據(jù)規(guī)范NE-4622.7(b)-1，這幾條焊縫公稱厚度都是102 mm，都不能免除焊后熱處理，見表1。

表1 設(shè)備閘門承壓件上焊縫的公稱厚度

2.2.2.2 承壓件之間的連接焊縫

承壓件之間只有2條連接焊縫。第1條是件1嵌板與件2貫穿筒間的連接焊縫，第2條是件3鋼板卷制法蘭筒與件4淺底球冠封頭之間的連接焊縫。接頭形式都為T-形接頭，全焊透坡口焊縫及角焊縫構(gòu)成的復(fù)合焊縫?，F(xiàn)在以第一條焊縫為例說明這類焊縫公稱厚度的確定方法，見表2及圖2(a)。

表2 嵌板（件1）與貫穿筒（件2）連接焊縫的公稱厚度

相焊的兩個(gè)承壓件厚度都是102 mm。連接兩個(gè)承壓件的焊縫可以分為兩部分，即坡口焊縫部分1和角焊縫部分2。為計(jì)算方便，假設(shè)坡口焊縫的坡口角為45°。角焊縫焊腳尺寸與坡口焊縫的寬度相等，則兩側(cè)角焊縫的喉高大約都是36 mm。

和ASME壓力容器規(guī)范[5]不同，在NE分卷中沒有找到焊縫分割的條文，所以焊縫兩部分應(yīng)看作是同一條焊縫，這樣這條焊縫的厚度就是坡口焊縫部分與兩側(cè)兩個(gè)角焊縫焊喉之和，即174 mm(102+2×36)。取102 mm（件1母材厚度）和102 mm（件2母材厚度）及174 mm（焊縫厚度）三者中的最小者，得該條焊縫的公稱厚度為102 mm。不能免除熱處理。

圖2 計(jì)算焊縫公稱厚度的方法

在ASME壓力容器規(guī)范中，這類焊縫是被拆分開對(duì)待的（UW-40(f)(3)）[5]，即坡口焊縫部分和角焊縫部分分開求取厚度，取二者中較大者為公稱厚度，見圖2(b)，而且不看相焊件母材厚度。這樣得出的結(jié)果一樣為102 mm。但是絕對(duì)不可把規(guī)范不同卷的規(guī)定混用，例如，如果按文獻(xiàn)[5]把焊縫拆分，再按文獻(xiàn)[3]取其中小者，那最終得出的公稱厚度就是角焊縫的喉高36 mm，這顯然不對(duì)。

2.2.2.3 與附件的連接焊縫

圖1中設(shè)備閘門本體與附件5、6、7、8、9和10之間的連接焊縫，不管屬于設(shè)備閘門，還是屬于附件，只要直接與設(shè)備閘門本體相焊就要考慮焊后熱處理問題。這類焊縫為部分焊透坡口焊縫加角焊縫，或干脆就是簡單的角焊縫。對(duì)于前一類焊縫，焊縫厚度就是坡口深度加角焊縫喉高。對(duì)于簡單的角焊縫就是角焊縫的喉高。經(jīng)過逐一審查，發(fā)現(xiàn)它們的公稱厚度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)比前面兩類焊縫的小。計(jì)算過程這里就省略了。

2.2.3 其他因素

決定是否可以豁免焊后熱處理，還要看焊縫類型（type of weld）、材料含碳量和焊接預(yù)熱溫度三項(xiàng)因素。

表NE-4622.7(b)-1中焊縫類型不是指本文表1中的接頭設(shè)計(jì)，或該規(guī)范節(jié)2.2.2.2中的接頭形式，而是指與之相焊的附件是不是內(nèi)徑51 mm或更大的接管或貫穿件焊縫。在本例中都不是。

本例中最大焊縫公稱厚度為102 mm，肯定豁免不了焊后熱處理，含碳量和焊接預(yù)熱溫度兩項(xiàng)也就可以跳過不管。因?yàn)橹挥泄Q厚度為19～38 mm的焊縫，才需要查看這兩項(xiàng)因素，詳細(xì)情況見規(guī)范表NE-4622.7(b)-1。

3 設(shè)備閘門焊后熱處理工藝的編制

通過前面對(duì)每條焊縫進(jìn)行的分析計(jì)算，得出設(shè)備閘門上最大焊縫公稱厚度為102 mm。

設(shè)備閘門的材料為SA-738,Gr.B，材料P-號(hào)為1，組號(hào)（G-號(hào)）為3[4]。規(guī)范表NE-4622.1-1給出P-號(hào)為1的材料，焊后熱處理溫度應(yīng)在593～677℃范圍之間[3]。

業(yè)主另一份設(shè)計(jì)規(guī)格書[6]規(guī)定，材料以淬火加回火（Q+T）狀態(tài)供貨。最低回火溫度為620℃。要求進(jìn)行模擬焊后熱處理，熱處理溫度應(yīng)在595～620℃之間。

材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低回火溫度是595℃。材料供應(yīng)方記錄在SA-738，Gr.B鋼板材料試驗(yàn)報(bào)告（CMTR）的回火溫度最低為629℃，最高為646℃。

綜合考慮上述規(guī)定以及焊后熱處理溫度不得超過材料回火溫度的原則，設(shè)備閘門焊后熱處理溫度確定為610℃±15℃。

保溫時(shí)間根據(jù)規(guī)范表NE-4622.1-1[3]，確定為2.6 h。

4 討論

4.1 關(guān)于焊后熱處理對(duì)象的討論

ASME規(guī)范是一套多卷本，盡管各建造卷關(guān)于焊后熱處理的規(guī)定有繁簡之別，但無一例外地都把“焊縫”或“焊接接頭”確定為焊后熱處理的對(duì)象。由此出發(fā)，不難做出以下推論。

（1）如果產(chǎn)品上沒有焊縫，不管產(chǎn)品材料類別和厚度如何，都不用進(jìn)行“制造后”熱處理，這一推論應(yīng)該沒有問題。比如ASME壓力容器規(guī)范[5]中的UF篇，它涉及的是用鍛造方法制造的壓力容器，如果不再在其上進(jìn)行焊接，不管是連接焊接，還是修理焊接，那就不存在焊后熱處理問題。雖然該篇UF-31節(jié)也叫“熱處理”，但那指的是鍛件材料標(biāo)準(zhǔn)要求的、為達(dá)到鍛件性能而進(jìn)行的熱處理，和焊接產(chǎn)品的焊后熱處理不是一回事。當(dāng)然如果在鍛件或鍛制壓力容器上還進(jìn)行了焊接，不管是連接焊接，還是修理焊接，那就得按UW篇規(guī)定考慮焊后熱處理問題了。

（2）雖然產(chǎn)品上有焊縫，假如可以做到只處理焊縫及其周邊一定范圍，而不處理遠(yuǎn)離焊縫的母材，應(yīng)該說并不違反規(guī)范規(guī)定。其實(shí)這一條可以直接從規(guī)范條文中解讀出來。例如文獻(xiàn)[5],UW-40(a)就說，焊后熱處理時(shí)，加熱到或加熱到高于最低焊后熱處理溫度的區(qū)域（soak band）至少要包括焊縫、熱影響區(qū)及焊縫兩側(cè)一定寬度的母材。NE-4624.3也是同樣意思[3]。另外，規(guī)范各卷都允許局部熱處理，那就意味著遠(yuǎn)離焊縫的母材部分與焊縫區(qū)域一起經(jīng)過或不經(jīng)過焊后熱處理，都是規(guī)范允許的。當(dāng)然，后一種情況下要采取適當(dāng)措施，防止造成過大的溫度梯度。

4.2 關(guān)于焊后熱處理豁免條件的討論

盡管規(guī)范各建造卷關(guān)于計(jì)算焊縫厚度的方法不完全相同，但都把焊縫“公稱厚度”作為判斷是否可以豁免焊后熱處理的主要條件。如果不能豁免，又都以焊縫“公稱厚度”作為計(jì)算焊后熱處理最短保溫時(shí)間的依據(jù)。由此出發(fā)，可以做如下推論。

（1）假如一臺(tái)產(chǎn)品上雖然有焊縫，但每條焊縫按NE-4622.3計(jì)算得出的公稱厚度都不超過規(guī)范表NE-4266.7(b)-1可豁免焊后熱處理的界限，那自然這臺(tái)產(chǎn)品也就用不著進(jìn)行焊后熱處理。這算正常推理，沒有什么奇怪。

（2）通常情況是，一臺(tái)產(chǎn)品上焊縫的公稱厚度不完全相同，既有超過規(guī)范表NE-4266.7(b)-1可豁免焊后熱處理界限的焊縫，也有厚度不超過該界限的焊縫。對(duì)于這樣的產(chǎn)品，假如可以做到只對(duì)那些公稱厚度超過了豁免界限的焊縫及其周邊一定范圍內(nèi)的母材進(jìn)行焊后熱處理，而對(duì)那些符合豁免條件的焊縫不進(jìn)行焊后熱處理，應(yīng)該不構(gòu)成對(duì)規(guī)范的違反。

例如一臺(tái)產(chǎn)品，假設(shè)其上焊縫的分布非常有規(guī)律，公稱厚度超過豁免界限的都在產(chǎn)品一端，不超過豁免界限的都分布在產(chǎn)品另一端，則這臺(tái)產(chǎn)品熱處理時(shí)，完全可以采用規(guī)范NE-4624.2的辦法，只把焊縫公稱厚度大、需要焊后熱處理的一端裝進(jìn)熱處理爐內(nèi)，進(jìn)行焊后熱處理，而使另一端，即焊縫公稱厚度小、可以豁免焊后熱處理的部分露在熱處理爐外面。當(dāng)然露在爐子外面的產(chǎn)品部分需要用保溫材料包扎一段，以防止產(chǎn)生過度溫度梯度。

（3）再進(jìn)一步，假如先把公稱厚度大、不能豁免焊后熱處理的那些焊縫先焊完，然后就進(jìn)行產(chǎn)品的焊后熱處理。熱處理后再焊接那些公稱厚度小、符合豁免焊后熱處理?xiàng)l件的焊縫。后面這些小尺寸焊縫焊接后不再進(jìn)行焊后熱處理，應(yīng)該不違反規(guī)范規(guī)定，盡管通常不這樣做。因?yàn)楹蠛附拥哪切┬〕叽绾缚p本來就可以豁免焊后熱處理。

（4）假如由于某種原因，例如疏忽，漏焊了某個(gè)零件，需要在產(chǎn)品焊后熱處理之后再把它焊接到產(chǎn)品上去。而連接該零件的焊縫公稱厚度又超過了可豁免焊后熱處理的界限，但又不是該產(chǎn)品中公稱厚度最大的焊縫，那么對(duì)該條在熱處理之后完成的焊縫只進(jìn)行局部熱處理，按該條焊縫的實(shí)際公稱厚度，而不是按產(chǎn)品中最大焊縫厚度確定熱處理保溫時(shí)間，應(yīng)該認(rèn)為符合規(guī)范規(guī)定。

（5）如果產(chǎn)品熱處理之后焊接的那條焊縫，公稱厚度很小，符合豁免焊后熱處理的條件，那么盡管該臺(tái)產(chǎn)品整體不能豁免焊后熱處理，但焊完后面那條焊縫后，也用不著再重復(fù)進(jìn)行一次焊后熱處理。

（6）如果某臺(tái)產(chǎn)品在進(jìn)行完焊后熱處理后，發(fā)現(xiàn)母材或焊縫上有局部缺陷，需要進(jìn)行焊接修理。修理焊縫的深度超出了豁免焊后熱處理的界限，當(dāng)然修理焊接之后，還需要進(jìn)行一次焊后熱處理。但這次熱處理完全可以局部進(jìn)行，而且保溫時(shí)間也完全可以只根據(jù)修理焊縫的實(shí)際深度確定，而不一定要和第一次處理一樣長。

（7）如果上面修理焊縫的深度很淺，不超過可豁免焊后熱處理的界限，那么修理焊接完成后完全可以不再重復(fù)進(jìn)行熱處理，即便是局部的。

推論至此，筆者自己都感覺到與頭腦中已有認(rèn)識(shí)和以往實(shí)際做法發(fā)生沖突了。已有的認(rèn)識(shí)和做法是，如果產(chǎn)品需要進(jìn)行焊后熱處理，全部焊接工作都需要在熱處理之前完成。如果不是，熱處理之后進(jìn)行的焊接完成后，還需要重復(fù)進(jìn)行一次焊后熱處理。

4.3 關(guān)于沖突的根源的討論

上述推論是以ASME規(guī)范，關(guān)于焊后熱處理的對(duì)象是“焊縫”，和豁免焊后熱處理的主要條件之一是“焊縫公稱厚度”這一前提出發(fā)得出的，從邏輯上找不出任何錯(cuò)誤。那么為什么會(huì)和已有認(rèn)識(shí)和習(xí)慣做法沖突呢？

這需要從形成已有認(rèn)識(shí)和習(xí)慣做法的根源上去尋找。原來我們以往熟悉的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范關(guān)于焊后熱處理的規(guī)定都和ASME規(guī)范不同。不是以焊縫，而是以母材厚度為對(duì)象考慮問題的。至少文字表述上是這樣。一般的規(guī)定是“當(dāng)某某種材料厚度超過某某值時(shí)，就必須進(jìn)行焊后熱處理”。不管編者的意圖如何，因?yàn)橹苯颖硎龅氖恰澳覆暮穸取?，因而也就很容易，?shí)際上也確實(shí)把應(yīng)用者引導(dǎo)到只注意“母材厚度”，而不去注意“焊縫厚度”上去了?？梢曰貞浺幌掳催@些規(guī)范編制產(chǎn)品焊后熱處理工藝的過程，像ASME規(guī)范那樣一個(gè)個(gè)地計(jì)算焊縫厚度了嗎？顯然沒有。把“母材”設(shè)定為焊后熱處理的“對(duì)象”，把“母材厚度”設(shè)定為判斷是否可以豁免焊后熱處理的條件，產(chǎn)生上面那樣的“已有認(rèn)識(shí)和習(xí)慣做法”，自然也完全符合邏輯。如果就是因?yàn)槟覆暮穸瘸^了可以豁免熱處理的條件，所以才必須進(jìn)行焊后熱處理。那么這樣的熱處理進(jìn)行完之后，如果又在產(chǎn)品上實(shí)施了焊接，那自然就還必須再進(jìn)行一次熱處理。

但仔細(xì)解讀，也還可以讀出更細(xì)微的差別來。例如，就算以母材厚度為考慮對(duì)象，一臺(tái)產(chǎn)品上母材厚度總有差別吧。以壓力容器為例，一般是容器筒體壁厚大，接管壁厚小。如果產(chǎn)品熱處理后，又在筒體上進(jìn)行了焊接，比如修理焊接，自然焊后還得進(jìn)行一次焊后熱處理。但是如果這樣的焊接發(fā)生在壁厚較小的接管上，是否就可以不再重復(fù)進(jìn)行熱處理呢？應(yīng)該是可以的。因?yàn)檫@些接管本來就可以免除焊后熱處理。雖然產(chǎn)品熱處理時(shí)它們也同時(shí)經(jīng)受了熱處理，但那是連帶的。可見即使即成認(rèn)識(shí)也還可以細(xì)化。

4.4 比較研究

執(zhí)行規(guī)范必須嚴(yán)謹(jǐn)。產(chǎn)品項(xiàng)目規(guī)定采用什么規(guī)范，就必須執(zhí)行什么規(guī)范。這毫無問題。但從研究的角度，進(jìn)行比較應(yīng)該是可以的。

任何表述，包括名詞術(shù)語，以最能準(zhǔn)確地反映事物本質(zhì)者為佳。

在不超過材料下轉(zhuǎn)變溫度的某溫度下進(jìn)行的焊后熱處理，目的是消除焊接殘余應(yīng)力。沒有焊縫，自然也就沒有焊接應(yīng)力。所以ASME規(guī)范把焊后熱處理的對(duì)象確定為“焊縫”，應(yīng)該說是非常正確的。焊接殘余應(yīng)力與焊縫厚度有關(guān)。焊縫厚度大，殘余應(yīng)力大；反之焊縫小，殘余應(yīng)力小。當(dāng)焊縫厚度小到一定值后，焊接殘余應(yīng)力也就小到可以忽略不計(jì)的程度。所以ASME規(guī)范把“焊縫厚度”作為判定是否可以豁免焊后熱處理的條件也是合理的。

相信其他標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，規(guī)定焊后熱處理的本意也是指焊縫或焊縫區(qū)域。允許局部熱處理就是證明。但是在文字上卻表述成了“母材厚度”，應(yīng)該說沒有準(zhǔn)確反映事物本質(zhì)，容易產(chǎn)生理解上的歧義。前面提到的即成認(rèn)識(shí)和習(xí)慣做法就是。

或許有人會(huì)說，母材厚度大，焊縫自然也就厚，不是一回事嗎？不然。只有全焊透對(duì)接接頭的焊縫厚度才與母材厚度相等。而且ASME規(guī)范中“對(duì)接接頭”的定義，僅指兩個(gè)相焊零件處在同一平面內(nèi)，或所在平面間夾角不超過30°的情況。夾角再大，就不叫“對(duì)接”接頭，而叫“角形”接頭（corner joint）了，見規(guī)范圖NE-3352-1[3]和文獻(xiàn)[5]中的強(qiáng)制性附錄3。至于其他類型的焊接接頭，焊縫大多數(shù)或比母材厚度大，或比母材厚度小。就算只指全焊透對(duì)接接頭，把母材厚度說成是判斷基準(zhǔn)，也顯得不是直指事物本質(zhì)，而是饒了一個(gè)彎。

另外，以材料厚度論事，還會(huì)出現(xiàn)一些邏輯上不順暢，需要額外附加說明的情況。例如圖3。它是一臺(tái)固定管板式換熱器的容器殼體。一般情況是，管板厚度t0大，殼體壁厚t1小。對(duì)這種情況，是否需要焊后熱處理應(yīng)依據(jù)的是殼體壁厚t1，而不是管板厚度t0。這就需要說明，單從“當(dāng)某某種材料厚度超過某某值時(shí)就需要進(jìn)行焊后熱處理”這句話無法直接推演出來。但放在ASME規(guī)范的邏輯環(huán)境下，那就很自然。例如文獻(xiàn)[5]，壓力容器規(guī)范，對(duì)這類接頭根本不看相焊兩個(gè)零件的母材厚度，而只看焊縫厚度，而且是把這條焊縫拆分為一個(gè)坡口焊縫和一個(gè)角焊縫來看待的。坡口焊縫的厚度等于殼體壁厚t1，角焊縫厚度取其喉高t2。一般t2＜t1。取其中較大者t1。用不著額外多置一詞。

圖3 ASME壓力容器規(guī)范確定焊縫厚度的方法（例1）

還可以舉出圖4的例子。它是一臺(tái)帶殼體法蘭的容器殼體。按圖中哪個(gè)尺寸判斷是否可以豁免焊后熱處理，和如果不能豁免，按哪個(gè)尺寸確定熱處理最短保溫時(shí)間呢？以“母材厚度”論事，就很難說得明白?；虬磮D3類推，回答是t1。但ASME壓力容器規(guī)范[5]，第UW-40(f)(5)(c)條卻特別指出，是坡口焊縫深度t3。不管看起來多么難理解，但這卻符合規(guī)范[5]的邏輯。即焊縫拆分，取大者的基本原則。任何規(guī)定在它適用范圍的邊緣，誤差往往都比較大，但這不可怕?？膳碌氖且豁?xiàng)規(guī)定沒有自己的邏輯，可以任人解釋。ASME規(guī)范每卷都有一個(gè)關(guān)于單位轉(zhuǎn)換的附錄，在文獻(xiàn)[5]中是附錄GG。其中關(guān)于壓力單位的轉(zhuǎn)換表中把14.7 psi轉(zhuǎn)換成了101 kPa，但卻把15 psi轉(zhuǎn)換成了100 kPa。對(duì)此這些附錄都有特意說明，說“盡管初看會(huì)覺得不正常，但符合規(guī)范確定的數(shù)據(jù)圓整邏輯”，是正確的。

如果把“母材厚度”改為“焊縫厚度”，就需要規(guī)定焊縫厚度的計(jì)算方法?？纯碅SME規(guī)范各卷，這方面的規(guī)定，雖然基本原則相同，但差別也不小。這是因?yàn)楦骶碓试S采用的接頭形式不同引起的。也就是說要規(guī)定出焊縫厚度計(jì)算方法，就需要把可能采用的各種接頭形式都考慮到。所以可以說ASME規(guī)范在這一點(diǎn)上比其他標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范精細(xì)。

圖4 ASME壓力容器規(guī)范確定焊縫厚度的方法（例2）

4.5 討論的起因

前面的討論，好像是一套文字游戲。實(shí)際不是，而是由一件實(shí)實(shí)在在的事件引出來的。圖1中的件10，在設(shè)備閘門的結(jié)構(gòu)圖上并沒有，而是在安裝電控系統(tǒng)時(shí)才出現(xiàn)的。它是一塊13 mm厚、面積不大的SA-516,Gr.70碳鋼鋼板，由喉高只有4 mm的雙面角焊縫焊接在設(shè)備閘門上。焊接件10時(shí)，設(shè)備閘門已經(jīng)制造完成，并經(jīng)過了最終焊后熱處理。焊完件10后還要不要再進(jìn)行一次熱處理的問題就這樣無法回避地提出來了。如果不做像前面“討論”中的那一大段邏輯推論，簡單地按已有認(rèn)識(shí)和習(xí)慣做法再進(jìn)行一次熱處理，特別是整體熱處理，總覺得花費(fèi)“不值”。要知道“低碳”、“減排”也是人類面臨的難題。經(jīng)過上述那樣的分析推論，最終做出的結(jié)論是：不再進(jìn)行焊后熱處理。其實(shí)規(guī)范條文原本就有這層意思。仔細(xì)品味本文第2.1節(jié)開始引用NE-4622.1(a)那句話。把件10焊接到設(shè)備閘門上的那條焊縫就是NE-4622.7允許的（當(dāng)然不止這一條），其余不允許的都已經(jīng)熱處理過了。

5 結(jié)束語

（1）本文第2和第3節(jié)是筆者編制AP-1000核電站設(shè)備閘門焊后熱處理工藝規(guī)程過程中思想活動(dòng)的一個(gè)真實(shí)記錄?？梢钥闯雒恳徊蕉加幸?guī)范條文做依據(jù)，從而達(dá)到了準(zhǔn)確執(zhí)行規(guī)范的目的。之所以能做到這一點(diǎn)，應(yīng)該歸功于ASME規(guī)范的全面詳細(xì)。凡涉及到的問題都有條文規(guī)定。幾乎沒有留下可以作另外解釋的空間。

（2）本文第4節(jié)是筆者結(jié)合遇到的實(shí)際問題，以規(guī)范條文為依據(jù)，所做的邏輯推論，也是對(duì)規(guī)范條文的進(jìn)一步的解讀。任何標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范既不是教科書，也不是科學(xué)專著，它只規(guī)定必須怎樣做和不許怎樣做，而極少或干脆就沒有關(guān)于為什么是這樣的說明。所以任何標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都需要解讀，即閱讀基礎(chǔ)上的理解。沒有解讀，就談不上應(yīng)用。解讀也有深淺之分。一般說來遇到的問題越特殊，越能促使向更深的深度去理解，就像本文第4節(jié)那樣。

（3）依靠本文的推論，不僅省去了一次熱處理，更重要的是撼動(dòng)了多少年形成的固有認(rèn)識(shí)。相信在我國持那樣認(rèn)識(shí)的人占大多數(shù)。

（4）不同標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范一經(jīng)比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)存在差異。對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行比較研究，不僅應(yīng)該允許，而且應(yīng)該提倡。比較的目的是為了進(jìn)步。

[1] ASME Boiler and Pressure Vessel Code，Section III，Subsection NCA,General Requirements for Division 1 and Division 2[S].2001 Edition plus 2002 Addenda.

[2] Westinghouse Electric Company，LLC.Equipment Hatch(Shop Assembled)[S].APP-MV50-Z0-002，Rev 0.2008.

[3] ASME Boiler and Pressure Vessel Code,Section III,Division 1，Subsection NE,Class MC Components[S].2001 Edition plus 2002 Addenda.

[4] ASMECode，SectionIX,Welding and Brazing Qualifications[S].2010 Edition.

[5] ASMECode,Section VIII,Division1,Rulesfor Construction of Pressure Vessels[S].2010 Edition.

[6] Westinghouse Electric Company，LLC.Containment Vessel Material Specification SA-738,Gr.B Plates[S].CPP-MV50-Z0-011,Rev.1.2008.

[7] ASME Boiler and Pressure Vessel Code，Section II,Part A Materials，F(xiàn)errous Material Specifications[S].2010 Edition.

PWHT of Equipment Hatch in AP-1000 Nuclear Power Plant

Hu YaminWang PinganLi YanGuo Jing

Taking equipment hatch in AP-1000 nuclear power plant as an example,this paper introduces,analyzes and discusses PWHT requirements in the NE subvolume of ASME nuclear construction code.

ASME code;Nuclear power plant;Nuclear component;Equipment hatch;Welding;PWHT

TL 4

*胡亞敏，女，1981年8月生，助理工程師。大連市，116032。

2011-04-12）