某核電機(jī)組鋼襯里焊接質(zhì)量控制

廖訓(xùn)龍

摘 要：介紹了某核電機(jī)組反應(yīng)堆安全殼鋼襯里焊接的基本情況；分析了鋼襯里焊接質(zhì)量控制模式——特有的內(nèi)部和外部控制模式為實(shí)現(xiàn)鋼襯里焊接質(zhì)量控制提供了保證；總結(jié)了鋼襯里焊接質(zhì)量控制的基本要求。鋼襯里焊接射線探傷一次合格率99.7%，表明核電機(jī)組鋼襯里焊接質(zhì)量始終處于受控狀態(tài)。通過對核電機(jī)組鋼襯里焊接質(zhì)量控制實(shí)踐總結(jié)，提出了鋼襯里焊接質(zhì)量控制的改進(jìn)方向，為后續(xù)機(jī)組提供了有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：核電機(jī)組 鋼襯里 焊接 質(zhì)量控制

中圖分類號：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0150-03

某核電機(jī)組安全殼是一個(gè)內(nèi)徑36 m，外徑38 m，壁厚為1 m的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土圓筒體，三心園蝶形頂。安全殼內(nèi)部鋼襯里正是基于密封性能的重要考慮，抵御異常事故工況下的核污染擴(kuò)散[1]。該機(jī)組鋼襯里由底板、筒體和穹頂三大部分組成，鋼襯里施工包括車間預(yù)制焊接和現(xiàn)場安裝焊接兩個(gè)階段。由于該機(jī)組鋼襯里屬于核安全等級2級、質(zhì)量保證等級QA1控制范圍內(nèi)的物項(xiàng)，因而控制其焊接質(zhì)量至關(guān)重要。

底板鋼襯里為直徑36 000 mm的圓形結(jié)構(gòu)，主要采用δ=6 mm的Q245R鋼板，底板鋼襯里車間預(yù)制焊縫總長度約140 m，現(xiàn)場安裝焊縫總長度約1 000 m。底板鋼襯里結(jié)構(gòu)總重量約135 t，其中鋼板重約95 t。筒體鋼襯里外徑為36 012 mm，高4 606 mm，是以δ=6 mm的Q245R鋼板拼焊成。筒身鋼襯里車間預(yù)制和現(xiàn)場安裝焊縫總長度基本相同，均約為1 500 m；筒身鋼襯里壁板結(jié)構(gòu)總重量約405t，其中鋼板重約287噸。穹頂鋼襯里由球冠及圓環(huán)帶兩部分組成，球冠的外半徑為27 008 mm，圓環(huán)帶外半徑為4 508 mm，鋼襯里穹頂?shù)南驴谕鈴綖?6 016 mm，全高為9 008 mm。穹頂鋼襯里為雙曲面薄殼形結(jié)構(gòu)，采用δ=8 mm的Q245R鋼板。穹頂鋼襯里車間預(yù)制焊縫總長度約500 m，現(xiàn)場安裝焊縫總長度約400 m。穹頂鋼襯里壁板結(jié)構(gòu)總重量約133 t，其中鋼板重約88 t。

鋼襯里焊接方法為手工電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊和埋弧自動(dòng)焊，在車間的拼板焊接主要是采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行拼焊。表1列出了鋼襯里主要采用的焊接方法和焊接材料。

1 鋼襯里焊接質(zhì)量控制模式

某核電項(xiàng)目采用質(zhì)量控制（QC）、質(zhì)量保證（QA）、質(zhì)量監(jiān)督（QS）以及業(yè)主/核安全局參與/監(jiān)督有機(jī)結(jié)合的質(zhì)量控制模式，這種特有的模式為實(shí)現(xiàn)鋼襯里焊接質(zhì)量控制要求提供了保證。鋼襯里焊接質(zhì)量控制采用土建分包商現(xiàn)場施工班組/技術(shù)員、質(zhì)量控制（QC）、質(zhì)量保證（QA）和總承包商質(zhì)量監(jiān)督（QS）和質(zhì)量保證（QA）、業(yè)主和核安全管理當(dāng)局對鋼襯里焊接質(zhì)量內(nèi)部和外部控制有機(jī)結(jié)合的運(yùn)作機(jī)制。

2 鋼襯里焊接質(zhì)量控制基本要求

2.1 熟悉技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、編制施工方案

核電機(jī)組反應(yīng)堆安全殼鋼襯里由某設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，編制安全殼鋼襯里施工圖和安全殼鋼襯里專用技術(shù)條件供施工使用，在其專用技術(shù)條件中大量直接引用了ASME、ASTM、GB、JB等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。鋼襯里焊接施工過程中要確保技術(shù)人員、施工人員、質(zhì)檢人員等熟悉和掌握相關(guān)圖紙、技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，施工前要做好技術(shù)交底工作，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范控制鋼襯里焊接。

編制完善可行的施工方案是鋼襯里焊接控制的先決條件。施工方案由專業(yè)工程師交底并下發(fā)到施工班組嚴(yán)格執(zhí)行；施工中，由分包商、總承包商、業(yè)主、核安全局各級質(zhì)量檢查人員現(xiàn)場監(jiān)督，確保按程序施工，如作業(yè)人員不按程序操作，檢查人員立即提出糾正。

2.2 特種作業(yè)人員資格管理

2.2.1 焊工

焊工資格問題關(guān)系重大，國內(nèi)核電工程焊工按HAF603《民用核安全設(shè)備焊工焊接操作工的資格管理規(guī)定》進(jìn)行管理。鑒于此機(jī)組屬于境外工程，鋼襯里焊工資格按照設(shè)計(jì)院專用技術(shù)條件《某工程安全殼鋼襯里結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場焊工技能考核》進(jìn)行管理，分包商成立焊工考核委員會(huì)，對焊工進(jìn)行培訓(xùn)、考核，總承包商人員進(jìn)行過程見證，焊工考試合格頒發(fā)相應(yīng)的資格證書，鋼襯里焊工資格建立臺(tái)賬進(jìn)行維護(hù)，確保施焊焊工資格符合要求。

2.2.2 無損檢驗(yàn)人員

鋼襯里主要采用目視檢驗(yàn)（簡稱VT）、滲透檢驗(yàn)（簡稱PT）、磁粉檢驗(yàn)（簡稱MT）、射線檢驗(yàn)（簡稱RT）、超聲檢驗(yàn)（簡稱UT）和泄漏檢驗(yàn)（簡稱LT）。無損檢驗(yàn)人員資格管理按HAF602《民用核安全設(shè)備無損檢驗(yàn)人員資格管理規(guī)定》進(jìn)行管理。鋼襯里施工過程中，曾出現(xiàn)過兩起無損檢驗(yàn)人員超資格范圍檢驗(yàn)的質(zhì)量事件，影響了中方的信譽(yù)，也在一定程序上影響了工程進(jìn)度，給核電機(jī)組管理造成了較大影響。兩起事件的根本原因是分包商無損檢驗(yàn)人員不足，另外人員回國休假又加劇了這一問題。

2.3 鋼襯里檢查和試驗(yàn)計(jì)劃的執(zhí)行

現(xiàn)場每項(xiàng)施工作業(yè)活動(dòng)開始之前，先要編制相應(yīng)的檢查和試驗(yàn)計(jì)劃。鋼襯里核安全級別2級、質(zhì)量保證等級QA1是土建施工活動(dòng)中質(zhì)量控制要求最高的活動(dòng)之一，檢查和試驗(yàn)計(jì)劃由分包商編制、審核、批準(zhǔn)后，報(bào)總承包商、業(yè)主和核安全當(dāng)局審核并設(shè)置見證點(diǎn)。

鋼襯里包括物項(xiàng)名稱、部位和區(qū)域、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、停工待檢和見證點(diǎn)、檢查內(nèi)容、以及負(fù)責(zé)實(shí)施檢查單位或個(gè)人等內(nèi)容。編制原則要確保作業(yè)工序無遺漏，施工邏輯順序與施工方案一致，施工作業(yè)依據(jù)的文件的正確性和有效性。各級質(zhì)量控制、監(jiān)督和保證人員根據(jù)自己在ITP中的設(shè)點(diǎn)情況進(jìn)行焊縫組對、拼裝等驗(yàn)收記錄是否齊全、合格，焊縫焊接記錄與圖紙是否一致，焊接記錄和報(bào)告完整、內(nèi)容正確，不符合項(xiàng)是否關(guān)閉等鋼襯里施工活動(dòng)的關(guān)鍵工序和內(nèi)容的現(xiàn)場驗(yàn)證和文件驗(yàn)證。

3 鋼襯里焊接質(zhì)量全過程控制

從焊工、焊機(jī)、材料、焊接工藝評定的準(zhǔn)備到編制焊接工藝卡、焊接作業(yè)、焊后熱處理和最終焊縫檢驗(yàn)，對鋼襯里焊接質(zhì)量的全過程進(jìn)行控制。

3.1 焊前人、機(jī)、料、法、環(huán)的控制

焊工考核合格，焊工合格項(xiàng)目能夠全部覆蓋焊接作業(yè)的需要。焊機(jī)所用的電流表、電壓表、流量計(jì)等計(jì)量器具，標(biāo)定合格并在有效期內(nèi)。鋼襯里的鋼板、焊材等材料由分包商自檢合格后報(bào)驗(yàn)，總承包商行進(jìn)場驗(yàn)收，確保鋼襯里施工過程中所用材料軟件、硬件完好、齊全，符合技術(shù)條件要求，鋼襯里鋼板和焊材除具有完整的質(zhì)量證明書外還必須有復(fù)驗(yàn)報(bào)告，對焊材在貯存、出庫、烘干、發(fā)放和回收等各環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，并形成記錄。鋼襯里施焊前應(yīng)按要求編制完成焊接工藝評定、焊接工藝卡、焊接方案等。由于核電所在國屬亞熱帶沙漠氣候，氣候炎熱，夏季時(shí)間長，最高氣溫可達(dá)50℃以上，雷雨大風(fēng)及沙塵暴較為頻繁，根據(jù)此特殊環(huán)境，HXCC在方案中制定了相應(yīng)的措施，確保焊接質(zhì)量不受環(huán)境因素影響。

3.2 焊接實(shí)施過程中監(jiān)督檢查注意事項(xiàng)

鋼襯里焊接實(shí)施過程的質(zhì)量控制是全過程控制的重要階段。施焊中按焊接工藝卡要求，焊工在工藝參數(shù)范圍內(nèi)選擇焊接電流、焊接電壓和焊接速度；在可選用的焊接工藝參數(shù)范圍內(nèi)，使用小的焊接電流。焊接實(shí)施過程的監(jiān)督檢查應(yīng)注意焊接區(qū)域的打磨。鋼襯里底板環(huán)板焊接過程中曾發(fā)生，焊縫余高超出技術(shù)條件要求而未進(jìn)行相應(yīng)的打磨處理的問題，簡單的打磨不到位現(xiàn)象卻引起了業(yè)主的關(guān)注，也給中方信譽(yù)造成了一定的影響。焊接實(shí)施過程中的監(jiān)督檢查還應(yīng)注意焊接變形的有效控制。鋼襯里車間預(yù)制的鋼板大而薄，壁板現(xiàn)場安裝尺寸大，鋼襯里上的貫穿件、加厚板較多且焊縫集中，需重視焊接變形的控制。通過優(yōu)化施工工藝可以減少施工中的焊接變形。另外，對于牛腿等焊縫厚度較大、要求高的構(gòu)件，應(yīng)注意焊前預(yù)熱和焊后熱處理的控制。

3.3 注重焊后檢驗(yàn)，做好鋼襯里焊接質(zhì)量最后把關(guān)工作

鋼襯里焊后質(zhì)量檢驗(yàn)方法主要是無損檢驗(yàn)。鋼襯里焊縫無損檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)數(shù)量嚴(yán)格執(zhí)行按圖紙或技術(shù)條件要求。無損檢驗(yàn)應(yīng)按相關(guān)專用無損檢驗(yàn)技術(shù)條件和程序操作。無損檢驗(yàn)過程中，應(yīng)注意焊縫及熱影響區(qū)的表面清潔、溫度、檢驗(yàn)時(shí)機(jī)、負(fù)壓力、時(shí)間等相關(guān)參數(shù)的控制，并確保檢驗(yàn)結(jié)果按技術(shù)條件驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

4 鋼襯里焊接質(zhì)量控制現(xiàn)狀及改進(jìn)方向

完成的鋼襯里焊接射線探傷片子總數(shù)2099張，返修共6張，無損探傷一次合格率99.7%，鋼襯里焊接質(zhì)量始終處于受控狀態(tài)。鋼襯里焊接施工歷經(jīng)兩年多時(shí)間，跨度時(shí)間長，涉及因素多，焊接質(zhì)量雖經(jīng)各方控制完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但其控制過程是在不斷解決影響質(zhì)量問題中實(shí)現(xiàn)的，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和改進(jìn)方向如下。

4.1 分包商投入鋼襯里施工的人力資源不足

從事鋼襯里焊接工作的包括技術(shù)人員、質(zhì)檢人員、工人等，其技術(shù)人員大多是近幾年畢業(yè)的學(xué)生，缺乏實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)、解決現(xiàn)場技術(shù)問題能力不足、質(zhì)量保證意識(shí)也欠缺；質(zhì)檢人員不足2人、實(shí)物檢查工作量大，不能有效保證分包商自身檢查質(zhì)量；中方有經(jīng)驗(yàn)的操作工人數(shù)量也不足。鋼襯里技術(shù)人員、質(zhì)檢人員的技術(shù)水平有待于進(jìn)一步提高。另外，由于該核電機(jī)組屬境外項(xiàng)目，與所在國日常溝通及交工資料均需用英語，這也給工作帶來了極大的不便，有時(shí)英文翻譯錯(cuò)誤就會(huì)引起彼此的誤解，這就要求從事鋼襯里人員有一定的英語水平。通過增加投入人力資源，以老帶新，加強(qiáng)技術(shù)和質(zhì)量保證方面的培訓(xùn)等方式，逐漸改善鋼襯里施工的人力資源現(xiàn)狀和提高人員的水平和能力，從而達(dá)到保證焊接質(zhì)量目的。

4.2 焊接作業(yè)的安全防護(hù)問題。

安全殼是一個(gè)半密閉的筒形體，采用手工電弧焊進(jìn)行焊接，飛濺極易引起燙傷，亂扔焊條頭可引起火災(zāi)，焊接和碳弧氣刨產(chǎn)生的煙塵和大量的打磨作業(yè)產(chǎn)生粉塵沉積在安全殼內(nèi)，對鋼襯里焊接操作和檢查人員均造成一定的傷害，并對焊接質(zhì)量造成間接影響。采用焊接通風(fēng)，穿戴防護(hù)用品，樹立文明、規(guī)范施工意識(shí)等措施營造安全的焊接作業(yè)環(huán)境，間接保證焊接質(zhì)量。

4.3 鋼襯里焊縫表面缺陷問題。

鋼襯里現(xiàn)場施工過程中，易出現(xiàn)的焊接缺陷主要有氣孔、夾渣、咬邊（連續(xù)咬邊）、過渡不均勻、過分打磨及打磨不到位、焊縫余高偏大、焊縫寬度不均勻、波浪焊縫等。氣孔、夾渣缺陷主要來源于被焊金屬坡口表面、焊接層間清理不干凈，外來物混入；咬邊（連續(xù)咬邊）、過渡不均勻主要是焊工操作不當(dāng)或電弧過長；過分打磨及打磨不到位、焊縫余高偏大主要是焊工操作和檢查人員未檢查到位造成的；點(diǎn)焊質(zhì)量較差（點(diǎn)焊焊縫存在氣孔、裂紋、夾渣、咬邊等現(xiàn)象）、襯里板上存在隨意引弧現(xiàn)場、組對間隙不均勻現(xiàn)象。這些外部缺陷多容易使焊件承載后產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)，或者減小了焊縫的有效截面積而使得焊縫強(qiáng)度降低。采用提高焊工操作水平、規(guī)范焊接作業(yè)、加大檢查力度等措施減少鋼襯里焊縫表面缺陷。

4.4 焊接施工質(zhì)量與進(jìn)度協(xié)調(diào)問題。

“質(zhì)量第一”是施工中一貫堅(jiān)持的原則，但在強(qiáng)大的核電工程進(jìn)度壓力下，如何協(xié)調(diào)質(zhì)量與進(jìn)度二者關(guān)系是管理者必須面對的。鋼襯里焊接作業(yè)集中、熱輸入量過大，易造成鋼襯里焊接收縮變形；如果再加上違反焊接作業(yè)順序，則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的焊接質(zhì)量問題。核島底板H層混凝土（標(biāo)高：-2.750 m）和二次找平層混凝土（標(biāo)高：-2.600 m）間局部產(chǎn)生的水平縫隙，第一層和第二層鋼襯里筒體壁板出現(xiàn)較大的焊接變形就是為追求施工進(jìn)度而變更焊接作業(yè)順序造成的。鋼襯里底板焊接合理的焊接作業(yè)順序是：先焊底板與底板之間的短焊縫，由兩人從中間開始向兩端分段退焊法，分段長度不超過500 mm；短焊縫焊完后，再焊接底板與底板之間的長焊縫，焊接方法相同；底板邊緣板與筒壁之間的角焊縫焊接時(shí)，由數(shù)名焊工均布在圓周上，采用逆向?qū)ΨQ分段退焊法；最后，焊接邊緣板與中部板之間的環(huán)向連接焊縫，焊接方法同邊緣板與筒壁的焊接。在安全殼第一層混凝土未施工的情況下，違反鋼襯里底板焊接作業(yè)順序，在底板與底板之間短焊縫和長焊縫焊完后，先焊接邊緣板與中部板之間的環(huán)向連接焊縫，最后焊接底板邊緣板與筒壁之間的角焊縫。此外，為加快底板鋼襯里焊接施工進(jìn)度，鋼襯里底板邊緣板與筒壁之間的角焊縫焊接時(shí)由幾名焊工同時(shí)焊接，焊縫成型過快，產(chǎn)生較大的焊接收縮應(yīng)力。違反焊接作業(yè)順序是主要原因，加快底板焊接施工進(jìn)度是次要原因，從而造成了核島底板H層混凝土（標(biāo)高：-2.750 m）和二次找平層混凝土（標(biāo)高：-2.600 m）間局部產(chǎn)生水平縫隙，第一層和第二層鋼襯里筒體壁板出現(xiàn)較大焊接變形。后來雖通過切除鋼襯里底板、找平層混凝土鑿除、拉索校正鋼襯里壁板、混凝土二次澆筑、安全殼第一層混凝土澆筑、切除部分底板重新鋪設(shè)等措施得到妥善解決，但也因此耽誤工期近二個(gè)月。

5 結(jié)語

（1）鋼襯里焊接質(zhì)量控制模式——特有的內(nèi)部和外部控制模式為實(shí)現(xiàn)鋼襯里焊接質(zhì)量控制提供了保證。

（2）熟悉技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、編制施工方案，對特種作業(yè)人員資格管理，鋼襯里檢查和試驗(yàn)計(jì)劃的執(zhí)行構(gòu)成了鋼襯里焊接質(zhì)量控制的三個(gè)基本要求。

（3）通過對鋼襯里焊接質(zhì)量全過程控制，已預(yù)制和安裝完成的鋼襯里焊接射線探傷一次合格率99.7%，表明鋼襯里焊接質(zhì)量始終處于受控狀態(tài)。

（4）核島底板H層混凝土（標(biāo)高：-2.750 m）和二次找平層混凝土（標(biāo)高：-2.600 m）間局部產(chǎn)生的水平縫隙，第一層和第二層鋼襯里筒體壁板出現(xiàn)較大的焊接變形就是為追求施工進(jìn)度而變更焊接作業(yè)順序造成的。

（5）鋼襯里焊接質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)為后續(xù)機(jī)組提供了有益的借鑒。

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