AP1000常規(guī)島主機制造質量問題及典型案例分析

冀潤景

（中國電能成套設備有限公司，北京 100080）

AP1000常規(guī)島主機制造質量問題及典型案例分析

冀潤景

（中國電能成套設備有限公司，北京 100080）

對AP1000常規(guī)島主機設備在制造過程中出現的質量問題進行總結分析，提出出現問題的幾大類原因，逐一進行剖析并列舉了典型案例，做了經驗反饋。最后提出應對設備形成全環(huán)節(jié)進行質量控制的觀點，對設備制造、監(jiān)造單位有一定的參考意義。

常規(guī)島主設備；質量問題；經驗反饋

我國作為全球首批建設AP1000的國家，面臨諸如設計固化、設備國產化等一系列挑戰(zhàn)。核電廠的設備安全至關重要，而設備制造質量又是設備安全的重要前提。常規(guī)島設備盡管涉及核安全較少，但其對電廠可用率的影響不可忽視，且其制造質量問題對工程建設的進度、投資都有一定影響。因此不可因其重要性相對核島設備低而不予重視。

設備監(jiān)造作為一項專項咨詢類技術服務，在核電項目建設中發(fā)揮著重要管理作用。本文從監(jiān)造角度對AP1000常規(guī)島主機設備的質量問題進行總體分析，識別容易出現問題的環(huán)節(jié)，并針對典型質量問題進行經驗反饋，提出解決問題的建議或措施，對監(jiān)造單位和制造單位都有重要意義。

1 常規(guī)島主設備制造質量問題總體分析

1.1 常規(guī)島主設備情況及監(jiān)造情況

AP1000常規(guī)島汽輪機設備為國內某汽輪機廠引進、并與日本三菱重工技術聯合制造的濕飽和半速機，機型TC6F-54，由1個高壓模塊、3個低壓模塊組成，每個缸都是2×10級雙分流結構，末級葉片長1 371.6 mm［1］。本項目作為首批AP1000機組，汽輪機轉動部件、隔板、主要閥門由三菱重工制造，汽缸、軸承座、凝汽器等由國內廠家制造。

為加強對設備制造階段的質量控制，項目單位委托專業(yè)監(jiān)造單位對主機設備實施全過程駐廠監(jiān)造。監(jiān)造過程的主要工作內容以質量計劃為基礎，通過設置質量監(jiān)督點（包括R、W、H點）并予以實施［2］，以實現對某一部件制造過程的質量控制監(jiān)督。對于制造過程中出現的質量問題，通過不符合項進行管理。

1.2 質量問題總體情況分析

截至目前，本項目2臺主機國內制造部分共產生不符合項351個，將不符合項按產生原因進行分類，主要包括：操作問題、工藝問題、設備和工器具問題、材料問題、設計問題、綜合原因及其他（見圖1）。針對不符合項的主要產生原因及典型案例進行分析，并進行經驗反饋。

圖1 不符合項原因的權重

2 設計方面問題

本機組的原設計方為日本三菱，技術成熟。但國內廠家在技術轉化過程中，對原設計只是簡單照搬，理解不到位或缺乏質疑的態(tài)度［3］。同時在出現問題后，亦缺少同原設計方的溝通。如高壓隔板套中分面螺栓孔加工后發(fā)現豁口，經確認圖紙設計時該處過薄，加工時不可避免出現豁口，后續(xù)對圖紙做升版處理。因此，在引進技術的項目上，作為受轉讓方，應做好技術文件的充分消化、吸收。以下介紹軸承箱潤滑油管路焊接問題。

2.1 問題描述

某日，安裝現場發(fā)現1號機汽輪機前軸承內部潤滑油管路對接焊縫內部存在未熔透、對接焊縫處間隙過大，對接處有錯口等問題。經查，其他軸承箱內油管路都存在類似問題。同時對廠內剛剛焊接完成并安裝在軸承箱內的油管路進行了排查，也發(fā)現了這些問題（見圖2）。

2.2 原因分析

油管路材質為022Cr19Ni10不銹鋼材料，采用手工電弧焊外側單側焊接，廠家針對這種材料的手工電弧焊進行過工藝評定。經分析，產生未焊透的原因在于圖紙要求的坡口尺寸不合理。圖紙要求50°V型坡口，鈍邊間隙0.5 mm，鈍邊間隙過窄造成未焊透，且單側焊接時一側焊接收縮產生變形導致背面的對接處間隙變大及錯口。

圖2 高壓軸承箱內進油管下段管組焊接問題

該坡口尺寸為廠家引進三菱圖紙，而三菱圖紙的坡口尺寸是根據其自動焊方式制定，廠家在引進圖紙后，未根據本廠不具備自動焊的實際條件對此進行吸收、消化，而是直接照搬，出現問題也未能與三菱取得有效確認。盡管勉強通過了工藝評定，但實際產品生產質量不過關，導致大量出現質量問題。特別是在安裝現場的1號機組，由于已完成了軸承箱、軸承殼體等的安裝和軸系找中工作，如重新施焊則需將軸承箱整體翻出，對工程進度影響很大。

2.3 處理情況

針對焊接坡口不合理的情況，重新進行了試驗件的焊接和評估，優(yōu)化了坡口尺寸，將鈍邊間隙調整為2.5 mm，由于焊接坡口屬于焊接工藝規(guī)程的非重要參數，調整后不需進行工藝評定，原焊接工藝仍可執(zhí)行。針對廠內的2號機組油管路，督促廠家按開啟不符合項，從軸承箱上拆除管路，通過目視、內窺鏡等手段進行了全面排查，若發(fā)現有未焊透或錯口較大情況，則對該處焊縫割掉重新施焊。

對現場已完成安裝的1號機組油管路，組織相關各方從以下幾方面進行了論證，最終決定繼續(xù)使用。

a.對管路強度的影響。一方面，出廠前進行了焊接部位的滲透探傷檢查，并通過了0.56 MPa耐壓試驗（實際工作壓力為0.34 MPa）；另一方面，模擬未焊透結構的產品做了焊接試樣，并進行了室溫下拉伸試驗，抗拉強度分別達到560 MPa和622 MPa。

b.未焊透結構對油管路壓損的影響。經過計算，僅為20 Pa。

c.受熱伸縮或振動時，焊接不良處導致裂紋的可能。一方面供油管路工作狀態(tài)下溫度較低，僅40℃左右，可忽略熱膨脹或收縮應力影響；另一方面，設計上采取了相應的固定措施，避免管路產生振動。

d.間隙處異物沉積的可能［4］。經檢查，相關部位過渡較為平滑且深度較小，不會出現異物沉積導致的沖洗不能及時完成的問題。

2.4 經驗總結

一方面應強化與原設計方的溝通。存在疑義或不理解時，應務必與原設計方充分溝通，清楚后再開始工作，發(fā)現明顯問題更不能輕易放過。另一方面，將管路焊縫的檢查要求明確到相關工藝及后續(xù)質量計劃中，細化質量計劃，在后續(xù)產品制造中加強質量檢查和監(jiān)造。

3 工藝方面問題

主要包括2方面問題。一是大尺寸結構件的焊接、熱處理、加工等過程變形控制不好，特別是對AP1000這種大容量機組，各部套件尺寸之大，是廠家首次遇到的，因此在工藝制定和控制方面存在薄弱環(huán)節(jié)。如低壓缸和凝汽器喉部膨脹節(jié)的焊接位置，存在大量錯口情況，最大達到近50 mm，給現場的焊接工作帶來一定麻煩。二是一些特殊工藝存在不合理的地方以及工藝不能嚴格被執(zhí)行，如本項目汽輪機軸瓦巴氏合金的澆注方面存在的問題［5］。關于軸承箱、潤滑油箱內壁耐油漆質量的問題舉例如下。

3.1 問題描述

潤滑油系統設計上與其他機組的顯著區(qū)別是對軸承箱、潤滑油箱及其他油系統主要部件、與潤滑油接觸的部分均涂耐油漆。1號汽輪機軸承箱運至現場后，安裝單位按要求對軸承箱進行了煤油滲漏試驗，試驗后發(fā)現內表面存在脫落問題。由于起皮后露出的底漆顏色（紅色）與設計要求的油漆顏色（灰色）不同，后經調查，廠家在油漆選用上未嚴格按設計要求選擇油漆品牌，在同類項目現場安裝時，也發(fā)現了類似問題。對部分軸承箱和主油箱進行了漆膜厚度檢查和附著力檢查。

通過漆膜厚度檢查發(fā)現厚度不均勻，平均油漆厚度經計算為330～350 μm，未滿足110 μm的標準規(guī)范要求；而通過油漆附著力檢查，按ISO4624—2004驗收，前箱底部測試的兩點分別為2.8 MPa和0 MPa（未受力直接拉開），不符合要求。

3.2 原因分析

一方面廠家在進行采購油漆時，未能嚴格執(zhí)行設計方的規(guī)范要求，選用了國內某廠家生產的ETON＃2100E牌號，而不是設計方指定的國外廠家ETON2100E牌號；同時也沒有按相關要求（ASTM D5144）對2種油漆進行對比試驗，以驗證其可以相互替代［6］。

另一方面油漆的厚度、附著力不合格，說明涂漆過程中，存在工藝不合理或未能嚴格執(zhí)行工藝的情況。特別是作為一種特殊工藝，油漆質量的好壞取決于工藝的正確性和執(zhí)行程度。工藝中對表面噴砂處理后到開始涂漆的時間間隔要求、涂漆前表面清潔度要求、油漆調和的混合比、攪拌時間、熟化時間、環(huán)境要求、漆膜厚度等均有嚴格規(guī)定，這些細節(jié)中某一個未能被嚴格執(zhí)行，都可能對最終油漆質量帶來影響。

3.3 后續(xù)處理

在設計方指導下，對2種油漆進行了性能對比試驗分析，認為不能互相替代。同時，設計方確認油系統內部油漆的必要性，對諸如軸承箱內吸入空氣、漏入軸封蒸汽等可能情況，油漆的存在可防止生銹。各方決定，將軸承箱和主油箱等全部通過噴砂去除表面已涂油漆，再重新按設計要求的油漆品牌和規(guī)范進行涂漆。

在涂漆前，按軸承箱材質做了試板，按規(guī)范進行了涂漆，并進行了168 h泡煤油試驗，經目視檢測未出現氣泡、脫落等情況。在完成主油箱涂漆后，選擇部分部位采用劃規(guī)器進行附著力檢查，經確認符合ISO：0級驗收要求［7］。通過這些試驗，說明工藝沒問題。

在整個重新涂漆中，細化質量計劃要求，由監(jiān)造單位對其進行了全過程跟蹤監(jiān)督，確保每項工藝要求均得到嚴格落實。

3.4 經驗總結

對特殊工藝的任何變更，均需考慮是否需要進行相應的分析或評定，確保工藝的可靠性；同時，應嚴格執(zhí)行工藝，并對工藝執(zhí)行過程做好記錄，以保證質量過程的置信度。

4 材料問題

主要存在2方面問題，一是材料供應商的選擇和管理不到位，致使原材料的質量難以保證或失控；二是對主機廠家，自身的鑄造能力不強，如廠家自行鑄造的一些內部套，在后續(xù)加工、探傷中缺陷較多，挖缺補焊工作量大［8］，控制不好時易產生變形，需花時間對鑄件進行校形，對工程質量和進度造成一定影響。

4.1 問題描述

某分包廠供應的低壓缸半環(huán)碳鋼鍛件入廠后粗加工時，其中3件發(fā)現大面積的補焊痕跡（見表1）。經與分包廠溝通，確實存在未按采購技術要求與廠家及用戶取得溝通即進行了補焊的情況。

表1 半環(huán)鍛件補焊情況

4.2 原因分析

一方面分包廠家工藝控制不理想，鍛打前未做好鋼錠表面清理，使表面的氧化層被壓嵌入鍛件表面，金屬不能連接形成折疊缺陷；二是分包廠家在質保體系執(zhí)行中存在不足，發(fā)現大面積缺陷后私自補焊；三是廠家對分包廠的控制不利，在驗收環(huán)節(jié)上未能發(fā)現這些問題。

4.3 后續(xù)處理

開啟不符合項，一方面通過對補焊記錄、補焊WPS、工藝評定記錄等進行檢查，確保補焊按相關工藝執(zhí)行（見表1）；另一方面，按采購技術要求對3件半環(huán)進行了超聲探傷和滲透探傷，確定補焊部位的質量情況，在此基礎上讓步接收。

4.4 經驗總結

一是加強分包商的管理，選擇優(yōu)質或合同執(zhí)行業(yè)績較好的分包商；二是加強對分包商的質保體系監(jiān)督及原材料的質量監(jiān)督，包括加強驗收環(huán)節(jié)的投入以及增設中間環(huán)節(jié)。作為監(jiān)造單位，也應適度增強對分包部件的監(jiān)督。

5 操作問題

主要體現在：一是操作人員的技能水平不高，不夠認真；二是技術人員、工藝人員對操作人員的技術交底不到位；三是對引進項目外方的圖紙表達習慣不同，操作人員對圖紙和技術要求的理解不到位，如多次出現儀表接口開反、軸承頂軸油管焊反等情況。

5.1 問題描述

2號機組的2臺MSR筒體在完成開孔后去除臨時防變形工裝時，因操作人員不按規(guī)定操作，即未使用氣割留一定余量打磨去除，而是采用氣刨完全去除后對母材補焊，在補焊前的磁粉探傷時發(fā)現2個MSR筒體分別有98處和72處缺陷，其中最深處為6～7 mm，最長約為230 mm，且分布在筒體主要接管的兩側，分布面積較大。

5.2 原因分析

一方面由于氣刨時熱輸入大，傷及母材，造成線性缺陷；另一方面可能由于臨時工裝焊接前，忽視了預熱環(huán)節(jié)，在焊接過程中形成裂紋。

5.3 后續(xù)處理

考慮到缺陷數量多、分布廣，若補焊操作不當可能會造成筒體變形，在征求技術支持方意見后，決定采取手工電弧焊錯列補焊，消缺后進行靈敏度較高的觸頭法磁粉探傷確認缺陷消除。同時，對這一處理方案，由監(jiān)造單位組織召開專家評審會，進行審查確認。

5.4 經驗總結

應加強對操作人員工藝執(zhí)行紀律的教育和檢查，避免出現按習慣操作、按經驗操作等低級錯誤。

6 加工設備及工器具問題

主要包括：一是機床精度調整不當，如汽輪機高壓缸上下半分缸加工時，由于龍門銑水平精度和垂直精度問題，合缸后先后暴露出開檔位置的錯牙和折線傾斜問題；二是加工設備的使用不當，典型的案例包括發(fā)電機定子沖片制造質量問題。

6.1 問題描述

2號機組發(fā)電機定子沖片由國外某制造商完成成品制造后，運至國內進行定子鐵芯壓裝。在壓裝前的開箱驗收時抽查發(fā)現，沖片表面頻繁出現黃色點狀凸起（漆瘤）和黑色異物（后經檢驗有鐵磁性，確認為金屬附著物）。

根據供應商定子沖片技術要求：漆膜厚度平均2.0～5.0 μm，最小值1.0 μm，不允許有漆塊等異物附著（實際涂漆較難控制，后續(xù)供應商澄清允許不大于30 μm的凸起）。實際抽查的7張沖片中，凸起漆膜厚度27～33 μm。另外，由于金屬附著物可能在運行時振動脫落導致沖片間絕緣破壞［9］，進而引致鐵芯局部發(fā)熱，有關技術要求明確規(guī)定不允許金屬附著物存在（見圖3）。

圖3 定子沖片表面質量問題

6.2 原因分析

首先要求制造廠開啟不符合項，對產生原因進行分析調查。沖片供應商的整個制造流程，包括“剪切、沖壓、去毛刺、涂漆、加熱、裝載”等過程，均為自動化流水線生產。對金屬附著物進行EPMA分析，判斷其成分與沖片本身相同，經一系列分析和試驗，發(fā)現在這批沖片生產中插入了其他緊急任務，恢復生產后，操作人員未將油漆回路的過濾器裝入，使得供漆設備中聚集的毛刺中未除去的金屬粉末在涂漆時粘附于沖片表面。漆瘤的形成則是由于供漆管孔被聚集的金屬粉末部分阻塞，且供漆管位置較高，產生飛濺，未經過中間托盤和漆滾直接飛濺到沖片表面。

另外，由于沖片生產的自動化程度高，檢查頻次偏低，每一垛（約800余張）僅抽檢1張，降低了在質量檢查環(huán)節(jié)發(fā)現問題的可能性。

6.3 后續(xù)處理

考慮到本臺機組沖片數量多，約22萬余張，無法一一甄別其質量情況，故決定將其全部報廢，重新生產。在重新生產中，供應商對沖片的工藝流程進行優(yōu)化，采用雙過濾器并聯，用標簽標示過濾器是否存在，并通過檢測過濾器兩端壓差，使其狀態(tài)可視，確保過濾器切實起到作用；增大去毛刺過程吸塵器的功率，減小金屬粉末進入油漆的概率；降低供漆管高度，一旦有油漆飛濺將進入托盤。同時適度增大抽檢比例。

6.4 經驗總結

對于自動化程度較高的生產工藝，應制定專門措施加強對其生產線狀態(tài)的監(jiān)控，并減少對人的依賴。對于自動生產或數控機床生產的設備，從監(jiān)造角度講在重視產品質量同時，還需注意對機具狀態(tài)的監(jiān)督。

7 結束語

核電項目建設中，設備制造質量控制的重要性不僅在于工程建設質量保證上，還在于對核電工程質量置信度的建立上。本文總結了一期項目在設備制造中出現的質量問題，并進行經驗反饋，對于制造或監(jiān)造單位有一定的參考意義［9］。

通過這些案例，對產品制造質量的管理、控制方面，應做到“領導負責、全員參與”，不宜片面將質量責任歸咎于質量人員。影響質量的因素很多，包括設計、工藝、制造、檢查各個環(huán)節(jié)，應從體系上建立各個環(huán)節(jié)參與產品質量控制的規(guī)定并落實執(zhí)行。作為監(jiān)造單位，也應擯棄局限的思維，將監(jiān)造工作延伸至設備形成全過程，以提升其競爭力。

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Analysis of Manufacturing Quality Issues and Typic Cases for CI Main Equipment of AP1000

JI Run?jing
（China Power Complete Equipment Co.，Ltd.，Beijing 100080，China）

This paper summarizes and analyzes quality issues during manufacturing process of CI main equipment of AP1000.Cause of the issues are proposed and analysed，typic cases of each are introduced，experience feedback is made.The opinion of quality control through out whole process of equipment manufacturing has a significance for reference.

CI main equipment；Quality issue；Experience feedback

TM623

A

1004-7913（2015）01-0039-05

冀潤景（1981—），男，碩士，工程師，主要從事核電設備監(jiān)造技術及管理方面的工作。

2014-09-06）