規(guī)范核設(shè)備制造安裝中的焊接相關(guān)熱處理程序

石立波，王 勇

（1.中國(guó)中原對(duì)外工程有限公司，北京100191；2.中國(guó)核電工程有限公司，北京100840）

1 核電站建造中的焊接相關(guān)熱處理

熱處理是采用適當(dāng)方式對(duì)金屬材料或工件進(jìn)行加熱、保溫、冷卻以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。碳鋼、低合金鋼大量應(yīng)用于核電設(shè)備中，當(dāng)材料強(qiáng)度較高、接頭拘束度和厚度相對(duì)較大時(shí)，焊接難度相應(yīng)提高。為保證焊后不出現(xiàn)裂紋等缺陷，需在焊前進(jìn)行預(yù)熱、必要時(shí)焊后進(jìn)行相應(yīng)的熱處理來(lái)延長(zhǎng)冷卻速度，避免出現(xiàn)裂紋類(lèi)缺陷和淬硬組織。合理、有效的預(yù)熱、焊后熱處理技術(shù)規(guī)程和溫度控制措施可以避免缺陷的產(chǎn)生并降低應(yīng)力，保證焊接接頭滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。熱處理是核設(shè)備制造過(guò)程中調(diào)整材料狀態(tài)及產(chǎn)品性能的特殊過(guò)程，應(yīng)該對(duì)熱處理質(zhì)量控制要點(diǎn)作出規(guī)定，以確保核電產(chǎn)品質(zhì)量。

核設(shè)備生產(chǎn)許可制度要求核電站的生產(chǎn)企業(yè)單獨(dú)制定相關(guān)質(zhì)保程序，核設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)保體系是強(qiáng)制實(shí)施。在國(guó)家頒布的核安全法規(guī)中，諸如HAF003、500 號(hào)令、HAF601、HAF602、HAF603、HAF604 都涉及到焊接和無(wú)損檢測(cè)的內(nèi)容，熱處理屬于焊接的一部分，因此在核工程中整個(gè)焊接及其熱處理質(zhì)量管理應(yīng)上升到法規(guī)的層次。

2 核設(shè)備的熱處理與國(guó)內(nèi)其他行業(yè)的對(duì)比與建議

國(guó)內(nèi)三代核電站還未發(fā)布針對(duì)核電熱處理方面的專(zhuān)門(mén)標(biāo)準(zhǔn)，但在一些標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)格書(shū)里有涉及到熱處理的章節(jié)。在此針對(duì)AP1000、華龍一號(hào)、國(guó)產(chǎn)壓力容器、火力發(fā)電廠(chǎng)的一些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比，以了解國(guó)內(nèi)核電在熱處理方面規(guī)定的不足之處。

2.1 焊接相關(guān)熱處理涉及標(biāo)準(zhǔn)

焊接相關(guān)熱處理涉及標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

從標(biāo)準(zhǔn)層面看，核電系統(tǒng)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的熱處理標(biāo)準(zhǔn)，在相關(guān)技術(shù)規(guī)格書(shū)中的熱處理章節(jié)多以熱處理工藝為主，在熱處理設(shè)備、質(zhì)量控制方面略有不足，因此建議核電標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)增加熱處理的專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)引用GB/T 9452熱處理爐有效加熱區(qū)的測(cè)定方法和JB-T 10175熱處理質(zhì)量控制要求。

2.2 焊接相關(guān)熱處理涉及的人員要求

與焊接相比，對(duì)核電中的熱處理人員沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的要求，幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的要求對(duì)比如表2所示。

表1 相關(guān)熱處理涉及標(biāo)準(zhǔn)

表2 相關(guān)熱處理涉及的人員要求

從人員管理上看，建議增加對(duì)熱處理操作人員資格的規(guī)定，避免出現(xiàn)壓力容器制造需要熱處理操作證書(shū)，而核電設(shè)備制造反而不需要的情況。

2.3 焊接相關(guān)熱處理涉及設(shè)備要求

焊接相關(guān)熱處理涉及的設(shè)備要求如表3所示。

由以上對(duì)比可知，核電的NB標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)設(shè)備的要求較為模糊，例如“控溫系統(tǒng)能使用有效容積中任何亮點(diǎn)的溫差控制在規(guī)定的最大范圍內(nèi)”，這個(gè)規(guī)定的最大范圍在相關(guān)的技術(shù)規(guī)格書(shū)中無(wú)明確規(guī)定；“在規(guī)定爐氛類(lèi)型的整個(gè)熱處理期間，應(yīng)隨時(shí)能檢測(cè)爐氛”，這個(gè)規(guī)定的爐氛也沒(méi)有相應(yīng)規(guī)定。因此建議核設(shè)備制造中直接采用JB/T 10175《熱處理質(zhì)量控制要求》的相關(guān)規(guī)定。

表3 相關(guān)熱處理涉及的設(shè)備要求

2.4 焊接相關(guān)熱處理涉及的歸檔資料

焊接相關(guān)熱處理涉及的歸檔資料如表4所示。

歸檔資料是質(zhì)保監(jiān)察的重要一環(huán)，也是產(chǎn)品質(zhì)量可追溯性的重要依據(jù)，因此歸檔資料應(yīng)該全面，建議綜合其他行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，制定更為詳細(xì)的歸檔資料，如增加系統(tǒng)校驗(yàn)記錄等。

除了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中加強(qiáng)對(duì)熱處理的要求，也需加強(qiáng)生產(chǎn)廠(chǎng)家和施工單位的熱處理程序，編制過(guò)程中應(yīng)注重以上問(wèn)題，提高程序的規(guī)范性和可操作性。

核設(shè)備制造和安裝中熱處理工藝選擇、熱處理操作工評(píng)定、熱處理設(shè)備檢查、熱處理文件等全部生產(chǎn)管理過(guò)程必須要求完備的質(zhì)量保證程序，只有全部過(guò)程按照認(rèn)可的程序有效執(zhí)行，所有熱處理活動(dòng)才能做到有法可依、有章可循。

3 核設(shè)備焊后熱處理工藝控制要點(diǎn)

產(chǎn)品熱處理工藝一般有成熟的推薦規(guī)范或成功的熱處理工藝試驗(yàn)作為技術(shù)支撐，消除應(yīng)力熱處理、后熱處理、預(yù)熱處理的實(shí)施規(guī)范均在核電站相應(yīng)的技術(shù)規(guī)格書(shū)中作了規(guī)定。

技術(shù)規(guī)格書(shū)有些規(guī)定交集處，應(yīng)相互對(duì)照后執(zhí)行，例如：規(guī)定裝爐溫度不得超過(guò)400℃或根據(jù)設(shè)備情況采用更低的裝爐溫度，有的廠(chǎng)家將產(chǎn)品的裝爐溫度設(shè)定為400℃。但技術(shù)規(guī)格書(shū)中還有其他規(guī)定：在任何情況下，形狀簡(jiǎn)單的設(shè)備，在350℃以上時(shí)，加熱（或冷卻）速度都應(yīng)不超過(guò)下列數(shù)值：對(duì)于厚度不超過(guò)25 mm，為220℃/h；對(duì)于厚度大于25 mm，取下列兩數(shù)中的較大者：220℃/h除以A（A=最大厚度/25 mm）或者是55℃/h。即加熱速度和冷卻速度的開(kāi)始時(shí)間是350℃，因此有經(jīng)驗(yàn)的廠(chǎng)家會(huì)將產(chǎn)品的裝爐溫度控制在350℃以下。

表4 相關(guān)熱處理涉及的歸檔資料

因此對(duì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的理解應(yīng)細(xì)致，在實(shí)際生產(chǎn)中注重相關(guān)細(xì)節(jié)。對(duì)潛在的熱處理質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行深入調(diào)查和分析，找出熱處理生產(chǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)，還應(yīng)注意以下一些問(wèn)題：

預(yù)熱溫度測(cè)的是坡口溫度，道間溫度測(cè)的是焊接接頭中間焊縫的溫度而不是熱影響區(qū)的溫度。一般情況下，這些參數(shù)應(yīng)根據(jù)母材的化學(xué)成分、厚度來(lái)確定。焊后熱處理的溫度首先根據(jù)不同的分類(lèi)公式確定Ac1溫度，再根據(jù)厚度等條件確定熱處理參數(shù)，焊后熱處理的溫度不能超過(guò)Ac1溫度，但實(shí)際上一般都是在已有成熟經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行。但標(biāo)準(zhǔn)中給出的熱處理參數(shù)均為推薦的最低要求。承包商應(yīng)在這些最低要求基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)選擇與焊接操作有關(guān)的熱處理參數(shù)，并通過(guò)焊接工藝評(píng)定確定最佳的有關(guān)熱處理參數(shù)。

在焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，禁止使用測(cè)溫筆測(cè)量。

一般情況下，后熱時(shí)間至少1 h，除非焊后溫度降到室溫前立即進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理則可不做后熱。

如果由于尺寸或技術(shù)原因，整個(gè)焊件在密閉爐中不能一次進(jìn)行所有熱處理，采用分段熱處理，重疊區(qū)受到兩次熱處理，應(yīng)驗(yàn)證材料的力學(xué)性能以及必要時(shí)驗(yàn)證該區(qū)域的腐蝕敏感性；若涉及到一條或幾條焊縫，應(yīng)考慮相應(yīng)焊接工藝評(píng)定的有效性。

設(shè)備內(nèi)部加熱的熱處理：在設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行加熱處理時(shí)，應(yīng)在設(shè)備上覆蓋一層隔熱材料（可以是最終的保溫層）。密封設(shè)備在加熱過(guò)程中應(yīng)監(jiān)測(cè)其內(nèi)壓，以確保設(shè)備不發(fā)生變形。

采用可燃?xì)饧訜釙r(shí)，嚴(yán)禁手持噴槍?zhuān)徊辉试S內(nèi)焰接觸工件，焊接部件應(yīng)與焰道保持足夠距離，火焰不應(yīng)直接與焊件接觸。

在設(shè)備熱處理時(shí)，見(jiàn)證件應(yīng)放在被熱處理設(shè)備內(nèi)部，否則將其放在設(shè)備旁邊，使見(jiàn)證件經(jīng)受與設(shè)備相同的熱處理。在見(jiàn)證件上固定一個(gè)或幾個(gè)熱電偶。當(dāng)見(jiàn)證件與設(shè)備無(wú)法同爐熱處理時(shí)，可分別進(jìn)行熱處理，但見(jiàn)證件與設(shè)備的熱處理規(guī)范（即加熱速度、最高加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度）應(yīng)相同。