“華龍一號”輻照監(jiān)督管首單批生產(chǎn)制造過程質量控制

王 晶，王澤明，侯藹麟，曾 靜，王 偉，張 超，鄭 勇，王世忠

(中國核動力研究設計院，四川 成都 610213)

輻照監(jiān)督管是反應堆壓力容器壽期內(nèi)對其材質變化進行監(jiān)督和預測的核心堆內(nèi)構件，主要用于監(jiān)測反應堆壓力容器在全壽期內(nèi)的材料性能變化。其通過材料性能數(shù)據(jù)反饋，為反應堆運行參數(shù)的調整提供參考，防止壓力容器發(fā)生脆性斷裂，有效保證反應堆安全運行[1]。由于其核心制造技術難以突破，被國外長期壟斷，嚴重制約了我國三代核電自主品牌“華龍一號”實現(xiàn)“走出去”的戰(zhàn)略。中國核動力研究設計院歷時6年，突破多項關鍵技術，順利完成了輻照監(jiān)督管國產(chǎn)化研制，并首單承接“華龍一號”海外首堆——巴基斯坦卡拉奇K2、K3核電站反應堆壓力容器輻照監(jiān)督管供貨合同。

首單批生產(chǎn)供貨不同于前期國產(chǎn)化研制階段，面臨著技術及管理方面的多重問題，尚缺乏此產(chǎn)品批生產(chǎn)供貨及質量管理經(jīng)驗。為保證首單產(chǎn)品制造質量與生產(chǎn)進度，中國核動力研究設計院基于QA1級質保等級要求，借鑒核電產(chǎn)品先進質量管理及生產(chǎn)經(jīng)驗[2-5]，運用全面質量管理理念[6]，對“華龍一號”輻照監(jiān)督管首單批生產(chǎn)制造實行全員、全過程、全方位的過程質量控制并形成相關經(jīng)驗反饋，對后續(xù)輻照監(jiān)督管及其他相關核電產(chǎn)品的批生產(chǎn)質量控制具有借鑒意義。

1 首單批生產(chǎn)制造過程質量控制要點

輻照監(jiān)督管作為核反應堆本體重要的結構部件，其核安全等級為NS級，抗震等級為Ⅱ級，設備等級為D級[1,7-10]，質保等級為QA1級。一根完整的輻照監(jiān)督管主要由頂塞、底塞、密封塞、半槽殼、內(nèi)部裝填試樣(包括溫度探測器、劑量探測器、力學試樣、各類填隙塊及填隙塞)等近300個零部件組裝焊接成型，結構精細復雜，具體如圖1所示。首單生產(chǎn)涉及2個機組的監(jiān)督管供貨，制造質量與生產(chǎn)進度要求高。

圖1 輻照監(jiān)督管結構示意圖

輻照監(jiān)督管首單批生產(chǎn)制造過程中，面臨著原材料化學純度要求高、零部件繁多、組裝及焊接變形控制精度高、核心部件(半槽殼、探測器、CT預制裂紋等)制造技術要求高等技術控制難點，以及基于QA1級質保等級要求的質量管理難點。具體涉及以下方面：

1)質量保證大綱制定。

為保證輻照監(jiān)督管首單批生產(chǎn)制造的產(chǎn)品滿足合同及設計技術文件要求，需基于相關規(guī)范、標準、全套設計輸入文件及QA1級質保等級的質量保證要求，對K2、K3核電站反應堆壓力容器輻照監(jiān)督管供貨項目的質量目標、管理及技術性活動、接口關系、組織機構和對應的職責權限、人力資源需求、生產(chǎn)設備及檢驗檢測設備的配置、人員培訓等進行規(guī)定，制定此項目的質量保證大綱,并對大綱的實施進行計劃和安排，對其實施的有效性通過對相應階段技術參數(shù)的驗證、質保監(jiān)察和管理部門定期的質量與進度審查進行確認。

2)人員資格和培訓。

為確保參與輻照監(jiān)督管首單生產(chǎn)項目的人員能勝任其崗位工作，在項目策劃初期，應根據(jù)項目進度要求、需實施的工作量、技術難度等情況，合理選擇并配備項目人員。同時確定從事影響輻照監(jiān)督管產(chǎn)品要求符合性工作的人員的崗位能力和職責，對各崗位人員進行分級培訓、考核和授權管理。人員培訓內(nèi)容至少包括項目質量保證大綱等管理文件、項目設計輸入文件、工藝規(guī)程等制造文件、檢驗檢測規(guī)程、院所相關管理程序文件等。

3)原材料控制。

由于輻照監(jiān)督管的制造過程涉及核心部件溫度和劑量探測器的制造，除了常用的不銹鋼材料外，還涉及一些有特殊技術指標要求的材料(如制造304 ℃、310 ℃、318 ℃溫度探測絲使用的低熔點共晶合金，制造劑量探測器使用的Fe、Ni、Nb、Cu等高純金屬，探測器封裝使用的耐高溫、耐輻照透明石英玻璃管等)，因此對原材料的采購及復驗過程的質量控制尤為重要。原材料采購階段需編制采購計劃、采購技術要求等文件，并按照采購控制程序經(jīng)批準后實施。對供方的選擇需通過對供方供貨能力、質量體系、以往供貨活動質量資料等的審查確定。對所采購的物項通過對供方質量文件的審查、重要制造過程的質量控制點見證及入廠驗收后各項性能的復驗等活動進行質量控制。

4)制造過程控制。

輻照監(jiān)督管產(chǎn)品主要制造流程如圖2所示。對關鍵部件(半槽殼、探測器等)制造工藝進行細分后，工藝環(huán)節(jié)超50項。為保證制造過程質量受控、生產(chǎn)產(chǎn)品質量合格，需對產(chǎn)品制造全過程進行控制。制造過程開始前，需按照技術條件要求完成原材料各項性能的復驗，復驗過程需按照業(yè)主認可的《原材料復驗過程質量計劃》完成復驗過程中重要環(huán)節(jié)的質量控制點見證活動，復驗結果經(jīng)確認合格后由質量管理部門進行原材料放行。在制造過程中，對影響產(chǎn)品特性的環(huán)境條件在文件中應有明確規(guī)定，即根據(jù)RCCM F6000標準的相關要求，結合A22類清潔度設備制造作業(yè)環(huán)境要求，按照Ⅱ級工作區(qū)要求進行分區(qū)控制，在制造過程中建立并保持規(guī)定的環(huán)境條件。

圖2 輻照監(jiān)督管項目工藝流程圖

5)文件控制。

輻照監(jiān)督管生產(chǎn)項目涉及的文件種類及數(shù)量繁多，為確保項目執(zhí)行過程中各類文件的充分性及適宜性，在項目開展前需對文件的編寫、審查和批準、發(fā)布及分發(fā)、文件變更、文檔管理等做出規(guī)定。輻照監(jiān)督管制造過程中產(chǎn)生的管理類、技術類文件與圖紙均需明確相應的負責編寫、審查、批準的人員及單位，并按相關管理文件的格式及內(nèi)容要求進行編寫并履行審簽制度；經(jīng)批準的文件需按規(guī)定進行標識并發(fā)布，按文件分發(fā)清單分發(fā)至參與相應活動的人員，以保證其使用文件的有效性。

6)檢查和試驗控制。

為保證輻照監(jiān)督管生產(chǎn)過程中的各項活動符合輻照監(jiān)督管設計輸入文件及項目策劃階段形成的管理文件、工藝規(guī)程、檢驗規(guī)程等文件的要求，需根據(jù)業(yè)主認可的《過程質量計劃》中的質量控制點對輻照監(jiān)督管生產(chǎn)制造各工序進行過程檢查或工藝監(jiān)視，并形成檢查記錄以確認檢查工作已按要求執(zhí)行。進行檢驗和試驗工作的人員須經(jīng)授權方可上崗，針對各工序的檢查活動需由未參與該工序的人員執(zhí)行。相關檢驗及試驗活動應根據(jù)工藝文件中的要求進行，并由經(jīng)過授權的人員實施。檢查和試驗過程中使用的計量器具和儀器儀表的精度、量程等均應滿足質量要求，并按規(guī)定進行校驗或檢定，確保檢測數(shù)據(jù)的有效性。

2 全面質量管理在首單批生產(chǎn)制造過程質量控制中的運用

2.1 全面質量管理在首單批生產(chǎn)制造過程中的運用概述

輻照監(jiān)督管首單批生產(chǎn)制造由于無批生產(chǎn)經(jīng)驗供借鑒，為保證首單供貨質量及進度，需借鑒核電產(chǎn)品先進質量管理及生產(chǎn)經(jīng)驗，運用全面質量管理理念對生產(chǎn)過程進行質量控制，具體體現(xiàn)在對全員的質量管理、全過程的質量管理及全組織的質量管理。運用目標管理、流程圖、PDCA(PDCA分別代表計劃(plan)、執(zhí)行(do)、檢查(check)、處理(act))循環(huán)、簡易圖表、經(jīng)驗反饋等多種方法和工具全面強化質量管理、全面加強質量創(chuàng)新、全面落實經(jīng)驗反饋，為首單批生產(chǎn)制造的順利完成提供可靠保障。

2.2 全面強化質量管理

1)制定質量大綱及質量計劃，有效執(zhí)行程序文件和規(guī)程規(guī)范。

項目執(zhí)行過程中，結合生產(chǎn)、人員分配以及項目特點屬性、質保等級、供貨進度等情況，對本項目質量目標進行針對性分解。在此基礎上，針對性開展質量目標宣貫，并在實際生產(chǎn)工作中根據(jù)項目過程質量計劃控制節(jié)點，按照質量考核指標對質量目標的實現(xiàn)情況進行監(jiān)督和控制，一旦出現(xiàn)問題及時解決和改進。

生產(chǎn)過程中做好質量計劃、質量控制、質量改進和質量跟蹤。嚴格要求輻照監(jiān)督管各工序操作人員按照相關程序文件、工藝規(guī)程、檢驗規(guī)程、試驗規(guī)程執(zhí)行。注重各工序文件的時效性，同時注重與總包方、采購方以及設計方的溝通與反饋，及時分析總結過程控制中的經(jīng)驗，進一步改進和提升質量。

2)計量器具專人動態(tài)管理，生產(chǎn)設備定期檢定維護。

計量器具的準確性和有效性是保證產(chǎn)品質量的重要前提，生產(chǎn)設備的正常有效運轉是項目順利實施的條件保障。輻照監(jiān)督管生產(chǎn)過程中，建立《巴基斯坦卡拉奇核電廠二號/三號機組項目計量器具清單》，指派專人管理并動態(tài)更新，提醒各工序按計劃實施現(xiàn)場檢定(校準)或送檢，確保計量器具均在規(guī)定的溯源有效期內(nèi)正常使用。針對大型、精密計量器具及設備，指定專人管理、建立維護保養(yǎng)檔案，記錄使用和維護保養(yǎng)情況。

針對設備管理，根據(jù)項目輸入文件、策劃書、實施方案等建立《巴基斯坦卡拉奇核電廠二號/三號機組項目設備清單》。在識別出一般設備和關鍵設備后，對激光焊機、蒸壓釜等關鍵設備制定維護保養(yǎng)大綱，并由專人負責設備維護與保養(yǎng)，詳實記錄相關問題及整改落實情況，從而形成閉環(huán)控制，確保整個項目執(zhí)行期間無“帶病運行”設備。

3)重視質量管理相關培訓。

由于質量管理相關培訓是快速提升全員質量意識的重要途徑，因此項目團隊結合輻照監(jiān)督管批生產(chǎn)制造過程及項目特點，編制了輻照監(jiān)督管生產(chǎn)相關培訓計劃。在此基礎上，組織相關院所學習質量程序文件，并針對項目特點以及相關合作方(中國第一重型機械集團大連加氫反應器制造有限公司、中國中原對外工程公司等)的質保體系及質量文件進行針對性學習，使項目人員及各工序任務承擔者熟悉和掌握程序文件，清楚在工作中應遵循的質保要求，保證其在理解質量方針及質保程序的基礎上自覺遵守規(guī)定。

4)嚴把質量關鍵環(huán)節(jié)，穩(wěn)定批生產(chǎn)產(chǎn)品質量。

輻照監(jiān)督管產(chǎn)品結構復雜、精密，經(jīng)統(tǒng)計，單個機組輻照監(jiān)督管共包括23類、2 031個零部件，種類多、數(shù)量大，對尺寸檢測、清潔度檢查、標識及檢查、零部件跟蹤追溯等有較高要求。

為穩(wěn)定批生產(chǎn)產(chǎn)品質量，項目團隊針對生產(chǎn)和服務的關鍵環(huán)節(jié)進行識別和控制。為確保加工質量，針對輻照監(jiān)督材料的外協(xié)分解加工，安排技術人員對加工過程進行全程跟蹤，對關鍵工序進行現(xiàn)場見證及確認，有效保證取樣位置的準確性和可追溯性。針對輻照監(jiān)督管其他質量關鍵環(huán)節(jié)(例如組裝、激光焊接、TIG充氦密封焊、滲透檢驗等)均按質量控制點要求通知業(yè)主以及管理部門進行現(xiàn)場見證，有效保證所有質量關鍵環(huán)節(jié)受控。

2.3 全面加強質量創(chuàng)新

1)注重數(shù)據(jù)分析和工藝反饋。

半槽殼成品率是輻照監(jiān)督管生產(chǎn)過程中質量控制的關鍵。半槽殼是輻照監(jiān)督管管體的重要組成部分，是有效保護內(nèi)部各類填充試樣、溫度及劑量探測器的包殼。由于設計單位提高了半槽殼內(nèi)外圓角尺寸指標，其沖壓成型成品率急劇下降。為有效提高半槽殼成品率，需要對多批次產(chǎn)品沖壓過程中的樣件尺寸數(shù)據(jù)進行分析。項目團隊運用Origin數(shù)據(jù)分析軟件，通過破壞性金相檢驗收集尺寸數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計分析。在生產(chǎn)過程中，通過對半槽殼沖壓模具修磨、沖壓工藝、約束工裝加載方式的優(yōu)化，實現(xiàn)了半槽殼合格率的大幅提升。

2)優(yōu)化封裝工裝及工藝參數(shù)。

高純石英玻璃精密充氦封裝技術是實現(xiàn)輻照監(jiān)督管中各類溫度探測器和劑量探測器研制的核心技術之一。為確保石英玻璃管內(nèi)裝填的低熔點、高純度、易氧化金屬絲端部不發(fā)生熔化及氧化，基于國內(nèi)現(xiàn)有石英玻璃毛細管封裝技術，最短可將探測器的長度封裝至40 mm，而這距離核電用輻照監(jiān)督管探測器要求的封裝長度≤20 mm有較大差距。

探測器制造過程中通過頭腦風暴法、水平對比法、過程決策程序圖法(process decision program chart，PDPC)等質量工具創(chuàng)新性提出采用一種新型熱源輔助專用封裝裝置實現(xiàn)封裝。通過對封裝裝置及封裝工藝參數(shù)的精確優(yōu)化，在確保內(nèi)填金屬絲端部不發(fā)生熔化的前提下將封裝長度從原有40 mm直接縮短至20 mm及以下，首次實現(xiàn)核電用溫度探測器和劑量探測器的研制與批量生產(chǎn)。

3)創(chuàng)新固化裂紋預制新型工藝。

彎曲試樣以及緊湊拉伸試樣疲勞裂紋預制是輻照監(jiān)督管裝填試樣加工過程的主要難點。在輻照監(jiān)督管國產(chǎn)化研制前期，雖然能夠按照設計圖紙進行精確預制，但成品率低，輻照監(jiān)督管批量生產(chǎn)質量存在不確定性。

輻照監(jiān)督管批生產(chǎn)過程中，項目團隊基于水平對比法，經(jīng)過大量工藝試驗驗證，通過創(chuàng)新疲勞裂紋預制新型工藝，優(yōu)化疲勞裂紋預制工裝及裂紋預制工藝參數(shù)，采用增加裂紋預制樣品首件實體檢測等質量控制方式，確保批量進行疲勞裂紋預制的工藝及裝置的有效性和穩(wěn)定性，有效突破了疲勞裂紋預制合格率低于90%的瓶頸，如圖3所示。

圖3 疲勞裂紋預制成品率統(tǒng)計圖

2.4 全面落實經(jīng)驗反饋

經(jīng)驗反饋是良好的質量工具，可通過對已發(fā)生事件的原因分析、措施制定避免此類事件的再次發(fā)生；通過對較小缺陷及事件的記錄與分析，可避免較大事故的發(fā)生；通過對良好實踐及經(jīng)驗的學習和借鑒，可提高質量管理水平。

在輻照監(jiān)督管生產(chǎn)制造過程中，全員積極參與，通過內(nèi)部、外部(核電業(yè)主方、承包方、采購方、設計方)等多渠道的交流，及時針對偶發(fā)事件、異常情況及成功案例等信息進行收集、總結分析、反饋經(jīng)驗，提出合理化建議，使產(chǎn)品制造全過程得到持續(xù)改進。

本項目經(jīng)驗反饋具體涉及以下4個方面：

1)加強外協(xié)方過程控制。輻照監(jiān)督管生產(chǎn)過程中，主要涉及輻照監(jiān)督材料分解、裝填試樣加工等外協(xié)事宜。項目啟動后經(jīng)與中國第一重型機械集團大連加氫反應器制造有限公司、中國中原對外工程公司相關方質量人員溝通，建議加強針對外協(xié)工作的過程環(huán)節(jié)控制。項目成員針對性增加對外包方文件審查、過程見證以及質保監(jiān)察、技術支持等活動，有效加強了對外協(xié)方的質量管理和控制。

2)關鍵環(huán)節(jié)拍照留檔。K2機組生產(chǎn)時，在緊湊拉伸(CT)試樣裂紋檢測過程中，已按照技術要求完成裂紋尺寸及角度的測量計算，產(chǎn)品包裝按業(yè)主方、設計方等認可的包裝規(guī)程進行包裝，雖滿足要求，但缺乏對原始狀態(tài)的留檔記錄。項目成員及時反饋問題并積極采取措施，在K3機組產(chǎn)品制造時，對關鍵環(huán)節(jié)及部位進行圖像或視頻留檔以記錄裂紋及產(chǎn)品表面的原始狀態(tài)，提高產(chǎn)品的可追溯性。

3)完工文件完整清晰。輻照監(jiān)督管制造完畢后，就如何編制出高質量的竣工文件與核電業(yè)主進行了溝通、交流，就核電業(yè)主反映的核電竣工文件的信息不全、文件不清晰等質量問題進行了原因分析，建立了科學、有效的文檔管理體系，嚴格按照相關要求建立各類理化報告、無損報告等報告單模板，重視產(chǎn)品制造全過程文件管理，對函件、技術變更文件、各階段報告、圖冊等進行分類整理，并根據(jù)項目竣工驗收意見，對各項內(nèi)容、清晰度、中英文信息完整性與準確性等反復確認，保證其完整性、準確性、系統(tǒng)性和有效性。

4)包裝箱方案升級。K2機組輻照監(jiān)督管出廠驗收時，業(yè)主方就產(chǎn)品包裝箱質量問題做出提醒，反饋其他單位包裝箱在運輸過程中出現(xiàn)破損、散架現(xiàn)象。收到業(yè)主反饋后，項目團隊對此要求進行了確定、評審，對包裝方案進行了改進，并通過內(nèi)部溝通，采用熏蒸原木主體框架、角鋼+焊接進行全面加固，確保了包裝箱質量。

3 結束語

項目團隊通過對輻照監(jiān)督管首單批生產(chǎn)制造過程主要質量控制要點的分析及相應的質量控制對策和經(jīng)驗反饋，提出了強化質量管理、加強質量創(chuàng)新、落實經(jīng)驗反饋等建議，建立了相應管理制度，確保生產(chǎn)過程中人、機、料、法、環(huán)、測全面受控，解決了輻照監(jiān)督管從國產(chǎn)化研制到首單批生產(chǎn)的質量控制問題，保障了“華龍一號”海外首堆2個機組輻照監(jiān)督管產(chǎn)品的按期生產(chǎn)供貨，為后續(xù)多機型輻照監(jiān)督管產(chǎn)品及其他相關核電產(chǎn)品的批生產(chǎn)提供了經(jīng)驗。