核安全設(shè)備用緊固件標(biāo)準(zhǔn)分析及復(fù)驗(yàn)要求探討

易 飛，王祥元

(東方電氣(廣州)重型機(jī)器有限公司，廣東 廣州 511458)

2015年7月，國(guó)家核安全局發(fā)文通報(bào)了國(guó)內(nèi)某制造廠為多個(gè)核電廠供貨的核安全相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備用緊固件存在質(zhì)量文件造假事件[1]。2016年8月，國(guó)家核安全局發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)核電廠緊固件等大宗材料質(zhì)量管理的通知》(國(guó)核安發(fā)[2016]195號(hào))[2]，設(shè)備制造廠在進(jìn)行緊固件采購(gòu)時(shí)按照該通知中的《核電廠緊固件入廠(場(chǎng))復(fù)驗(yàn)指南》(本文后續(xù)簡(jiǎn)稱《指南》)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)工作，有效的加強(qiáng)了緊固件的質(zhì)量控制。本文梳理了不同核電項(xiàng)目的緊固件制造標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求的差異，分析了采購(gòu)方在執(zhí)行緊固件復(fù)驗(yàn)時(shí)存在的問題并提出了建議。

1核安全設(shè)備用緊固件常用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

核安全設(shè)備用緊固件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系主要有ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范(ASME)[3]、壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則(RCC-M)[4]及國(guó)標(biāo)GB/T 3098—2010緊固件機(jī)械性能系列標(biāo)準(zhǔn)。

表1列出了核安全設(shè)備常用緊固件材料標(biāo)準(zhǔn)。

表1 核安全設(shè)備常用緊固件標(biāo)準(zhǔn)

2 不同標(biāo)準(zhǔn)體系中緊固件性能要求的差異

2.1 RCC-M標(biāo)準(zhǔn)對(duì)緊固件性能的要求

RCC-M M5110、M5120規(guī)定了緊固件棒材階段的拉伸性能、沖擊性能和硬度試驗(yàn)要求。RCC-M M5140規(guī)定了螺栓、螺釘、螺桿及螺母的采購(gòu)要求，第4章規(guī)定：對(duì)螺釘、螺栓和螺母，如果棒材以熱處理狀態(tài)交貨且制造后不再作熱處理，則不要求檢驗(yàn)其力學(xué)性能。若在制造后進(jìn)行熱處理，供貨商必須做力學(xué)性能試驗(yàn),測(cè)定的性能值應(yīng)符合棒材采購(gòu)技術(shù)規(guī)范中所用鋼種的規(guī)定值。按RCC-M體系設(shè)計(jì)的華龍一號(hào)項(xiàng)目核安全設(shè)備的緊固件在制造后不需要進(jìn)行熱處理，這些緊固件在棒材階段進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，按圖紙加工成成品后不需要再進(jìn)行拉伸性能檢驗(yàn)。

2.2 ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)緊固件性能的要求

ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)緊固件的棒料及緊固件成品的性能檢驗(yàn)項(xiàng)次較多，與國(guó)標(biāo)要求相近但也有差異。如核安全設(shè)備緊固件常用的標(biāo)準(zhǔn)ASME SA193對(duì)制造螺栓的棒料的拉伸性能進(jìn)行了規(guī)定，成品階段僅在某些特定情況下需要進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和楔形拉伸試驗(yàn)，而 GB/T 3098.1對(duì)棒料階段的拉伸性能并沒有進(jìn)行規(guī)定，緊固件成品階段主要進(jìn)行楔負(fù)載和保證載荷試驗(yàn)，當(dāng)進(jìn)行了楔負(fù)載試驗(yàn)的不再進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。ASME SA194和GB/T 3098.2相比，在強(qiáng)度性能檢測(cè)方面要求基本一致，對(duì)棒料階段的拉伸性能并沒有規(guī)定，而規(guī)定了緊固件成品階段的保證載荷和硬度要求。另外，SA194規(guī)定當(dāng)供需雙方存在爭(zhēng)議時(shí)可以采用鋼錐楔壓保證載荷試驗(yàn)進(jìn)行判定。

以最常用到的SA193-2019為例，對(duì)緊固件的強(qiáng)度性能要求進(jìn)行說(shuō)明[5]，見表2。

表2 SA193部分強(qiáng)度性能試驗(yàn)要求(未包含部分特殊情況)

從上述常用的緊固件標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可以看出不同的標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)緊固件的棒料及緊固件成品的性能要求是有差異的，相比RCC-M標(biāo)準(zhǔn)，ASME標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)對(duì)緊固件成品的性能檢驗(yàn)項(xiàng)次較多。

3 國(guó)家監(jiān)管單位關(guān)于緊固件復(fù)驗(yàn)的要求

國(guó)核安發(fā)[2016]195號(hào)中《指南》規(guī)定：屬于安全重要物項(xiàng)的緊固件應(yīng)通過抽樣試驗(yàn)的方式進(jìn)行入廠(場(chǎng))復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)單位應(yīng)獨(dú)立于采購(gòu)單位和制造單位(通常稱為第三方復(fù)驗(yàn))。緊固件復(fù)驗(yàn)檢驗(yàn)項(xiàng)目核抽樣數(shù)量由設(shè)計(jì)單位根據(jù)緊固件的分類以及規(guī)范分級(jí)在緊固件采購(gòu)技術(shù)條件中明確?！吨改稀方o出了復(fù)驗(yàn)項(xiàng)目和抽樣數(shù)量，其中試驗(yàn)項(xiàng)目與抽樣水平見表3。

表3 試驗(yàn)項(xiàng)目與抽樣水平

需要說(shuō)明的是，《指南》明確指出表3中的試驗(yàn)項(xiàng)目適用于核電廠緊固件采購(gòu)技術(shù)條件中要求的項(xiàng)目，另外參照國(guó)標(biāo)(GB/T 3098—2010)規(guī)定從力學(xué)性能的硬件檢測(cè)條件考慮，對(duì)螺栓進(jìn)行了劃分：對(duì)于螺紋規(guī)格小于或等于M39的螺栓，應(yīng)進(jìn)行實(shí)物拉力或楔負(fù)載試驗(yàn)；對(duì)于螺紋規(guī)格大于M39的螺栓，當(dāng)不能實(shí)施實(shí)物拉力或楔負(fù)載試驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，可用機(jī)加工試樣的拉伸試驗(yàn)代替，并可采用具有代表性的產(chǎn)品延長(zhǎng)段或產(chǎn)品本體進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)于沖擊試驗(yàn)和機(jī)加工試樣拉伸試驗(yàn)，若因試樣不具代表性而造成結(jié)果不合格，允許按照緊固件相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)重新試驗(yàn)。

從上述規(guī)定可以看出，并非是表3中的所有項(xiàng)次都需要復(fù)驗(yàn)，而是原緊固件的技術(shù)條件要求了的試驗(yàn)項(xiàng)目，復(fù)驗(yàn)時(shí)才需要做。如某項(xiàng)目蒸汽發(fā)生器人孔螺栓的技術(shù)條件無(wú)脫碳和保證載荷試驗(yàn)要求，則在進(jìn)行第三方復(fù)驗(yàn)時(shí)也就不必進(jìn)行該試驗(yàn)。

根據(jù)《指南》的要求，國(guó)內(nèi)大部分設(shè)計(jì)單位在均發(fā)布了相適應(yīng)的緊固件復(fù)驗(yàn)規(guī)定，如《核電廠安全重要物項(xiàng)緊固件采購(gòu)補(bǔ)充質(zhì)量及技術(shù)管理要求》、《緊固件復(fù)驗(yàn)技術(shù)條件》、《緊固件入廠復(fù)驗(yàn)方案》等，但詳盡程度不同，有的給出了該項(xiàng)目需要第三方復(fù)驗(yàn)的安全重要物項(xiàng)緊固件清單和復(fù)驗(yàn)項(xiàng)次，更便于操作執(zhí)行。

4 緊固件采購(gòu)過程中存在的問題和理解

4.1 設(shè)計(jì)采購(gòu)文件應(yīng)當(dāng)明確哪些緊固件需要進(jìn)行第三方復(fù)驗(yàn)

當(dāng)設(shè)計(jì)單位沒有明確需要復(fù)驗(yàn)的緊固件清單時(shí)，對(duì)個(gè)別緊固件是否需要進(jìn)行復(fù)驗(yàn)可能存在一定分歧。設(shè)計(jì)方應(yīng)當(dāng)發(fā)布產(chǎn)品的零部件(含緊固件)的安全分級(jí)和質(zhì)保分級(jí)清單或需第三方復(fù)驗(yàn)的緊固件清單以便于執(zhí)行。需要特別說(shuō)明的是，安全重要物項(xiàng)的緊固件屬于《指南》的適用范疇，根據(jù)GB/T 17569[7]，除了安全1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)物項(xiàng)以外，非安全級(jí)中有特殊要求的物項(xiàng)(即NC(S)級(jí))也屬于安全重要物項(xiàng)。

4.2 不同標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)避免混用

不同標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)緊固件的要求有一定差異，應(yīng)避免在進(jìn)行緊固件設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)選用不同標(biāo)準(zhǔn)體系的標(biāo)準(zhǔn)，如確實(shí)需要采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)明確相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中的哪些條款適用緊固件的哪些要求。如某螺母采用國(guó)標(biāo)GB/T 6170(GB/T 6170中的性能要求引用的是GB/T 3098.2和GB/T 3098.15)，同時(shí)又選用了ASME牌號(hào)SA194 Gr.7材料，這類緊固件的性能如何驗(yàn)收，螺母是否要做保證載荷試驗(yàn)，如果要做，保證載荷應(yīng)按多少驗(yàn)收。這類緊固件嚴(yán)格意義上并不屬于標(biāo)準(zhǔn)緊固件，并不能簡(jiǎn)單直接引用標(biāo)準(zhǔn)。碰到此種情況時(shí)，通常的做法是緊固件供貨方通過向設(shè)計(jì)方發(fā)函確認(rèn)的方式明確，一般情況下棒料的性能按照相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，緊固件的尺寸要求按照緊固件標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。當(dāng)確實(shí)要進(jìn)行保證載荷試驗(yàn)或者實(shí)物拉力試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)明確具體驗(yàn)收指標(biāo)。

4.3 非標(biāo)緊固件的驗(yàn)收要求應(yīng)當(dāng)明確

非標(biāo)緊固件一般是指使用溫度、尺寸規(guī)格、材料或等級(jí)超出緊固件標(biāo)準(zhǔn)的緊固件。目前的緊固件標(biāo)準(zhǔn)都有其適用范圍，如GB/T 3098.1適用使用溫度為-50～300 ℃且規(guī)格小于M39的螺栓， GB/T 3098.2適用使用溫度為-50～150 ℃且規(guī)格小于M39的螺母。當(dāng)設(shè)計(jì)選用這類非標(biāo)緊固件時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中不適用的或未明確的要求應(yīng)進(jìn)行明確，避免制造和驗(yàn)收過程中出現(xiàn)分歧。

4.4 關(guān)于核一級(jí)設(shè)備承壓螺栓、螺母復(fù)驗(yàn)方式的探討

根據(jù)《加強(qiáng)緊固件質(zhì)量管理的要素分析與建議》[8]的分析及《指南》的規(guī)定，核安全重要物項(xiàng)緊固件均需要納入管理范疇，主要焦點(diǎn)是大宗材料。但屬于核安全重要緊固件的還有一類，如反應(yīng)堆壓力容器主螺栓、主螺母，蒸汽發(fā)生器人孔及手孔螺栓、螺母等。這類緊固件安全級(jí)別高、質(zhì)保等級(jí)高，按設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和采購(gòu)，其設(shè)計(jì)文件完整、技術(shù)要求和驗(yàn)收要求明確，這類緊固件并不屬于大宗材料。但按照《指南》的規(guī)定，這類緊固件仍應(yīng)進(jìn)行第三方復(fù)驗(yàn)工作，不可避免的增加了管理和經(jīng)濟(jì)成本。

這類緊固件由持證單位供貨，供應(yīng)商編制了完整的制造和質(zhì)量文件，制造大綱由緊固件采購(gòu)方審查確認(rèn)，質(zhì)量計(jì)劃由緊固件采購(gòu)方和業(yè)主審查確認(rèn)，并由采購(gòu)方和業(yè)主代表選點(diǎn)見證，這類緊固件的質(zhì)量是比較可靠的。同時(shí)，考慮到這些緊固件的重要程度及材料不均勻性的可能性，進(jìn)行材料性能的復(fù)驗(yàn)是必要的。建議對(duì)這類緊固件的復(fù)驗(yàn)方式進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，具體如下：

針對(duì)這類緊固件中規(guī)格較小的緊固件(如規(guī)格不大于M48的)的復(fù)驗(yàn)要求，建議調(diào)整為在業(yè)主代表見證下由緊固件供應(yīng)商或采購(gòu)方進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

反應(yīng)堆壓力容器的主螺栓、主螺母的規(guī)格尺寸大且制造要求高(如某項(xiàng)目主螺栓規(guī)格為M170,長(zhǎng)度2 106 mm，單件重303 kg)，其制造周期長(zhǎng)、成本高，如采用成品主螺栓、螺母進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，需要將其破壞。主螺栓在棒料階段完成性能試驗(yàn)后再加工螺紋，后續(xù)并無(wú)熱處理，其棒料階段的性能可以代表主螺栓的性能。建議在主螺栓棒材性能試驗(yàn)階段，在其延長(zhǎng)段上截取一段復(fù)驗(yàn)用料，在業(yè)主的見證下由緊固件供應(yīng)商或采購(gòu)方進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

5 結(jié)論

核安全重要緊固件質(zhì)量事件給國(guó)內(nèi)核電機(jī)組建造帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。緊固件的管理從設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造、安裝、不符合項(xiàng)管理、檢查核試驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了增強(qiáng)和優(yōu)化[8-9]。緊固件的復(fù)檢要求、復(fù)檢范圍在設(shè)計(jì)文件中應(yīng)清晰、明確，并避免不同標(biāo)準(zhǔn)體系混用。緊固件供應(yīng)商和采購(gòu)方嚴(yán)格落實(shí)《指南》要求，確保制造的緊固件滿足設(shè)計(jì)文件要求。