核電用焊材國產化研究現狀與應用發展趨勢

王淦剛 趙建倉 朱平 魯立 劉肖

一、概述

目前用于核級設備制造和安裝過程的關鍵焊接材料無論在核電用焊材研發投入還是在技術儲備方面均落后于歐美等發達國家，核電用焊接材料的技術水平及質量穩定性與核電國產化建設需求尚有一定差距。由于采用進口焊材存在供貨周期長、生產過程中溝通和監管困難、價格高昂等缺點，所以已成為影響我國核電發展速度的瓶頸之一，一定程度上影響了我國大力發展核電及實現核電全面國產化的目標。

因此，近年來，由國家能源局、科技部等單位發起，由中廣核、國核技等核電單位牽頭，聯合焊材產業的產學研用相關企業，集中國內焊接材料的原材料供應、研發、生產、應用及評價等領域的專業團隊，圍繞核電用焊材的國產化開展了一系列技術攻關，取得了較好的效果。

二、核電用焊材國產化研究與應用現狀

1. 核電用焊材國產化進展

（1）核級焊材 核電站中使用的焊接材料，由于質保等級和性能指標的不同，分為核級焊材和非核級焊材，核級焊材主要用于核級設備的制造和安裝過程中。由于國內核級焊材的生產起步較晚，目前主要由國外的制造商供貨。但近年來隨著國家的大力推動和相關企業研發投入的加大，核級焊材的研發和生產均獲得了較大的突破。

2009年7月，大西洋焊材公司生產的核級焊材成功通過了ASME質保審查并報西屋公司認可。同年9月首批用于AP1000鋼制安全殼焊接的E9018焊條運抵三門核電站工程（國內首個AP1000項目）建設現場，標志著核級焊材國產化進程取得突破。

2013年8月，上海電力修造廠有限公司的“核級鎳基焊接材料國產化研發及實驗平臺”通過驗收，平臺旨在不斷完善核安全質保體系，繼續深化核級焊材的系列化產品研制，積極探索創新商業模式。

經過兩年多的技術攻關，國家能源應用技術研究及工程示范項目“核級焊接材料國產化開發及應用研究”課題組成功研發出適用于ACPR1000機組用碳鋼系列的焊條、實芯焊絲、藥芯焊絲、埋弧焊絲焊劑，不銹鋼系列的焊條、焊帶焊劑，低合金鋼系列的焊條、金屬粉型藥芯焊絲、鎳基合金系列的焊條和焊絲等核級焊材，其中9個品種已于2014年3月和7月分兩批通過中國核能行業協會和中國焊接協會組織的科技成果鑒定，其余品種正在進行第三方試驗驗證。

CAP1400機組國家核電重大專項“核電設備用焊接材料研制”課題已取得積極進展，涉及奧氏體不銹鋼堆焊焊接材料、堆內構件吊籃筒體用不銹鋼焊接材料、690鎳基合金焊接材料、低合金鋼焊接材料等五個子課題通過階段評審，完成里程碑節點，具備開展后續第三方評估試驗研究的條件。

（2）常規島焊材 常規島焊接材料目前已經基本實現國產化，但一些特殊品種的焊材，仍然依賴進口。近年來國內聯合通過項目攻關的形式，針對一些特殊用途的焊材開展了技術研發，例如“核電常規島抗流體沖刷腐蝕用焊接材料研制”項目參與單位成功研制了與鋼材完全匹配的WB36CN1鋼及20控鉻鋼專用焊材，焊材的成分、力學性能、工藝性能等各項指標均與母材匹配良好，此外，項目參與單位研究制定了國產化抗流體沖刷腐蝕焊材生產制造工藝規范和質量控制技術要求，形成了企業技術標準。

2. 核電用焊材國產化的基礎與不足

我國在開展核電用焊材國產化方面具有一定的基礎，主要體現在焊材生產企業積極性高、相關配套工業體系較為齊全、企業的研發檢測能力不斷提高、焊材生產企業的規模效應以及長期以來對進口核級焊材的應用經驗反饋等方面。

但是，與國外的先進技術相比，目前我國核電焊材在質量穩定性、產品性能和使用性能等方面仍與國外焊材存在較大差距，主要體現在產品質量穩定性不足，部分產品的外觀、物理性能、焊接工藝性、使用性能等與國外一流產品存在差距，產品在役性能數據缺乏積累等方面。

三、核電焊材國產化發展趨勢

1. 核電焊材國產化的關鍵難點

自2011年開始，國內設計院、研究機構、焊材生產企業等通過不同的研發平臺組建研發團隊，積極攻克核級焊接材料研制的技術難點，研發焊材在技術上已達到相應設計指標和焊材標準的技術要求，但要實現真正意義的全面國產化還存在以下問題。

第一，部分焊接材料的性能設計指標（如部分微量元素的含量控制）非常嚴格，小批量研發階段存在盤條采購困難的情況，仍需要進一步通過試驗驗證來優化調整設計指標，使得設計要求與批量化生產的質量穩定性要求達到更優的結合點。強輻照區的焊材由于需要入堆輻照試驗驗證，而入堆輻照試驗受制于龐大的支出成本和不確定的試驗周期，因此當前很多團隊要么未涉足該類焊材的開發，要么開發出的該類焊材缺少足夠的入堆輻照試驗數據支撐。

第二，焊接材料企業的質量保證體系監查是由使用單位實施，國內只有少數幾家企業依據相關ASME標準、RCC—M標準、HAF003文件等編制了企業針對核電焊接材料的質量手冊或質量保證大綱。但很多涉及核級焊材生產的企業未建立針對核級焊接材料的生產質量保證體系文件，難以通過質保監查，使得用戶對焊材多批次的質量穩定性缺乏足夠的信心。

第三，研發的焊材已經達到針對壓水堆不同核電機型的焊材設計技術指標要求，部分焊材逐步通過應用單位的評價，且碳鋼焊材、低合金鋼焊材已實現供貨，但核一級設備用的焊接材料在推廣應用方面還存在很大的困難。一方面近幾年國內批復開工建設的核電機組較少，進口焊材的供應緊張的狀況得到一定緩解；二是應用單位對沒有核電工程應用業績的核一級焊材持謹慎保守的態度。

2. 國產化的發展趨勢

核電焊接材料的國產化得到國家部委的關注，2014年11月國家能源局在同意福建福清5、6號機組工程調整為“華龍一號”技術方案的復函中指出，要充分利用中國目前的核電裝備制造業體系，支持關鍵設備、零部件和材料的國產化工作，強調核級電纜、焊材等關鍵材料的國產化比例不能低于85%。華龍一號機組目前尚未完成所有焊材指標的相關設計工作，可以預期華龍一號機型用的核級焊接材料與AP1000機組和CPR1000機組會有所不同，因此目前已經完成研發的核級焊材能否滿足華龍一號的要求，還需進一步試驗驗證，如有必要，還需繼續優化焊材合金系統及配方的設計，以實現華龍一號機組焊材的國產化，支持其“走出去”的戰略，并應引起各焊材研發平臺的關注。

各焊材研發平臺仍需掌握核級焊材的合金系統及配方設計原理及對性能的影響根本機理，提升核級焊材后續推廣應用所需的技術服務能力。加快建立和完善針對高端焊接材料的生產質量保證體系，并切實保證體系有效地運行，提升其焊材品質管理能力。各方應創造有利條件，促使焊材應用單位能更深入地介入到焊材的整個研發及性能評價中，將使研發生產過程更加透明，必將增強最終用戶實際應用的信心。