核反應堆壓力容器焊接過程質量控制和檢驗

王磊

摘 要：通過分析RCC-M規范制造標準S篇，以及結合壓力容器制造廠的實際情況和以往核電產品的制造經驗，總結和介紹了核反應堆壓力容器在焊接過程中的檢驗要點，為提高壓力容器的焊接質量提供參考。

關鍵詞：壓力容器；焊接；焊接檢驗

中圖分類號：TG457 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）18-0125-02

Abstract： Based on the analysis of the manufacturing standard S of the RCC-M specification and the present situation of the pressure vessel manufacturer and the manufacturing experience of the nuclear power products in the past， the main points of the inspection of the nuclear reactor pressure vessel in the welding process are summarized and introduced， so as to reference for improving welding quality of pressure vessel.

Keywords： pressure vessel； welding； welding inspection

1 概述

隨著環境問題日益突出，人們越來越重視清潔能源的開發與利用，核電作為一種清潔能源也越來越受到人們的關注。核反應堆壓力容器（以下簡稱RPV）是核電站主設備中的核心，也是核電站一回路中唯一不可更換的主設備。所以RPV的質量就顯得尤為關鍵。焊接是RPV制造過程中最關鍵的工序，焊縫質量直接決定了整個RPV的質量和使用壽命，焊接質量不好，不僅使RPV壽命大大縮短，嚴重的還可能導致事故的發生。所以在制造過程中必須保證焊接的質量，加強焊接過程的質量控制。本文針對CPR1000堆型RPV的焊接，研究分析RCC-M標準，結合制造廠多年制造經驗，論述RPV在焊接過程中的檢驗要點和注意事項，最終達到提高焊接質量的目的，具有現實意義。

2 RPV結構和焊接方法簡述

（1）RPV結構。RPV由兩部分組成，分別是頂蓋組件和筒體組件。內壁均需堆焊一層過渡層以及一層耐蝕層，總厚度在6mm～8mm的不銹鋼堆焊層，以保證其在運行過程中的耐腐蝕性。頂蓋組件主要由上封頭、頂蓋法蘭、吊耳、CRDM管座、TC管座和排氣管組焊而成。筒體組件主要由接管段、堆芯筒體、過渡段、下封頭、進出口接管及安全端、徑向支承塊、中子測量管、檢漏管組焊而成。（2）RPV焊縫焊接方法。RPV的焊接采用以下幾種焊接方法：窄間隙埋弧自動焊、帶極埋弧（電渣）自動焊、焊條電弧焊、手工TIG、自動TIG等，對應焊縫的焊接方法詳見表1。

3 RCC-M規范對焊接過程的主要要求

（1）預熱和層間溫度。預熱溫度是指在焊接前待焊表面的最低溫度，或在多層焊的情況下在即將焊接下一焊道前，前面鄰近焊道的最低溫度。在焊后熱處理（包括后熱和消除應力熱處理）前，整個焊接接頭應保持在預熱溫度以上，在焊接作業結束之前，預熱應保持不中斷。預熱區應擴大到待焊接頭周圍較廣的范圍內，以免產生較大的溫度梯度。從焊縫邊緣開始的預熱區寬度內，在焊接的整個過程中，焊接工藝中所要求的最低預熱溫度應得保證和有效的監測，并且實際溫度應該進行相應的記錄。層間溫度是在即將焊接某一焊層前，下面鄰近焊層金屬的最高溫度。需要指出的是，規范對施焊環境和焊件溫度也提出了要求。焊接環境溫度不能低于-10℃，否則，不允許施焊。被焊工件溫度至少保持在+5℃以上，并且焊縫焊完要緩冷。（2）焊接位置和焊接方向。按照HAF603《民用核安全設備焊工焊接操作工資格管理規定》，焊接位置主要分為橫、平、立、仰等。按照RCC-M規范，被評定的焊接工藝只對相應于評定試件采用的基本焊接位置有效。但需要注意的是，對于立焊位，焊接的每一個方向（立向上或立向下）應分別考慮。（3）焊接參數。焊接參數對產品的焊接質量起到決定性的作用，所以必須引起高度重視。在RCC-M規范中，對焊接參數做出了明確要求。在自動焊時，應記錄自動焊設備商標名稱、電流、電流類型和極性、電壓和焊接速度。在手工焊情況時，應記錄電流、電流類型和極性。此外，對于對鎢極氬弧焊，還應記錄振幅、頻率和占空比、氣體流量、鎢極性質等參數。（4）保護氣體。當采用鎢極氬弧焊方法時，需用保護氣體對熔池或焊縫背部進行保護，當保護氣體發生下面變化時，應重新進行焊接工藝評定：a.保護氣體的流量比規定的最小值減少10%或10%以上；b.氣體或混合氣體的名義化學成分發生變化；c.背面保護類型的改變，保護氣體的類型或保護方法的改變。

4 RPV焊接過程檢驗通用控制要點

（1）焊前檢查。a.待焊件上序是否合格，外觀有無磕碰劃傷；b.待焊表面及相鄰區域進行檢查，確保沒有影響焊接質量的油污、雜質等；c.待焊件標識是否清晰、是否與合格證書上的各項信息相一致；d.對裝配尺寸（如錯邊量、坡口間隙、總長等）進行檢查，是否符合圖紙及工藝文件的要求；e.檢查焊接設備、各類測量儀器等是否有效期內且能正常使用；f.檢查焊工資質是否符合此次焊接內容，焊工證是否在有效期內；g.使用的工藝文件、圖紙等資料是否齊全，是否為最新版本且經過認可的文件；h.確認焊材是否與文件要求的一致且經過源地見證或復驗合格；i.確認焊接環境是否具備焊接條件。（2）焊中檢查。a.確認施焊焊工填寫的焊接過程記錄的正確性、規范性，與實際的一致性并簽字，總的原則是真實并詳實的反映整個焊接過程。檢查焊接過程中的各項參數是否符合工藝要求。還應在焊接過程中對溫度、焊縫成型、焊道質量、焊條保溫桶是否有效保溫、裸置焊劑烘干時間、焊接順序等情況隨時進行檢查；b.檢查焊件進爐熱處理前的附偶情況，并根據儀表顯示的數據檢查爐內溫度、升降溫速率、曲線變化、保溫時間等是否符合工藝要求；c.對領用焊材的過程進行監督。（3）焊后檢查。a.檢查焊肉是否飽滿、余高是否過高、焊縫是否與母材圓滑過渡等外觀焊縫質量；b.檢查焊縫是否存在凹坑，未填滿、表面氣孔等肉眼可見的缺陷；c.檢查焊縫是否滿足無損檢測的要求；d.檢查焊縫及焊后工件幾何尺寸是否滿足圖紙要求；以上焊前、焊中、焊后檢查若發現不符合的情況時需辦理不符合項報告。

5 RPV各種焊縫焊接過程檢驗控制要點

（1）不銹鋼堆焊層。不銹鋼堆焊層采用帶極埋弧（電渣）自動焊和焊條手工焊配合完成。當采用帶極自動焊時，至少需監測預熱溫度、層間溫度、焊接位置、焊接電流、類型和極性、電壓、焊接速度、焊接設備型號和堆焊層數。當采用焊條電弧焊時，需監測預熱溫度、層間溫度、焊接電流、電流類型、電流極性和焊接位置。（2）主環焊縫。主環焊縫采用埋弧自動焊焊接方法，焊材為低合金鋼焊絲搭配焊劑。需一直保持平焊位焊接。需監測預熱溫度、層間溫度、焊接設備型號、電壓、電流、電流類型和極性、焊接層數、焊接速度和焊接位置。（3）接管焊縫。接管焊縫采用埋弧自動焊和焊條手工焊焊接方法，焊材和監測的內容與主環焊縫的要求相同；采用焊條手工焊焊接過程，使用低合金鋼焊條，平焊位焊接。需監測預熱溫度、層間溫度、焊接電流、電流類型、極性和焊接位置。（4）安全端焊縫。a.隔離層焊縫采用自動鎢極氬弧焊焊接方法，使用不銹鋼氬弧焊焊絲，平焊位和橫焊位進行焊接。至少需監測預熱溫度、層間溫度、焊接設備型號、保護氣體的類型、成分和流量、焊接位置、電流（基值和峰值）、電流的類型和極性、電壓、焊接速度、頻率和占空比等。b.組焊焊縫采用埋弧自動焊焊接方法，焊材為不銹鋼焊絲搭配焊劑，平焊位焊接。至少需監測預熱溫度、層間溫度、焊接設備型號、電壓、電流、電流類型和電流極性、焊接速度和焊接位置。（5）密封焊縫。a.隔離層焊縫采用焊條電弧焊方法，使用鎳基焊條，平焊位和橫焊位結合進行焊接，至少應監測預熱溫度、層間溫度、焊接電流、電流類型、電流極性和焊接位置。b.角焊縫采用焊條手工焊或手工鎢極氬弧焊進行焊接，采用焊條電弧焊方法，平焊位和橫焊位結合進行焊接，需應監測預熱溫度、層間溫度、焊接電流、電流類型、電流極性和焊接位置。采用手工鎢極氬弧焊焊接，平焊位和橫焊位結合進行焊接，需監測預熱溫度、層間溫度、焊接電流、電流類型、電流極性、保護氣體的類型、成分和流量、焊接位置。（6）除安全端焊縫外的異種鋼焊縫。異種鋼焊縫采用自動或手工鎢極氬弧焊方法，焊接材料為鎳基焊絲，需監測預熱溫度、層間溫度、焊接設備型號、保護氣體的類型、成分和流量、焊接位置、電流（基值和峰值）、電流的類型和極性、電壓、焊接速度、頻率和占空比等。（7）支承塊焊縫。a.隔離層焊縫可以采用焊條電弧焊和（或）半自動鎢極氬弧焊方法。當隔離層焊縫采用焊條電弧焊方法時，使用鎳基焊條，平焊位焊接，至少應監測預熱溫度、層間溫度、焊接電流、電流類型、電流極性和焊接位置。當焊縫采用半自動鎢極氬弧焊方法時，使用鎳基焊絲，平焊位焊接，至少應監測預熱溫度、層間溫度、焊接設備型號、保護氣體的類型、成分和流量、焊接位置、電流（基值和峰值）、電流的類型和極性、電壓、焊接速度、頻率和占空比等。b.對接焊當采用手工鎢極氬弧焊方法打底焊接時，使用鎳基焊絲，平焊位焊接，應監測預熱溫度、層間溫度、焊接電流、電流類型、電流極性、保護氣體的類型、成分和流量、焊接位置。當采用焊條電弧焊方法時，使用鎳基焊條，平焊位焊接，至少應監測預熱溫度、層間溫度、焊接電流、電流類型、電流極性和焊接位置。

綜上所述，焊接檢驗控制要點主要取決于焊接方法及機械化程度。本文通過分析和總結核反應堆壓力容器焊接過程中的檢驗控制要點和企業制造過程中的檢驗經驗，分析焊接過程中重點需要檢查的方面，為焊接檢驗人員和焊接質量控制工作者提供參考。

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