RNS泵接口焊接缺陷分析與處理

汪金海

中核集團三門核電有限公司 浙江三門 317112

正常余熱排出系統（簡稱RNS）又稱為停堆冷卻系統，它的功能是在停堆后實現并保證核燃料的持續、有效的冷卻，該系統共設置兩臺余熱排出泵（簡稱RNS泵）作為整體系統的動力來源。某核電站1號機組正常余熱排出泵施工過程中，泵接管嘴焊口打底焊后出現開裂現象。

1 RNS泵接口焊縫缺陷原因分析

RNS泵接口與不銹鋼管道SA312-TP304L焊接時，施工單位采用ER 308L焊材進行打底焊。通過調查發現RNS泵接口基材為SA-487 Gr CA6NM，但是表面存在ERNiGr-3堆焊層。在ASME標準中，RNS泵基材SA-351 Gr CF8為鑄件材料、被指定的P-No.8，不銹鋼管道材料SA312-TP304L被指定的P-No.8，兩者焊接可使用不銹鋼焊材ER 308L。但鎳基材料ERNiGr-3堆焊層與不銹鋼管道SA312-TP304L焊接時，應選用與堆焊層化學成分接近的堆焊材料。因此，焊接母材判斷錯誤造成所選用的焊接工藝與母材不匹配是造成焊接裂紋的直接原因。此外調查發現，RNS泵接口焊縫缺陷產生的根本原因有以下三點：

1.1 設備資料不齊全

經調查發現：施工管理單位對RNS泵進行開箱時，設備部分資料未隨設備及時釋放。釋放給現場的設備資料僅有部分“輪廓圖”和“組裝圖”，用于指導現場安裝。設備安裝重要的《安裝文件》、《運行維護手冊》，包括包含此事件的接管嘴材質信息的文件，均未正式釋放到現場。

1.2 焊接工藝選取程序缺失

RNS泵管口焊接沒有單獨編制施工方案，使用通用的核三級管道安裝工作程序進行質量控制。經調查發現：施工單位使用“施焊單”明確焊接母材，選擇焊縫適用的焊接工藝規程（WPS），進行QC見證簽證放行，記錄操作焊工及焊接參數。“施焊單”部分內容由管道技術人員填寫，例如管線信息，母材信息等；部分內容由焊接技術人員填寫，如選用的焊接工藝規程（WPS）、焊接施工工序等，但僅有焊接技術人員簽字和日期，沒有審核和批準要求，施工管理單位也沒有對其進行審核的要求，其適用的程序《施工記錄管理程序》，僅將其定義為施工記錄，且也沒有對其單獨提出要求。

1.3 人員專業技能不足，欠缺質疑的工作態度

根據已釋放到現場的設備圖，雖然不能反映接管嘴具體為何種材質，但在RNS泵外殼的部分圖紙中能識別出設備出口、入口接管口處的材質與泵本體是不同的。技術人員沒有提出質疑并發起設計澄清單，而是按照對技術規格書、圖紙的錯誤的理解判定了泵接管口處的材質，并以此編制了“施焊單”；技術部技術人員在收到施工管理單位發出的泵的相關圖紙后，錯誤的判斷了圖紙需求，沒有分發給從事與接口管道安裝和焊接工作的管道隊。

2 RNS泵接口缺陷處理

2.1 焊接工藝準備

在ASME第IX卷QW-283.4中對帶堆焊隔離層的焊縫工藝評定提出了要求如下：當在堆焊隔離層后的后續焊縫部分的一個重要變素改變或在堆焊隔離層后由另一個組織完成后續焊縫部分時，應按下列方法之一完成一個新的評定：（a）按QW-283.2或QW-283.3進行評定，當原來評定的堆焊隔離層厚度小于3/16in.（5mm）時，其堆焊隔離層厚度或線能量均不應比原評定使用的更大或更高。（b）當原來評定的堆焊隔離層厚度等于或大于3/16in.（5mm）時，在堆焊隔離層后后續焊縫部分的評定可使用通常與堆焊隔離層的化學成分向匹配的任何P-No.的母材試件[1]。

按照上述要求，如進行RNS泵接管嘴焊接，需重新進行焊接工藝評定。焊接工藝評定所需母材有兩種選擇，一個是使用原鎳基焊材ERNiGr-3進行堆焊，另一個是選用與堆焊隔離層的化學成分相匹配的材料。根據設計文件《AP1000補充制造和檢查》要求規定，ERNiGr-3鎳基材料為條件限制使用材料，為此開啟了不符合項，經設計方評估后同意原樣接收。因此，現場決定采用ERNiGrFe-7鎳基焊材。

2.2 缺陷去除和坡口打磨

由于該缺陷出現在設備管口且有堆焊層，為了減少對原有管口的坡口形式破壞和原有堆焊層的影響，現場在缺陷去除過程時，將刀具布置在不銹鋼管道側，從管道側開始切割，過程控制進刀量，每次進刀不超過1mm。

焊縫切開后，沿著坡口角度小心打磨剩余焊縫，禁止直接打磨焊縫，每次打磨量不超過1mm，直到將焊縫完全打磨掉，打磨過程中嚴禁打磨坡口，焊縫完全去除后進行液體滲透檢測。為了將原焊縫熔合區去除，在焊縫清除完全后，在泵接口原坡口側10mm處定位一測量點，并從坡口測向外1mm、2mm處劃兩條直線，打磨至約1mm劃線處停止打磨，打磨量最多不得超過2mm劃線處。對打磨后的坡口進行液體滲透檢測，至此原焊縫全部去除。

2.3 RNS 泵接口焊接

RNS泵接口焊接過程按照坡口準備、組對、充氬、焊接、無損檢測等5步施工。為了保證焊接質量，控制要點如下：

（1）焊接前放置氬氣室，并使用測氧儀測量焊縫背面含氧量，保證氬氣溶度大于99.99%。

（2）除打底層外其余焊層采用多道焊，各層各道的焊接接頭必須錯開。

（3）每一層每一道焊完后均應徹底清除焊道面的熔渣，并消除各種表面缺陷。

（4）層內溫度控制小于100℃，并安排專人記錄焊接參數和層間溫度。

（5）焊接過程嚴格按照WPS執行，確保焊接電流、電壓、焊接速度等參數滿足要求。

3 結論

RNS泵接口焊接缺陷的直接原因是施工單位根據經驗誤認泵接口母材材質。經進一步原因分析發現：泵到場設備資料不齊全；現場焊接管理程序審核流程缺失；專業技術人員技能水平不足等管理原因是根本原因。為了保證焊縫返修一次合格，現場采取嚴格的質量管控措施。返修后焊縫進行了外觀檢查和無損檢測，表明RNS泵接口焊縫質量滿足設計和施工要求。上述焊接缺陷問題的調查和處理，為后續重要設備管口的焊接施工提供了借鑒。