摘要:對(duì)VVER壓水堆核電站由中俄轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中典型的焊接技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析,提出了解決俄羅斯供材料、中國(guó)供材料及第三國(guó)材料及母材分類不確定無(wú)法確定焊接工藝材料進(jìn)行評(píng)定問(wèn)題的流程、措施,對(duì)俄羅斯供設(shè)備缺陷及材料焊接過(guò)程中缺陷的處理提出了解決意見(jiàn)和經(jīng)驗(yàn)反饋,對(duì)缺少焊接工藝及焊工資質(zhì)的困難的施工技術(shù)優(yōu)化也提出了整改意見(jiàn),有效落實(shí)整改方法可促進(jìn)中俄技術(shù)轉(zhuǎn)換,可促進(jìn)工程建設(shè)進(jìn)度。
關(guān)鍵詞:VVER核電機(jī)組;焊接技術(shù);焊接材料;不確定問(wèn)題;處理
中圖分類號(hào):TG42文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):1001-2303(2020)04-0118-06
DOI:10.7512/j.issn.1001-2303.2020.05.25
0 前言
田灣核電3#、4#工程是中俄合作在建VVER-1000/428型雙殼壓水堆核電機(jī)組。在建設(shè)過(guò)程中涉及到俄羅斯供材料、中國(guó)廠商供材料、非俄國(guó)的第三國(guó)供金屬材料,高、中、低碳鋼,不銹鋼,鑄鋼,鑄件、鍛件復(fù)合型鋼等材料品種齊全,是目前我國(guó)在建核電工程中應(yīng)用材料種類最多、標(biāo)準(zhǔn)最復(fù)雜的一個(gè)核電項(xiàng)目,焊接難度和工程量巨大,技術(shù)問(wèn)題突出:涉及到工程焊接缺陷的處理、焊接工藝評(píng)定管理、焊工資格管理及其有效性、材料轉(zhuǎn)換、俄供設(shè)備缺陷的處理、焊接檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用等各方面,需要綜合能力強(qiáng)的焊接管理人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理,一方面要保證施工進(jìn)度,另一方面要符合焊接管理基本要求,更要符合核電質(zhì)量保證要求,對(duì)焊接技術(shù)問(wèn)題的處理至關(guān)重要。
1 焊接材料分類不確定
俄方的焊接標(biāo)準(zhǔn)未更新,如表1所示;國(guó)內(nèi)的焊接材料版本更新快,發(fā)展迅速,在工程建設(shè)過(guò)程中由于對(duì)材料的分類不及時(shí),導(dǎo)致在焊接材料的選擇及使用方面存在不確定性,焊接工藝評(píng)定報(bào)告的覆蓋性問(wèn)題日益突出:由于工藝評(píng)定缺失而引起的焊工資格不能覆蓋現(xiàn)場(chǎng)焊接的問(wèn)題;安裝和調(diào)試階段由于核安全法規(guī)規(guī)定的條款遵守情況及材料不確定所引起的焊工操作資格不能覆蓋現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于設(shè)備制造廠商的主要設(shè)備(管道、管件、閥門(mén)、設(shè)備基礎(chǔ)、預(yù)埋件等)的缺陷處理的焊接問(wèn)題。這些問(wèn)題均會(huì)影響施工。
2 焊接材料缺失時(shí)的原因分析
3#、4#機(jī)組部分設(shè)備、閥門(mén)是由業(yè)主和工程公司從第三國(guó)采購(gòu)供貨。安裝公司根據(jù)已到場(chǎng)材料信息組織規(guī)劃實(shí)施焊接工藝評(píng)定,但當(dāng)部分設(shè)備和閥門(mén)陸續(xù)到貨及滯后到貨后,技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備或閥門(mén)的材質(zhì)鋼號(hào)均屬于第三國(guó)材質(zhì)(設(shè)計(jì)采購(gòu)時(shí)只考慮到設(shè)備、閥門(mén)的性能,未考慮在安裝期間與工藝接口時(shí)的現(xiàn)狀,未提出填充焊材質(zhì)的型號(hào)、牌號(hào)及相應(yīng)的規(guī)格,導(dǎo)致無(wú)法用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工,造成采購(gòu)的第三國(guó)材質(zhì)設(shè)備、閥門(mén)等在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法實(shí)施焊接,安裝工作無(wú)法推進(jìn)),同時(shí),由于該部分物項(xiàng)的焊接技術(shù)條件缺少,或到貨時(shí)的質(zhì)量保證資料不全,不能確定物項(xiàng)的母材類別及現(xiàn)場(chǎng)焊接所使用的焊接材料,導(dǎo)致該部分物項(xiàng)已到現(xiàn)場(chǎng)仍無(wú)法安裝焊接。
針對(duì)第三國(guó)材料與中、俄供材料的歸類,焊接材料的選用以及如何進(jìn)行焊接工藝評(píng)定成為急需解決的問(wèn)題;而焊接材料缺失和選擇匹配問(wèn)題是中、俄雙方設(shè)計(jì)院責(zé)任、范圍、技術(shù)條件及合同約定不清楚,文件未有效規(guī)定及文件缺陷,焊接技術(shù)條件缺少,或到貨時(shí)的質(zhì)量保證資料不全,不能確定物項(xiàng)的母材類別及現(xiàn)場(chǎng)焊接所使用的焊接材料,現(xiàn)場(chǎng)焊接前對(duì)于處理意見(jiàn)相互推諉扯皮所造成的。
制造材料標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)場(chǎng)焊接檢驗(yàn)、質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不一致情況;設(shè)計(jì)、采購(gòu)用材料的變更更換后并未準(zhǔn)確通知至核電施工安裝現(xiàn)場(chǎng),造成的材料采購(gòu)困難、焊接工藝支持性材料缺少也是造成焊材不確定的重要原因。
3 解決措施
3.1 中俄接口(含第三國(guó)材質(zhì))管道材質(zhì)焊材不確定問(wèn)題
在工藝管道安裝過(guò)程中對(duì)于缺少工藝的焊接材料,制定以下具體的原則:
(1)按照ASME標(biāo)準(zhǔn)[1]及俄供的焊接技術(shù)要求對(duì)圖紙及設(shè)備供貨中的材料進(jìn)行材料分類、歸類,確定分出碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、有色金屬等,按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ等歸類,以確定并執(zhí)行相應(yīng)的工藝評(píng)定[2]。(2)按等強(qiáng)原則、等化學(xué)成分和相近金相組織等使用條件原則進(jìn)行分類和歸類。(3)對(duì)于不確定材料牌號(hào)的對(duì)接接頭,可以進(jìn)行焊接前的光譜檢查,確定相應(yīng)材料后進(jìn)行焊接工藝評(píng)定或焊接試驗(yàn),從而確定相應(yīng)的焊接工藝,同時(shí)輔以見(jiàn)證件檢查驗(yàn)證,保證焊接質(zhì)量。(4)對(duì)于確實(shí)沒(méi)有相應(yīng)填充焊材的異種鋼的焊接,可以采取用本體材料鋼板剪成焊絲條進(jìn)行焊接工藝性能試驗(yàn)(手工TIG焊等方法)和焊接工藝評(píng)定,從而確定可行的熔化焊方法,以填補(bǔ)技術(shù)條件及標(biāo)準(zhǔn)的不足[3];同時(shí),將相應(yīng)的技術(shù)材料資料及時(shí)歸檔、備案,以促進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展。
①按材料的物理、化學(xué)成分相近,使用性能的相近性,機(jī)械性能等強(qiáng)原則進(jìn)行成分對(duì)比,結(jié)合以往工程的焊接安裝經(jīng)驗(yàn)(如焊接1.4529的焊材時(shí))、M310核電機(jī)組的焊接材料選用成熟經(jīng)驗(yàn)并按HAF603及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)如NB/T47014等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸類。
②按金相組織相近的原則對(duì)材料組織成分進(jìn)行歸類,如馬氏體鋼、鐵素體鋼、珠光體鋼,鐵素體+奧氏體鋼,鎳基合金、鍛件、鑄鐵/鑄鋼、鋁合金等。
③對(duì)材料性能模糊的材料,進(jìn)行工藝性能試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),判定其真實(shí)的分類歸類,由施工技術(shù)人員組織設(shè)計(jì)院金屬材料專業(yè)人員、各行業(yè)專家進(jìn)行專題分析及討論,確定具體的材料性質(zhì)并分類。
按組織歸類的典型母材及擬采用的焊接材料舉例如表2所示。按設(shè)備材質(zhì)歸類的典型母材及擬采用的焊接材料舉例如表3所示。
3.2 焊接工藝不確定
焊接工藝不確定時(shí)通常采取現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝評(píng)定及轉(zhuǎn)移的方法進(jìn)行,并加以輔助焊接試驗(yàn)的方法確定(含焊接見(jiàn)證件制作)。
3.2.1 焊接工藝評(píng)定
碳鋼、碳錳鋼的焊接工藝評(píng)定,應(yīng)使用規(guī)定抗拉強(qiáng)度高的覆蓋相同或更低的母材,如涉及鑄件,應(yīng)盡可能使用鑄件進(jìn)行工藝評(píng)定;對(duì)于不銹鋼F304、316如需要控制晶間腐蝕,焊接工藝評(píng)定應(yīng)按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)檢驗(yàn)。
第三國(guó)物項(xiàng)+俄方物項(xiàng)的焊接工藝評(píng)定按俄方標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
中供材料的焊接工藝評(píng)定按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)(如GB\NB等標(biāo)準(zhǔn))和設(shè)計(jì)院規(guī)定的技術(shù)要求進(jìn)行工藝評(píng)定。
對(duì)于確實(shí)沒(méi)有相應(yīng)填充焊材的異種鋼的焊接,可以采取用本體材料鋼板剪成焊絲條進(jìn)行焊接工藝性能試驗(yàn)和焊接工藝評(píng)定,確定是否可行的方法進(jìn)行,以填補(bǔ)技術(shù)條件及標(biāo)準(zhǔn)的不足;同時(shí),將相應(yīng)的技術(shù)材料資料及時(shí)歸檔、備案,以促進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展。
3.2.2 焊接工藝評(píng)定轉(zhuǎn)移[4]
按分類歸類好的材料性能等級(jí)確定現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定,延續(xù)VVER核電一期工程的焊接工藝評(píng)定;進(jìn)行焊接工藝評(píng)定轉(zhuǎn)移,用轉(zhuǎn)移或評(píng)定的合格焊接工藝來(lái)制定現(xiàn)場(chǎng)的焊接施工工藝。
3.3 焊工資格及評(píng)定問(wèn)題的處理
焊接工藝問(wèn)題可由焊接工藝評(píng)定、焊接工藝評(píng)定轉(zhuǎn)移、焊接試驗(yàn)三種方法來(lái)確定。由于焊接材料確定和選擇時(shí)間滯后,對(duì)焊接工藝評(píng)定及焊工考試、資格符合方面造成了很大的制約所導(dǎo)致的焊工資格考試不全問(wèn)題可通過(guò)以評(píng)代考、焊工考試及試驗(yàn)兩種方法來(lái)獲得,這兩方面的管理及其決策必須符合HAF603的管理規(guī)定:焊接工藝評(píng)定不得在不同建設(shè)單位內(nèi)相互轉(zhuǎn)移,焊工不能同時(shí)在兩個(gè)以上單位任職及擔(dān)任焊接生產(chǎn)工作,資格必須具備連續(xù)性[5];且焊工不得互借使用。對(duì)于焊工的技能問(wèn)題,為保證技能的持續(xù)及連續(xù),可采取適應(yīng)性練習(xí)、專項(xiàng)練習(xí)、人機(jī)熟悉及適應(yīng)性練習(xí)多種方法來(lái)提高技藝,適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的操作,并及時(shí)采取檢驗(yàn)及探傷,需要審核焊績(jī)檔案及其工作的合格率統(tǒng)計(jì)情況,確定技能的穩(wěn)定。
對(duì)于焊工資格及焊接工藝評(píng)定的適用性方面,必須做好焊接工藝評(píng)定的貯備工作,防止因材料不確定而造成的施工難以展開(kāi)現(xiàn)象的發(fā)生;對(duì)于設(shè)備采購(gòu)及供應(yīng)方面,應(yīng)采購(gòu)相應(yīng)的焊接試驗(yàn)件,以應(yīng)急工藝試驗(yàn)或評(píng)定。
對(duì)于新材料及新技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)施工的管理方面,要充分消化和吸收HAF603的各項(xiàng)管理規(guī)定,規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)焊工的管理(主要是有資格施工的焊工管理及施工;新材料使用后的備案報(bào)審、報(bào)備備案工作),在合同及質(zhì)量保證方面做好相應(yīng)的支持工作,一方面做好暫無(wú)資格施工時(shí)施工單位的資格審查及確認(rèn),確認(rèn)資質(zhì)合格;另一方面做好合同簽訂及支付工作,保證施工的合規(guī)性及連續(xù)性,減小制約因素。
4 處理結(jié)果
對(duì)中俄、第三國(guó)材料的焊接問(wèn)題,必須先解決材料的歸類,施工人員組織安裝技術(shù)人員對(duì)所涉及的材料進(jìn)行了梳理,并依據(jù)化學(xué)成分及機(jī)械性能進(jìn)行初步分類,再根據(jù)對(duì)比結(jié)果選出擬采用的焊接材料。對(duì)于業(yè)主方供的第三國(guó)材料CASS部分及材質(zhì)的化學(xué)成分進(jìn)行分析和機(jī)械性能對(duì)比,提出擬采用的焊接材料建議;對(duì)現(xiàn)場(chǎng)光譜測(cè)量分析結(jié)果及其對(duì)比情況,結(jié)合田灣一期俄方總設(shè)計(jì)時(shí)的經(jīng)驗(yàn)及M310核電機(jī)組焊接材料選用規(guī)格和經(jīng)驗(yàn),項(xiàng)目部組織行業(yè)界專家對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)審,并將評(píng)審結(jié)論提交設(shè)計(jì)院審查,設(shè)計(jì)院根據(jù)材料組別、供方、系統(tǒng)/安全級(jí)別、設(shè)備材料牌號(hào)、相焊接管道鋼號(hào)、建議工藝評(píng)定使用材料、建議焊材等信息逐一進(jìn)行確認(rèn),給出最終的處理意見(jiàn),有效解決所有中方供貨(包括第三國(guó)供貨)物項(xiàng)的所有焊接問(wèn)題,滿足已到貨設(shè)備、閥門(mén)等的安裝進(jìn)度。
典型的俄供材料與轉(zhuǎn)換材料間的焊接問(wèn)題實(shí)例:
(1)應(yīng)急補(bǔ)水泵的焊材選用及焊接問(wèn)題。
3#、4#機(jī)組的應(yīng)急補(bǔ)水泵到貨以后發(fā)現(xiàn),UNS S06690鋼號(hào)的材質(zhì)并不在俄羅斯規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi),而俄供不銹鋼接口管道(材質(zhì)08Х18Н10Т)與泵出口管道(材質(zhì)UNS N06690)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接,根據(jù)焊接工藝評(píng)定原則及材料歸類方法,施工部組織設(shè)計(jì)、核設(shè)備所分析確定選擇ERNiCrFe-7A(ASME SFA 5.14)焊絲,ENiCrFe-7(ASME SFA 5.11)焊條作為填充材料。結(jié)合采購(gòu)實(shí)際周期的長(zhǎng)短,最終確定采用GTAW、ERNiCrFe-7(φ2.0 mm)焊絲實(shí)施φ159×9 mm管道的焊接工藝評(píng)定,評(píng)定合格,應(yīng)急補(bǔ)水泵的焊材選用及焊接問(wèn)題得到解決。
(2)壓力容器O型密封環(huán)的焊接工藝制作。
壓力容器密封環(huán)材質(zhì)為鎳基ДКРIIМБТНП2
φ5.0 mm圓棒,完成后的焊縫需具備密封性能。①現(xiàn)場(chǎng)按照密封環(huán)實(shí)際尺寸及接頭形式制作了組對(duì)專用工裝,通過(guò)工裝的結(jié)構(gòu)保證現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)軸線的可靠性;②現(xiàn)場(chǎng)焊接前,為焊縫制作了專項(xiàng)焊接工藝評(píng)定:采用ДКРIIМБТНП2φ1.2~1.6 mm作為填充金屬材料,保護(hù)氣體為99.999%純氬,流量8~12 L/min,實(shí)施對(duì)接焊接工藝評(píng)定(V型27°±2°),按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行實(shí)物對(duì)接焊,同時(shí)讓取得專項(xiàng)資質(zhì)的焊工采用同類母材進(jìn)行大量焊接試驗(yàn),確定TIG焊接工藝:?jiǎn)蚊婧竀型54°對(duì)接,填充材料ДКРIIМБТНП2 φ1.5 mm,Ar流量12 L/min;打底焊電流45~50 A,蓋面焊電流55~60 A;現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)焊接收縮量達(dá)到了工藝試驗(yàn)0.5 mm的要求、焊工更熟悉現(xiàn)場(chǎng)的焊接,從而保證了焊接質(zhì)量。
現(xiàn)場(chǎng)采取了分析比對(duì)、工藝試驗(yàn)、應(yīng)用合同及質(zhì)量保證方法,有效地解決了中供、俄供、俄轉(zhuǎn)中供、第三國(guó)供材料無(wú)法焊接的施工制約因素,典型焊接技術(shù)問(wèn)題均得到有效解決。
5 結(jié)論
(1)對(duì)于未經(jīng)焊接工藝評(píng)定而歸類選擇的焊材,要在RT及UT、PT合格的基礎(chǔ)上,適當(dāng)增加見(jiàn)證件的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,以再次確定所選材料的正確性,并為俄轉(zhuǎn)中技術(shù)及材料的正確應(yīng)用提供良好的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)并完善相應(yīng)的焊接技術(shù)規(guī)格書(shū),從而促進(jìn)俄轉(zhuǎn)中技術(shù)的穩(wěn)定。
(2)焊接試驗(yàn)及焊接見(jiàn)證件的制作是必須的一項(xiàng)應(yīng)急措施,需做好相應(yīng)的技術(shù)準(zhǔn)備及管理;對(duì)于確實(shí)沒(méi)有相應(yīng)填充焊材的異種鋼的焊接,可以采取用本體材料鋼板剪成焊絲條進(jìn)行焊接工藝性能試驗(yàn)和焊接工藝評(píng)定,確定是否有可行的方法進(jìn)行,以彌補(bǔ)技術(shù)條件及標(biāo)準(zhǔn)的不足;同時(shí),將相應(yīng)的技術(shù)材料資料及時(shí)歸檔、備案,以促進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展。
(3)對(duì)于焊工資格的滿足性,焊接工藝評(píng)定后的合格報(bào)告及相應(yīng)的資料的焊工,同時(shí)可具備相應(yīng)焊接位置的操作技能,實(shí)行同位置同工藝的焊接操作,其資格管理須要滿足HAF603及相應(yīng)考規(guī)和質(zhì)量保證管理程序的要求。
參考文獻(xiàn):
[1] 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院,上海核工程研究設(shè)計(jì)院.ASME核電規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn) IX焊接及釬接評(píng)定[M]. 上海:上??茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2007.
[2] 國(guó)家機(jī)械工業(yè)局,國(guó)家石油和化學(xué)工業(yè)局. 鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定[M]. 昆明:云南科技出版社,2000.
[3] 馬新朝,李繼輝. GH44鋼與1Cr18Ni9Ti鋼的焊接[J]. 焊接,1999(8):39-40.
[4] 馬新朝. 核電項(xiàng)目建造階段中的焊接工藝評(píng)定轉(zhuǎn)移[J].電焊機(jī),2011,41(6):13-17.
[5] 國(guó)家核安全局. 中華人民共和國(guó)核與輻射安全法規(guī)匯編[M]. 北京:法律出版社,2014:443-445.