張進 吳偉幫 董義令

摘要：針對某改進型三環(huán)路壓水堆（CPR1000）主管道與蒸汽發(fā)生器出口接管安全端焊縫安裝階段射線檢驗（RT）合格、而役前檢查（PSI）階段射線檢驗發(fā)現(xiàn)未熔合缺陷顯示的問題，進行了分析處理。針對返修操作對已進行的一回路系統(tǒng)水壓試驗結(jié)果的有效性造成影響，在解讀RCC-M、RSE-M、ASME規(guī)范第Ⅲ卷及第Ⅺ卷中水壓試驗相關(guān)條款的基礎(chǔ)上，提出了“焊接返修后采用兩種體積檢驗方法或一種經(jīng)評定的體積檢驗方法”進行無損檢驗的解決方案，確保了一回路系統(tǒng)水壓試驗結(jié)果的有效性。

關(guān)鍵詞：CPR1000;主管道;焊縫;射線檢驗;缺陷;水壓試驗

中圖分類號：TG441.7 文獻標志碼：B 文章編號：1001-2303（2020）11-0093-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.11.17

0 前言

某CPR1000核電廠在役前檢查階段對主管道與蒸汽發(fā)生器連接焊縫進行射線檢驗時，在射線底片上位于主管道側(cè)焊縫熔合線附近發(fā)現(xiàn)長約70 mm的“未熔合”影像，按照RCC-M規(guī)范及設(shè)計文件要求，未熔合等危險性缺陷不可接受，需進行返修。該類返修操作屬于一回路系統(tǒng)水壓試驗后對承壓邊界焊縫的返修，返修操作可能對一回路系統(tǒng)水壓試驗結(jié)果的有效性造成影響，進而對已完成的一回路其他檢查項目的役前檢查“零點”地位造成影響。文中介紹了主管道2U1焊縫缺陷分析及返修情況，分析了RCC-M、RSE-M、ASME規(guī)范中有關(guān)水壓試驗相關(guān)條款的規(guī)定，確定了確保一回路系統(tǒng)水壓試驗結(jié)果有效性的解決方案[1-5]。

1 缺陷分析和處理

1.1 缺陷分析

該焊縫位于反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)二環(huán)路主管道過段過渡段40°彎頭與蒸汽發(fā)生器出口接管安全端之間（以下簡稱“主管道2U1焊縫”），主管道2U1焊縫在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中所處的位置示意如圖1所示。

主管道2U1焊縫為一回路壓力邊界上窄間隙全焊透對接焊焊縫，主管道過渡段40°彎頭材料為Z3CN20-09M奧氏體不銹鋼鑄件，蒸汽發(fā)生器出口接管安全端材料為Z2CND18-12（控氮）奧氏體不銹鋼鍛件，二者采用316L不銹鋼焊材和自動焊工藝焊接，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

主管道2U1焊縫射線檢驗要求如表1所示。該焊縫安裝階段采用沿焊縫中心面的中心透照（以下簡稱垂直中心透照）進行射線檢驗，未發(fā)現(xiàn)未熔合缺陷顯示，檢驗結(jié)果合格;役前檢查階段除采用垂直中心透照進行檢驗外，還增加了沿軸線向SG出口接管安全端側(cè)偏移9 mm中心透照（以下簡稱偏移9 mm中心透照）的方式進行檢驗，其中垂直中心透照未發(fā)現(xiàn)未熔合缺陷顯示，僅在偏移9 mm中心透照的射線底片上位于主管道彎頭側(cè)焊縫熔合線附近發(fā)現(xiàn)了未熔合缺陷顯示。對于未熔合等面狀缺陷，當透照角度超過一定角度，缺陷不能識別的情況就會增多，缺陷檢出率就會降低。本次役前檢查階段相對安裝階段增加的偏移9 mm中心透照，與焊縫中心平面產(chǎn)生了約1°的附加角度，可能是導(dǎo)致安裝階段未發(fā)現(xiàn)而役前檢查階段發(fā)現(xiàn)該未熔合缺陷的原因。

1.2 缺陷處理

由于射線檢驗技術(shù)本身無法確定未熔合缺陷深度，且未熔合缺陷僅能通過偏移9 mm中心透照的方式發(fā)現(xiàn)，因此技術(shù)上也無法通過不同角度透照的幾何關(guān)系來確定缺陷深度。另外，由于缺陷自身的當量尺寸較小以及不銹鋼鑄件及焊縫組織結(jié)構(gòu)的影響，采用常規(guī)超聲、超聲相控陣技術(shù)和超聲TOFD檢測技術(shù)均無法探測到該缺陷，這給缺陷去除及返修方案的制訂帶來了極大的困難。

針對主管道2U1焊縫未熔合缺陷深度無法確定的技術(shù)難題，根據(jù)缺陷可能的深度范圍以及返修操作的便利性，按照“先外后內(nèi)，分階段分層打磨并檢驗確認及補焊，直至缺陷完全消除”的原則制定返修方案。根據(jù)缺陷去除后是否需要補焊，返修方案主要分為兩個階段：第一階段是在設(shè)計最小壁厚余量范圍內(nèi)，適量拋磨去除缺陷，如缺陷在第一階段能夠完全消除，則不需進行補焊;第二階段進一步打磨去除缺陷并進行手工補焊。缺陷打磨、檢驗確認及補焊流程，如圖3所示。為避免不銹鋼材料鐵素體污染，焊縫打磨材料采用鋁基，打磨過程中應(yīng)避免局部過熱，如發(fā)現(xiàn)金屬呈淺藍色則暫停打磨，不得產(chǎn)生任何溝槽，每次打磨深度宜控制在1 mm左右，同時防止誤傷母材。

經(jīng)過第一階段的適量拋磨，缺陷仍然存在，隨后啟動了第二階段返修工作，進一步打磨去除缺陷，并采用手工電弧焊進行補焊。當從外表面打磨至約為39 mm深度時，液體滲透檢驗和射線檢驗確認缺陷消除，隨后進行手工補焊，補焊后的無損檢驗結(jié)果合格，至此返修工作順利結(jié)束，返修結(jié)果一次合格。

2 系統(tǒng)水壓試驗有效性分析

系統(tǒng)或部件進行水壓試驗的目的是考核部件的剛度及宏觀強度，檢驗焊縫的致密性以及密封結(jié)構(gòu)的密封性。主管道2U1焊縫由于無法實現(xiàn)局部密封，因此無法開展局部水壓試驗，如重新水壓試驗，僅能通過一回路主系統(tǒng)整體水壓試驗來實現(xiàn)。由于此次主管道2U1焊縫的焊接返修操作對已實施過水壓試驗的一回路系統(tǒng)的壓力邊界造成影響，因此需重點分析這類焊縫的焊接返修操作對系統(tǒng)水壓試驗有效性的影響。

CPR1000核電站核島機械部件的設(shè)計建造主要依據(jù)RCC-M（2000版+2002補遺）規(guī)范（以下簡稱RCC-M），役前和在役檢查主要依據(jù)RSE-M（1997版+2000補遺）規(guī)范（以下簡稱RSE-M），針對主管道對接環(huán)焊縫焊接返修后影響一回路系統(tǒng)水壓試驗有效性的問題，首先分析了適用規(guī)范相應(yīng)條款的規(guī)定，同時參考了ASME規(guī)范的相應(yīng)技術(shù)內(nèi)容。

2.1 RCC-M規(guī)范要求分析

RCC-M B 5000對于一回路主系統(tǒng)單個部件水壓試驗規(guī)定：除非制造大綱特別說明因技術(shù)方面的因素導(dǎo)致一些機加工作業(yè)必須安排在水壓試驗之后進行，否則在水壓試驗后又進行非計劃性加工、大面積磨削或施焊都將導(dǎo)致已進行的水壓試驗結(jié)果無效。對于一回路主系統(tǒng)水壓試驗，規(guī)范規(guī)定：一回路主系統(tǒng)的最終水壓試驗必須確保一回路主系統(tǒng)范圍內(nèi)的所有承壓設(shè)備或部件都經(jīng)歷過特定壓力的水壓試驗。對于非一回路主系統(tǒng)的1級管道，RCC-M C 5000規(guī)定：對組焊或未組焊的管段已經(jīng)歷過特定壓力的水壓試驗，以及對未經(jīng)歷過水壓試驗、但每一管段已按規(guī)范要求采用射線或超聲體積檢驗方法進行過無損檢驗的情形，則不要求水壓試驗。

通過分析可以看出，RCC-M規(guī)范對一回路主系統(tǒng)單個部件返修后水壓試驗結(jié)果的有效性有比較明確的說明;對非一回路主系統(tǒng)的1級管道不要求進行水壓試驗的條件也有非常明確的說明，而對于一回路主系統(tǒng)水壓試驗后壓力邊界部件及焊縫焊接返修后是否需要重新進行水壓試驗的問題未作出明確的規(guī)定。

2.2 RSE-M規(guī)范要求分析

RSE-M規(guī)范規(guī)定：該規(guī)范從設(shè)備服役后適用，例如役前檢查開始至宣布商運結(jié)束?？梢奟SE-M給出的適用時間點并不唯一，而是提供一個時間區(qū)間供用戶選擇。該缺陷發(fā)現(xiàn)于一回路主系統(tǒng)冷態(tài)功能試驗之后，對于役前檢查階段超標缺陷的返修，RSE-M規(guī)范是否適用的問題，從規(guī)范規(guī)定來看是適用的，但根據(jù)國內(nèi)同類型核電機組的工程案例的經(jīng)驗反饋，監(jiān)管部門一般持反對態(tài)度，其理由是機組商運前仍處于建造階段，任何返修操作仍需執(zhí)行RCC-M規(guī)范，因此遇到實際工程問題只能進行個案分析。

RSE-M規(guī)范是CPR1000核電站核島機械部件役前和在役檢查所依據(jù)的規(guī)范，該規(guī)范規(guī)定：一回路主系統(tǒng)的首次法定水壓試驗應(yīng)在系統(tǒng)建造與安裝工作完成后并在裝料前，按照建造規(guī)范（即RCC-M規(guī)范）的規(guī)定進行[2]。該規(guī)定再次強調(diào)了首次法定水壓試驗的時機和適用規(guī)范問題，與RCC-M規(guī)范的規(guī)定前后呼應(yīng)。對于在役期間維修操作與法定水壓試驗有效性的關(guān)系，規(guī)范規(guī)定：“非關(guān)注類”維修操作不會導(dǎo)致已進行的水壓試驗失效;“關(guān)注類”維修操作不會導(dǎo)致已進行的水壓試驗失效，但需滿足監(jiān)管部門特殊的監(jiān)管要求;“特別關(guān)注類”維修操作，視具體情況而定，可能會導(dǎo)致法定水壓試驗失效;“重大關(guān)注類”維修操作將會導(dǎo)致已進行的水壓試驗失效，需要重新進行水壓試驗[3]。

因此，可以認為按照RSE-M規(guī)范，對于焊接維修操作是否需要重新進行法定水壓試驗，主要取決于規(guī)范對焊接維修操作的分類。

2.3 ASME規(guī)范要求分析

ASME（2004版）規(guī)范（以下簡稱ASME）第Ⅲ卷NB-6000對于1級部件壓力試驗范圍和系統(tǒng)壓力試驗時機規(guī)定：所有承壓部件、附件和完工的系統(tǒng)應(yīng)進行壓力試驗;安裝完工的系統(tǒng)壓力試驗應(yīng)在初始運行之前進行[4]。有關(guān)壓力試驗的范圍和時機的規(guī)定與RCC-M規(guī)范的規(guī)定基本一致，同時規(guī)范還給出了可用系統(tǒng)壓力試驗來代替部件及附件的壓力試驗的前提條件。此外ASME規(guī)范第Ⅲ卷還規(guī)定，對于在水壓試驗期間已加工至臨界尺寸的完工部件，如尺寸公差允許，不超過10%壁厚或10 mm（取較小者）加工量是允許的[5]。從該規(guī)定可以看出，ASME規(guī)范針對計劃性加工的情形，從對水壓試驗結(jié)果有效性的影響的角度對金屬加工量作出定量規(guī)定，在滿足上述規(guī)定的條件下，水壓試驗后一定量的機加工不會導(dǎo)致先前的水壓試驗失效。分析可見，ASME規(guī)范第Ⅲ卷對于一回路主系統(tǒng)水壓試驗后壓力邊界部件及焊縫焊接返修后是否需要重新進行水壓試驗的問題，同樣未作出明確的規(guī)定。

ASME規(guī)范第Ⅺ卷IWA-4540規(guī)定：除由IWA-4540（b）免除試驗外，承壓邊界上進行焊接或釬焊的修理、更換活動在恢復(fù)或部分恢復(fù)使用前應(yīng)按IWA-5000要求進行水壓試驗或系統(tǒng)泄漏試驗。金屬去除后剩余壁厚至少為90%最小設(shè)計壁厚的壓力容器的焊接和未貫穿壓力邊界的管道、泵和閥門的焊接等情況可免除水壓試驗[5]。由上述分析可知，主管道對接環(huán)焊縫進行未貫穿壓力邊界的焊接返修，按ASME規(guī)范第Ⅺ卷的規(guī)定可以免除水壓試驗。

2.4 規(guī)范要求分析小結(jié)

綜上分析可知，RCC-M規(guī)范及ASME規(guī)范第Ⅲ卷對一回路系統(tǒng)水壓試驗后進行主管道焊縫的焊接返修是否需要重新進行水壓試驗，未作出明確規(guī)定;ASME規(guī)范第Ⅺ卷對一回路系統(tǒng)水壓試驗后進行主管道焊縫的焊接返修，只要未貫穿壓力邊界可免除水壓試驗;RSE-M規(guī)范對一回路系統(tǒng)水壓試驗后進行主管道焊縫的焊接返修是否需要重新進行水壓試驗的問題，主要取決于RSE-M規(guī)范是否適用以及主管道焊縫焊接維修操作的分類情況。

下面重點就RSE-M規(guī)范中針對主管道2U1焊縫的焊接返修操作所對應(yīng)的維修操作分級進行分析。

3 RSE-M規(guī)范關(guān)于主管道焊縫維修操作分類

主管道對接環(huán)焊縫焊接維修操作分類和水壓試驗有效性分析流程總結(jié)如圖4所示。

根據(jù)RSE-M規(guī)范規(guī)定的分類方法，主管道對接環(huán)焊縫焊接維修的分類應(yīng)采用RSE-M表B 8500-8和RSE-M B 8525共同確定。根據(jù)RSE-M表B 8500-8的規(guī)定，由于涉及焊接維修，需先對待焊部件進行分級，按照RSE-M表A 8542的規(guī)定，主管道對接環(huán)焊縫待焊部件的級別為CLASS 2部件。按照RSE-M表B 8500-8，對于CLASS 2部件，焊補深度不超過1/10壁厚的焊接維修操作屬于“非關(guān)注類”;焊補深度超過1/10壁厚的焊接維修操作屬于“關(guān)注類”;對于“關(guān)注類”維修操作還需按照RSE-M B 8525的規(guī)定，判斷是否為“重大關(guān)注類”。

按照RSE-M B 8525規(guī)定，對于主管道對接環(huán)焊縫，采用手工焊補的方法進行焊接維修，如焊補深度超過1/10壁厚，屬于重大關(guān)注類維修操作。但如滿足焊接返修后采用兩種體積檢驗方法或一種經(jīng)評定的體積檢驗方法，該類無損檢驗工藝評定的目的是確定對潛在焊接缺陷有針對性的無損檢驗工藝，維修操作的分級將由“重大關(guān)注類”將轉(zhuǎn)為“關(guān)注類”。

對于主管道對接環(huán)焊縫，焊補深度不超過1/10壁厚的焊接維修操作，屬于“非關(guān)注類維修操作”，不會導(dǎo)致先前法定水壓試驗失效;對于焊補深度超過1/10壁厚的焊接維修操作，屬于“關(guān)注類維修操作”，不會導(dǎo)致先前的法定水壓試驗失效，但需滿足監(jiān)管要求。

4 結(jié)論

主管道2U1焊縫的焊接返修，采用手工方法進行補焊，補焊深度約為39 mm，超過1/10壁厚。根據(jù)RSE-M規(guī)范規(guī)定，返修后無損檢驗要求如滿足規(guī)范規(guī)定的采用兩種體積檢驗方法或一種經(jīng)評定的體積檢驗方法進行無損檢驗，則為“關(guān)注類”維修操作，水壓試驗結(jié)果依然有效;否則應(yīng)為“重大關(guān)注類”維修操作，水壓試驗失效。

基于上述分析結(jié)果，對于主管道2U1焊縫，焊接返修后要求采用的無損檢驗方法包括射線和超聲兩種體積檢驗方法，其中射線檢驗采用的是通過役前/在役檢查能力驗證的技術(shù)方法。因此，主管道2U1焊縫焊接返修的維修分級為“關(guān)注類”，不會導(dǎo)致水壓試驗結(jié)果失效，該分析結(jié)論得到了相關(guān)方的認可，成功消除了主管道對接焊縫的焊接返修所導(dǎo)致的一回路水壓試驗結(jié)果失效的技術(shù)風險。

參考文獻：

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