核电用不锈钢焊材标准适用性分析及采购要点

王 勇，姜亮亮

（1.中国核电工程有限公司，北京100840；2.中国中原对外工程有限公司，北京100191）

核电用不锈钢焊材标准适用性分析及采购要点

王 勇1，姜亮亮2

（1.中国核电工程有限公司，北京100840；2.中国中原对外工程有限公司，北京100191）

评析了核电用不锈钢焊材的适用标准，综合众多焊材采购技术规格书，分析了不锈钢焊材的采购要点，对于核电用不锈钢焊材的国产化起到一定的促进作用。

焊材标准；批的定义；焊材评定

0 前言

焊接在核电建造中有着举足轻重的地位，一旦在焊接环节出现失误，将造成无法弥补的重大损失。焊接材料对焊接质量的影响至关重要，直接影响机械设备和安装的质量，焊材的质量关系到核电站设备的寿命和安全。

不锈钢具有优良的抗腐蚀性能，所以在核电站中有着重要应用，在核电站建造中的核级设备、管道的母材材料大多为奥氏体不锈钢，压力容器内表面的不锈钢堆焊、蒸汽发生器下封头的内表面堆焊、稳压器等一回路设备，同时在三代核电站的堆芯补水箱和安注箱、非能动余热排出热交换器等设备上的均使用不锈钢堆焊，可见不锈钢焊材的质量关系到核电站一回路和重要设备的寿命和安全。

1 核电用不锈钢焊材标准的适用性

1.1 普通不锈钢焊材的适用标准

我国焊材国家标准绝大多数是全国焊接标准化委员会归口管理。碳钢、低合金钢和不锈钢焊条国家标准是1967年首次制定颁布的，随着我国金属材料的不断发展和焊接技术水平的日益提高，我国焊条标准已进行了多次修订与补充，并逐渐向国际标准靠拢。

焊接标准化机构所编制的钢焊材标准受ASME SFA/AWS标准的影响很大，很多等效采用或参照了ASME SFA/AWS标准，如GB/T 17853-1999《不锈钢药芯焊丝》中特别提到“本标准在技术内容上等效采用了ANSI/AWS A5.22-95《电弧焊不锈钢药芯焊丝及钨极惰性气体保护焊不锈钢药芯填充焊丝规程》”的说明，所谓等效采用即在焊材熔敷金属化学成分、力学性能、型号分类和试验方法等技术内容与美国标准完全一致。

最近几年，由于国家标准化方面有优先采纳ISO标准的要求，一些新制订的标准多以ISO为主要参照标准，同时根据我国的工业实际进行适应性修改。如GB/T 25777-2010《焊接材料熔敷金属化学分析试样制备方法》等同采用ISO 6847：2000《焊接材料熔敷金属化学分析试样制备方法》；GB/T 25778-2010《焊接材料采购指南》采用ISO 14344：2010《焊接及相关过程渣保护和气保护焊接材料采购指南》。

下述标准为一般性工业用焊材标准，在核电站常规岛建设、安装中以及核岛的一些NC级设备中普遍应用，对于核岛的核级设备建设安装可作为一般性参考。

常用的不锈钢焊材相关国家标准有：

GB/T 983-1995《不锈钢焊条》

GB/T 17853-1999《不锈钢药芯焊丝》

GB/T 17854-1999《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂》

GB/T 4241-2006《焊接用不锈钢盘条》

GB/T 25774-2010《焊接材料的检验》

GB/T 25775-2010《焊接材料供货技术条件产品类型、尺寸、公差和标志》

GB/T 25776-2010《焊接材料焊接工艺性能评定方法》

GB/T 25777-2010《焊接材料熔敷金属化学分析试样制备方法》

GB/T 25778-2010《焊接材料采购指南》

对于不锈钢焊材的相关特殊检验标准有：

GB/T 1954-2008《铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法》

GB/T 4334-2008《金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法》

GB11170-2008《不锈钢光谱分析方法》

还有一些行业标准，能源局2011年发布执行的NB/T47018.1-.7《承压设备用焊接材料订货技术条件》：

NB/T 47018.1-2011《承压设备用焊接材料订货技术条件第1部分：采购通则》

NB/T 47018.2-2011《承压设备用焊接材料订货技术条件第2部分：钢焊条》

NB/T 47018.3-2011《承压设备用焊接材料订货技术条件第3部分：气体保护电弧焊钢焊丝和填充丝》

NB/T 47018.4-2011《承压设备用焊接材料订货技术条件第4部分：埋弧焊钢焊丝和焊剂》

NB/T 47018.5-2011《承压设备用焊接材料订货技术条件第5部分：堆焊用不锈钢焊带和焊剂》

上述NB标准规定了承压设备用焊接材料订货技术条件，包括焊材的批次要求和具体的检验项目。在上述各焊材标准的基础上，针对承压设备提出了更高的技术要求，如S、P的含量以及冲击性能指标等。标准中提高后的技术指标要严于ASME第Ⅱ卷C篇相应的各SFA规格书中的要求。该标准未考虑核电规范(RCC-M，ASMEⅢ)的要求，可在标准制订中作为参考。

其他行业标准如YB/T 5092-2005《焊接用不锈钢丝》，可在标准制订中作为参考。

1.2 核级不锈钢焊材适用的国内标准

NB/T20009.1-14是压水堆核电厂核岛机械设备用材料系列标准中的焊材标准，是在国内多年的M310改进型电站建设的工程实践基础上，依据RCC-M 2007版规范[2]，并参考ASME要求制订的核电焊材标准，该标准已发布。RCC-M是法国核电锅炉设备设计、建造规则协会（AFCEN）负责编制的《压水堆核岛机械设备设计建造规则》，是用于法国核电站设计、制造、安装与运行的具体实用规则。目前我国二代和二代改进型压水堆核电站机械设备设计制造采用的是RCC-M 2000版和2002补遗，三代堆型华龙一号和EPR使用的是2007版。其中RCC-M S2000为焊材验收的要求、S5000规定了焊材评定的要求。国内针对三代非能动的核电焊材标准（依据ASME规范）正在制定中。

NB/T 20009《压水堆核电厂用焊接材料》中不锈钢焊材相关部分如下：

第3部分：1、2、3级设备用不锈钢焊条

第4部分：1、2、3级设备用镍基合金焊条

第11部分：1、2、3级设备埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂

第12部分：1级设备用镍基合金堆焊用焊带和焊剂

第13部分：1、2、3级设备用不锈钢堆焊用焊带和焊剂

上述标准的不锈钢焊材的化学成分与国标相比要求更为严格，如第3部分不锈钢焊条E308L要求w（C）≤0.035、w（S）≤0.015、w（P）≤0.025、w（Mo）≤0.50以及其他元素总含量不超过0.5%，增加了Co、B的含量要求；GB/T 983的要求w（C）≤0.040、w（S）≤0.030、w（P）≤0.040、w（Mo）≤0.750以及其他元素总含量不超过0.75%。在机械性能方面，要求进行高温拉伸，其抗拉强度和屈服强度下限的确定考虑了在工程中所焊接的母材的性能数据，以及工程实践中使用的核电焊材的评定和验收数据，提出了抗拉强度上限的要求。冲击试验只进行KV冲击而无落锤试验，其冲击温度依据M310型核电机组的厂房环境温度提出，无RTNDT的要求。要求熔敷金属中δ铁素体含量的测定应采用铬镍当量法，并用Delong图确定δ铁素体含量。这些与ASME第Ⅲ卷有所差异，因而不可能在核电项目中直接照搬使用，可参考使用。

NB/T 20009的标准属于压水堆核电厂核岛机械设备用材料系列标准。由国家能源局提出，随着逐步推广，对于今后压水堆核电站的建设使用国家标准起到了良好的基础作用。

另外，NB/T20002“压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范”已正式取代EJ/T1027，同样也是基于M310电站的建造经验，主要参考RCC-M 2007版制订。目前已经发布。该标准的第2部分“焊接填充材料的验收”和第4部分“焊接填充材料评定”可作为焊材评定和验收标准的参考[3-4]。

1.3 核级不锈钢焊材适用的美国标准

国外西屋公司在AP1000设计中，根据ASME规范的要求，制订了大量的焊材技术条件，供核电站建造中使用。

ASME规范是由美国机械工程师学会（ASME）的锅炉和压力容器委员会（BPVC）制定，是世界上应用最早的标准之一，现已被公认为是世界上技术内容最为完整、应用最为广泛的设计、制造、验收标准。ASME规范总共有12卷，其中，ASME第Ⅱ卷C篇的各SFA规范是核电设备设计制造中使用的焊接材料主要参照的标准，其中不锈钢焊材标准主要有：SFA-5.4-2007《手工电弧焊用不锈钢焊条标准》、SFA-5.9-2007《不锈钢光焊丝和填充丝标准》、SFA-5.22-2007《弧焊用不锈钢药芯焊丝和钨极气体保护焊用不锈钢药芯填充丝标准》。

在国内AP1000堆型电站的建造中，针对不同核电设备的具体情况提出了一些特殊的要求而形成了一系列的专用焊材技术规范，同时美国西屋公司编制了近百份焊材技术条件，以ASME第II卷C篇SFA5.4、SFA-5.9、SFA-5.22为基础，编制了适用于三代非能动压水堆核电厂AP1000的用于不同焊接方法的不锈钢焊材技术条件。其中根据ASME第III卷和AP1000相关参数（如最低工作温度）等提出了很多附加要求。这部分技术要求部分高于ASME标准，如对于焊丝S含量的要求分别为不高于0.010，而ASME标准中要求为不高于0.015。ASME第III卷NX-2400中提出了对于核电焊材的通用要求、试验项目、焊缝金属试验、焊接材料的贮存和保管等要求。这些要求是先进标准体系中制订核电焊材标准以及验收标准必须遵循的要求，适用于非能动压水堆核电站的设计。

1.4 核级不锈钢焊材适用的其他国际标准

国际标准ISO系列标准包括ISO工作文件、ISO标准和技术报告，不锈钢焊材相关的标准有：

ISO 15792—1：2000《焊接材料试验方法第1部分：钢、镍及镍合金熔敷金属试样制备方法》

ISO 15792—3：2000《焊接材料试验方法第3部分：焊接材料角焊缝根部熔深及承载力试验分类》

ISO 544：2003《焊接材料焊接材料供货技术条件产品类型、尺寸、公差和标志》

ISO 6847：2000《焊接材料熔敷金属化学分析试样制备方法》

ISO 14344：2010《焊接及相关过程渣保护和气保护焊接材料采购指南》

上述国际标准ISO系列标准已经转化为国标，可直接参考使用。

EN系列欧标仅在欧盟范围内使用，EN 13479“Welding consumables-general product standard for filler metals and fluxes for fusion welding of metallic materials”及其支持标准EN 12074“Welding consumables-quality requirements for manufacture，supply and distribution of consumables for welding and allied processes”、EN 14532“Welding consumables-testmethods and quality requirements”在保证焊材质量稳定性和可靠性方面也提供了较为全面的要求。在EN 13479中明确提出了“原型鉴定”和“生产厂过程控制”的要求，EN 12074在ISO 9001的基础上，专门针对焊材的特点提出了补充的质量管理要求，包括对于原材料采购技术规格书内容的要求。使用EN系列标准需要得到设计者的同意。

2 技术要求要点

2.1 焊材采购技术规格书

焊材采购技术规格书是核电站核设备制造、安装单位采购焊材前必须编制的文件，焊材生产厂家根据焊材采购技术规格书的要求生产、供应相应的焊材。同时需要注意的是焊材的采购属于Q1级质保活动，合格供应商应遵守买方质保大纲所规定的质保要求。

2.2 “批”的选择

首先焊接材料应进行要求的试验必须按批进行，须明确“批”的要求；其次焊接材料评定的焊材牌号应是在批量条件下制造出来的，制造条件应保证和明确“批”的确切定义。

“批”在ASME和RCC-M中有不同的定义，综合总结了众多核电厂用焊材“批”的要求，GB/T25778中“批”的定义更为准确，有利于核电焊材采购的实施，并总结核电用焊材批次必须符合下列要求：

（1）药皮焊条应符合GB/T25778的C3、C4或C5级。

（2）药芯焊丝应符合GB/T25778的T2、T3或T4级。

（3）光焊丝和可熔化嵌条应符合GB/T25778的S3级。

（4）焊剂应符合GB/T25778的F2级。

批次的选择要与图纸中焊缝级别的要求相适应，同时也要注意焊材的批次对于焊材的采购量的影响，批次等级越高，意味着焊材每批量少、总的批次多，焊材评定多，焊材试验多，要综合考虑成本和采购周期。

2.3 试验项目

核电用不锈钢焊材所需的试验包括射线检验、化学分析、焊缝金属拉伸试验、冲击试验、晶间腐蚀、δ铁素体含量、角焊缝试验。重点介绍晶间腐蚀和δ铁素体含量测定。

晶间腐蚀试验采用ASME规范时应按照ASTM A262 E法进行，晶间腐蚀试样须经675℃± 5℃下1 h的敏化处理，试样弯曲后按ASTM A262 E法31条评定。当采用规范RCC-M或NB2 0002标准时，试验按GB/T 4334-2008中方法E的规定进行。同时在RCC-M或NB20002标准中规定了不要求进行晶间腐蚀试验的情况：对于308型焊接填充材料，w（Cr）≥19.00%；对于316型焊接填充材料，w（Cr）≥17.00%，对于堆焊过渡层所采用的309型材料。

δ铁素体测量采用ASME规范时按ASME第Ⅲ卷NB-2433的规定，使用磁性法测量，另一种方法可用化学分析结合WRC-1992图确定焊接材料的铁素体含量，δ铁素应在焊态下测量。当采用规范RCC-M或NB/T20002标准时，按Delong图测定熔敷金属中铁素体含量，为此在化学分析中应测定每一相关元素（Ni、C、N、Mn、Cr、Mo、Si、Nb）的含量，当铁素体含量超出Delong图范围时，可参照WRC-1992图确定。不锈钢焊丝、焊带中的铁素体含量应在5%～15%之间。但对于309L型焊带，铁素体含量为8%～18%。

2.4 焊材评定

采用规范RCC-M或NB/T20002标准时，焊材供货商应在其实施的评定试验（焊接材料的试验，在稀释区外平焊位置进行的熔敷金属试验）基础上编制焊接材料评定卡片，并提供给买方[5]。焊材验收规范的内容应符合焊材评定卡片的规定。焊材评定的具体要求见NB/T 20002.4《压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范第4部分：焊接填充材料评定》。

采用ASME规范时，虽然ASME规范不要求焊材评定，但在ASME规范NB-2410和NCA3800中有焊材供应厂/商应以书面形式向试验机构提供信息在AP1000的焊材技术条件中，对供应厂/商要求：焊材出厂前，供应厂/商应按照ASME第Ⅱ卷的规定及采购技术说明书的规定，对采购技术说明书所涉及的每一种规格及批次的AWS型号焊材进行生产和试验，并出具焊接材料试验结果报告及其他相关资料，在焊接材料交货时一并提供给采购方。这些资料的内容要求与RCC-M的焊材评定的要求类似。

下面实例是国内核电安装公司在焊材采购技术规格书中对供应商的要求：

供应厂/商应制定本采购技术说明书所涉及的每一种规格的AWS型号的使用说明卡片，使用说明卡片至少包含但不限于以下内容：技

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Standard applicability analysis and procurement requirement of stainless steel welding materials for nuclear

WANG Yong1，JIANG Liangliang2
（1.China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Xichang College，Beijing 100840，China；2.CNNC China Zhongyuan Engineering Corp.，Beijing 100191，China）

The applicable standards of stainless steel welding materials for nuclear are analyzed，and by synthesizing many welding material procurement technical specifications，the procurement requirements of stainless steel welding materials are also analyzed，this promotes localization of stainless steel welding materials for nuclear.

welding material standard；DEFINITION；welding material assessment

TG446

：A

1001-2303（2015）09-0001-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.09.01

2015-02-16

王 勇（1971—），男，浙江宁波人，高级工程师，学士，主要从事核工程焊接设计与技术管理工作。