核反应堆压力容器焊接过程质量控制和检验

王磊

摘 要：通过分析RCC-M规范制造标准S篇，以及结合压力容器制造厂的实际情况和以往核电产品的制造经验，总结和介绍了核反应堆压力容器在焊接过程中的检验要点，为提高压力容器的焊接质量提供参考。

关键词：压力容器；焊接；焊接检验

中图分类号：TG457 文献标志码：A 文章编号：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

随着环境问题日益突出，人们越来越重视清洁能源的开发与利用，核电作为一种清洁能源也越来越受到人们的关注。核反应堆压力容器（以下简称RPV）是核电站主设备中的核心，也是核电站一回路中唯一不可更换的主设备。所以RPV的质量就显得尤为关键。焊接是RPV制造过程中最关键的工序，焊缝质量直接决定了整个RPV的质量和使用寿命，焊接质量不好，不仅使RPV寿命大大缩短，严重的还可能导致事故的发生。所以在制造过程中必须保证焊接的质量，加强焊接过程的质量控制。本文针对CPR1000堆型RPV的焊接，研究分析RCC-M标准，结合制造厂多年制造经验，论述RPV在焊接过程中的检验要点和注意事项，最终达到提高焊接质量的目的，具有现实意义。

2 RPV结构和焊接方法简述

（1）RPV结构。RPV由两部分组成，分别是顶盖组件和筒体组件。内壁均需堆焊一层过渡层以及一层耐蚀层，总厚度在6mm～8mm的不锈钢堆焊层，以保证其在运行过程中的耐腐蚀性。顶盖组件主要由上封头、顶盖法兰、吊耳、CRDM管座、TC管座和排气管组焊而成。筒体组件主要由接管段、堆芯筒体、过渡段、下封头、进出口接管及安全端、径向支承块、中子测量管、检漏管组焊而成。（2）RPV焊缝焊接方法。RPV的焊接采用以下几种焊接方法：窄间隙埋弧自动焊、带极埋弧（电渣）自动焊、焊条电弧焊、手工TIG、自动TIG等，对应焊缝的焊接方法详见表1。

3 RCC-M规范对焊接过程的主要要求

（1）预热和层间温度。预热温度是指在焊接前待焊表面的最低温度，或在多层焊的情况下在即将焊接下一焊道前，前面邻近焊道的最低温度。在焊后热处理（包括后热和消除应力热处理）前，整个焊接接头应保持在预热温度以上，在焊接作业结束之前，预热应保持不中断。预热区应扩大到待焊接头周围较广的范围内，以免产生较大的温度梯度。从焊缝边缘开始的预热区宽度内，在焊接的整个过程中，焊接工艺中所要求的最低预热温度应得保证和有效的监测，并且实际温度应该进行相应的记录。层间温度是在即将焊接某一焊层前，下面邻近焊层金属的最高温度。需要指出的是，规范对施焊环境和焊件温度也提出了要求。焊接环境温度不能低于-10℃，否则，不允许施焊。被焊工件温度至少保持在+5℃以上，并且焊缝焊完要缓冷。（2）焊接位置和焊接方向。按照HAF603《民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定》，焊接位置主要分为横、平、立、仰等。按照RCC-M规范，被评定的焊接工艺只对相应于评定试件采用的基本焊接位置有效。但需要注意的是，对于立焊位，焊接的每一个方向（立向上或立向下）应分别考虑。（3）焊接参数。焊接参数对产品的焊接质量起到决定性的作用，所以必须引起高度重視。在RCC-M规范中，对焊接参数做出了明确要求。在自动焊时，应记录自动焊设备商标名称、电流、电流类型和极性、电压和焊接速度。在手工焊情况时，应记录电流、电流类型和极性。此外，对于对钨极氩弧焊，还应记录振幅、频率和占空比、气体流量、钨极性质等参数。（4）保护气体。当采用钨极氩弧焊方法时，需用保护气体对熔池或焊缝背部进行保护，当保护气体发生下面变化时，应重新进行焊接工艺评定：a.保护气体的流量比规定的最小值减少10%或10%以上；b.气体或混合气体的名义化学成分发生变化；c.背面保护类型的改变，保护气体的类型或保护方法的改变。

4 RPV焊接过程检验通用控制要点

（1）焊前检查。a.待焊件上序是否合格，外观有无磕碰划伤；b.待焊表面及相邻区域进行检查，确保没有影响焊接质量的油污、杂质等；c.待焊件标识是否清晰、是否与合格证书上的各项信息相一致；d.对装配尺寸（如错边量、坡口间隙、总长等）进行检查，是否符合图纸及工艺文件的要求；e.检查焊接设备、各类测量仪器等是否有效期内且能正常使用；f.检查焊工资质是否符合此次焊接内容，焊工证是否在有效期内；g.使用的工艺文件、图纸等资料是否齐全，是否为最新版本且经过认可的文件；h.确认焊材是否与文件要求的一致且经过源地见证或复验合格；i.确认焊接环境是否具备焊接条件。（2）焊中检查。a.确认施焊焊工填写的焊接过程记录的正确性、规范性，与实际的一致性并签字，总的原则是真实并详实的反映整个焊接过程。检查焊接过程中的各项参数是否符合工艺要求。还应在焊接过程中对温度、焊缝成型、焊道质量、焊条保温桶是否有效保温、裸置焊剂烘干时间、焊接顺序等情况随时进行检查；b.检查焊件进炉热处理前的附偶情况，并根据仪表显示的数据检查炉内温度、升降温速率、曲线变化、保温时间等是否符合工艺要求；c.对领用焊材的过程进行监督。（3）焊后检查。a.检查焊肉是否饱满、余高是否过高、焊缝是否与母材圆滑过渡等外观焊缝质量；b.检查焊缝是否存在凹坑，未填满、表面气孔等肉眼可见的缺陷；c.检查焊缝是否满足无损检测的要求；d.检查焊缝及焊后工件几何尺寸是否满足图纸要求；以上焊前、焊中、焊后检查若发现不符合的情况时需办理不符合项报告。

5 RPV各种焊缝焊接过程检验控制要点

（1）不锈钢堆焊层。不锈钢堆焊层采用带极埋弧（电渣）自动焊和焊条手工焊配合完成。当采用带极自动焊时，至少需监测预热温度、层间温度、焊接位置、焊接电流、类型和极性、电压、焊接速度、焊接设备型号和堆焊层数。当采用焊条电弧焊时，需监测预热温度、层间温度、焊接电流、电流类型、电流极性和焊接位置。（2）主环焊缝。主环焊缝采用埋弧自动焊焊接方法，焊材为低合金钢焊丝搭配焊剂。需一直保持平焊位焊接。需监测预热温度、层间温度、焊接设备型号、电压、电流、电流类型和极性、焊接层数、焊接速度和焊接位置。（3）接管焊缝。接管焊缝采用埋弧自动焊和焊条手工焊焊接方法，焊材和监测的内容与主环焊缝的要求相同；采用焊条手工焊焊接过程，使用低合金钢焊条，平焊位焊接。需监测预热温度、层间温度、焊接电流、电流类型、极性和焊接位置。（4）安全端焊缝。a.隔离层焊缝采用自动钨极氩弧焊焊接方法，使用不锈钢氩弧焊焊丝，平焊位和横焊位进行焊接。至少需监测预热温度、层间温度、焊接设备型号、保护气体的类型、成分和流量、焊接位置、电流（基值和峰值）、电流的类型和极性、电压、焊接速度、频率和占空比等。b.组焊焊缝采用埋弧自动焊焊接方法，焊材为不锈钢焊丝搭配焊剂，平焊位焊接。至少需监测预热温度、层间温度、焊接设备型号、电压、电流、电流类型和电流极性、焊接速度和焊接位置。（5）密封焊缝。a.隔离层焊缝采用焊条电弧焊方法，使用镍基焊条，平焊位和横焊位结合进行焊接，至少应监测预热温度、层间温度、焊接电流、电流类型、电流极性和焊接位置。b.角焊缝采用焊条手工焊或手工钨极氩弧焊进行焊接，采用焊条电弧焊方法，平焊位和横焊位结合进行焊接，需应监测预热温度、层间温度、焊接电流、电流类型、电流极性和焊接位置。采用手工钨极氩弧焊焊接，平焊位和横焊位结合进行焊接，需监测预热温度、层间温度、焊接電流、电流类型、电流极性、保护气体的类型、成分和流量、焊接位置。（6）除安全端焊缝外的异种钢焊缝。异种钢焊缝采用自动或手工钨极氩弧焊方法，焊接材料为镍基焊丝，需监测预热温度、层间温度、焊接设备型号、保护气体的类型、成分和流量、焊接位置、电流（基值和峰值）、电流的类型和极性、电压、焊接速度、频率和占空比等。（7）支承块焊缝。a.隔离层焊缝可以采用焊条电弧焊和（或）半自动钨极氩弧焊方法。当隔离层焊缝采用焊条电弧焊方法时，使用镍基焊条，平焊位焊接，至少应监测预热温度、层间温度、焊接电流、电流类型、电流极性和焊接位置。当焊缝采用半自动钨极氩弧焊方法时，使用镍基焊丝，平焊位焊接，至少应监测预热温度、层间温度、焊接设备型号、保护气体的类型、成分和流量、焊接位置、电流（基值和峰值）、电流的类型和极性、电压、焊接速度、频率和占空比等。b.对接焊当采用手工钨极氩弧焊方法打底焊接时，使用镍基焊丝，平焊位焊接，应监测预热温度、层间温度、焊接电流、电流类型、电流极性、保护气体的类型、成分和流量、焊接位置。当采用焊条电弧焊方法时，使用镍基焊条，平焊位焊接，至少应监测预热温度、层间温度、焊接电流、电流类型、电流极性和焊接位置。

综上所述，焊接检验控制要点主要取决于焊接方法及机械化程度。本文通过分析和总结核反应堆压力容器焊接过程中的检验控制要点和企业制造过程中的检验经验，分析焊接过程中重点需要检查的方面，为焊接检验人员和焊接质量控制工作者提供参考。

参考文献：

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