压水堆核电站稳压器制造关键过程质量控制浅谈

张远奎，刘亚军

（东方电气集团东方锅炉股份有限公司，四川 自贡643000）

稳压器在核电站中是对一回路压力进行控制和超压保护的重要设备，其作用是当一回路中的压力需要调节时，可以通过喷雾管接管嘴、喷雾头组件喷淋注入一回路的介质来降压，也可以通过加热器加热介质来升压，从而达到调节压力的目的。我们已经经过20余年的核电设备制造，属国内较早参与核电工程的制造商，截止2018年上半年，完成稳压器16台，安注箱 65台，硼注箱 18台，各类支撑100余套，2、3类换热器60余台，常规岛辅机100余台，积累了宝贵的制造经验，得到国内几大核电业主的高度评价。最近几年，由于人员的不断更新，用户要求不断提高，监管更加严格，对自身管理水平提出了较高要求，在稳压器的制造过程中也出现了不少亟待解决的问题，特别是NCR数量居高不下、质量问题重复发生等，我们采取了一些针对性的措施，从资源配置、组织机构、文化教育、考核方式等方面进行了重建和优化，扭转了质量不稳定的势头，本文不在此详述，主要从核一级设备——稳压器的关键过程质量控制采取的措施进行交流，供读者借鉴参考。

1 核安全文化培育

针对最近几年国内厂家典型案例结合多年实践经验证明，许多质量问题、质量事件都与核安全文化和质量意识不到位密切相关。对设备制造单位而言显得更加突出，国内设备制造企业整体人员素质偏低，特别是操作人员，大多处于中技水平，虽然经过不同层级、不同形式反复培训，但核安全文化水平总体不高。其中一个重要原因是，培训教育形式枯燥，不易接受。

针对这个问题，从以下三方面进行创新。

（1）提高教育的趣味性，利用卡通形象，让员工在岗位上将关键内容记忆深刻。

（2）将核安全文化主要内容做成展板，在每个班组展示，要求每位员工牢记，考核100分过关，不达100分再考，直到全部通过。

（3）随机抽查，在员工岗位上，主管不定期抽查是否牢记于心。

通过近两年的实践情况看，员工的核安全文化水平大大提高，违规事件和质量问题明显减少，出现问题主动报告，不隐瞒，相互沟通成为习惯。

2 质量控制实践

2.1 质量文件优化

核电文件有一套较为规范的制度流程，但由于制造水平的不断提高和工艺装备、检验手段的不断更新，质量控制措施也需要提升和优化，在满足法规和用户技术要求的前提下，重点对检验规程进行梳理，对检验时机、检验方法进行逐项识别，甄别出不适宜的部分，在满足合同要求和法规的前提下，对质量计划编制、检验规程、不符合项传递方式及报告模板进行优化，提高控制的有效性和效率。

由于常规很多检测手段无法使用和满足，因此给关键点的控制带来很大难度，对这些控制点进行了认真消化、研究，首先从文件上进行控制，编制了专用检查技术规程，质量计划，相关检验、尺寸检测工艺，将这些关键工序在质量计划上明确并细化，明确控制要求，并对这些关键工序设置见证点或停止点，然后对控制方法进行研究并形成详细的文件，硬件上主要从检测手段上来保证控制的准确性和实施的可行性。

2.2 过程控制更加体现分级控制原则

过去行业内对分级方面没有明确界限，所有设备控制都按一个模式进行，导致低级别的零件按照比较严格的质量控制方式，其效率和成本增加，针对监管单位也是按分级监督，按核1级、2级、3级、QNC级零件分别制定相应控制措施。明确区分各级别控制要求，如表1、表2，从文件编制到过程控制做出明确要求。

表1 制造阶段核岛物项质保分级实施要求

表2 制造阶段QNc级物项分级实施要求

在监督见证点的选取上也体现不同级别控制，在关键过程、关键工艺上加强控制，同时对选取和出席率做出详细规定（见表3见证出席率要求）。

表3 见证出席率

2.3 稳压器控制技术难点

稳压器是压水堆核电站核岛的核一级主设备，具有较高的技术含量和制造难度。结构上是圆柱形容器，高约为13 m，直径约为2.5 m，内部容积为39.7 m3，净重为80 t.壳体为合金钢材料，材质16MND5，厚度为119 mm.稳压器容器壳体和反应堆冷却剂接触的内表面，用奥氏体不锈钢堆焊，上部有1个人孔，1个喷淋管，4个阀座接管，3个高温水位测量管和1个温度计测量管，下部有1个脉动管和3个低水位测量接管、1个温度计测量管和1个取样接管以及63个加热导管，上面焊接63个加热器。如图1结构示意图。

图1 稳压器结构示意图

通过制造分析和总结，提炼出以下关键工艺过程：

（1）内壁的大面积堆焊：稳压器整个内壁全堆焊不锈钢，自动带极堆焊，过程焊接参数的控制；

（2）喷淋管、脉动管内凹槽加工：环向槽窄且深，其加工难度非常大；切削时不能及时地观察凹槽的成形情况，也就不可能对切削加工所产生的异常情况进行及时处理；

（3）热套筒与喷淋管的焊接：在φ79 mm直径的空间进行手工氩弧焊的焊接，并保证对接接头100%RT探伤合格，是喷淋管制造的一大难点；在φ79 mm直径的空间进行内孔焊接，施焊焊工不宜观察熔池成形情况，工件的转动由另一名焊工负责，因此2名焊工必须配合得当；

（4）阀座、喷淋、脉动接管隔离层与安全端的焊接：焊接的主要难点是如何保证带隔离层的对接接头的质量；自带衬垫的坡口的焊接，因操作原因其坡口两侧焊接时易产生夹渣等缺陷。

（5）加热器套管的装配与焊接、加热器的装配与焊接：焊接时容易变形；加热器套管材质为不锈钢，壁厚较薄仅有2.8 mm，焊接坡口的尺寸为连续变化，焊接空间小；

（6）水压；人孔和接管的密封、清洁：稳压器的大小接管共有14个，而且形状奇特，因此其密封难度很大；

（7）下封头和支撑板上开63只电加热管孔：孔同心度要求高，且须外协加工，质量控制存在相当大难度等；

（8）电加热器焊缝的射线检测。

2.4 关键工艺过程主要控制措施

针对关键工艺，制定有效过程控制手段和监测方法。

2.4.1 大面积堆焊控制

稳压器内壁堆焊了一层不锈钢（24Cr12Ni+20Cr10Ni），整个焊接过程由全自动程序控制，焊接参数严格按照焊接工艺执行，监督和检验人员对操作者每次的第一个起焊点进行检查，包括待焊区表面状态、焊接设备、仪表指示、预热温度、操作人员资格、焊接材料规格、批号等。在焊接过程中检验人员严格检验各层之间搭接量；第一层的过渡层之间搭接量不能小于5 mm；第二层不锈钢堆焊层和第一层过渡层搭接量不能小于4 mm，目标9 mm；第二层和第三层间搭接量应不小于8 mm，严密监视焊接过程中的焊接电流和温度，强化焊接巡检，制定巡检程序；在层间取样分析时对取样环境和取样工具严格检查，不允许周围存在碳钢件的打磨，取样前清理取样区域和取样工具，避免造成铁素体污染，堆焊完成后100%渗透检查和100%超声波检查。

2.4.2 脉动管、喷淋管、阀座接管焊接检测技术

喷淋管内槽圆弧的测试，由于内槽的缝隙很小，普通测量设备无法直接进行测量。对产品的形状和测量要求进行了详细的了解和分析后，决定采用做印膜的方法来进行测量。就是将印膜材料直接注入所需进行测量的各部位，等其凝固后取出，通过仪器对凝固后复现在印膜件上的圆弧形状和尺寸进行测量，即得出所求的结果。方案出来了，可做印膜所需的材料却无法落实，国外购买量小无法订购，国内无现成可直接使用得产品，这次需要自己解决，好几个厂家的材料不能满足硬度和弹性变形要求，通过与附近化工厂的联系，终于找到了一种胶料可以进行印膜制作，但是这种胶料需和其它两种材料配制而成，按照对方推荐的比例配出，强度和硬度都不能满足检测要求，而且收缩率较大，经过反复试验，最终配制出能达到国外同类水平的印模材料，使用到稳压器的检测中（如喷淋管内圆弧槽，加热器导管孔，脉动管喷淋管内圆弧槽等），精度很高，制取方便，解决了测量难题，特别是在稳压器加热器导管孔机加后缺陷的检查中起到了关键的作用。

脉动管、喷淋管氩弧焊焊接热套筒反面成型是否良好也是一个控制难点，由于套筒壁厚非常薄，焊接变形大，在φ79 mm直径的空间进行内孔焊接，施焊焊工不宜观察熔池成形情况，需要边检查边焊接，套筒与接管壁间隙最小处仅8 mm而且焊缝位置距端面430 mm，内面采用可熔环，对于可熔环融合情况很难直接检查，采用了直径4 mm柔性内窥镜GAT020直观的反应出焊缝融合情况，很好解决了对焊接过程的控制。

2.4.3 空间尺寸及空间角度检测技术

稳压器上封头组件上的4个阀座接管孔、1个喷淋管孔和1个人孔，主要是用于稳压器与外部连接时的接管口，所以其位置度要求很高，如定位中心偏移不准，就无法实现与外部管口的正常对接。而用户对稳压器上封头组件中各管口空间角度的偏差要求不超过±25′（见图2上封头空间示意图），这给检查工作带来比较大的难度。按照传统的检查方法来进行检测，不但费时、费力、而且误差很大，经过对图纸上各角度位置的仔细分析和研究，采取改进电子激光经纬仪来进行各空间角度的测试，由于测量位置的原因，经纬仪无法直接测量，需要设计一套可调装置，通过装置带动工作台的升降使经纬仪平稳升降至球心圆的点上。通过球心管口的靶心圆孔做一条垂线交于平板上，并将封头中心点投影于平板上，将经纬仪放置于平板上，通过仪器找到投影在平板上的中心点，然后将仪器升至圆心线的高度。将激光源作垂直转动90°，使激光源通过球心管口上的靶心孔中心与投影在平板上的中心点处于一条直线上，该直线产生的角度值作为垂直角度上的0°线，然后将激光源向下移动到标注为第一象限的阀座接管口，激光源通过该管口上安放的靶心盖板的中心，得出一个垂直角度值，该角度值即为该孔与球心的角度偏差值；同时在仪器的水平角度值上，将该角度值设定为水平方向上的0°线。然后按照图纸上的要求沿象限方向水平转动经纬仪至每一个要检查的管口的位置上，通过激光源对准每个管口上放置的靶心盖板中心，分别在仪器上直接读出每个孔，各自在垂直、水平方向上的角度值，每个角度值均直接反映出了所要测量的值（角度值），而且仪器上读出角度数直接为度、分、秒。这样不但提高了测试精度，而且还大大提高了测试速度，现已经完成十余台产品的测试，进度满足用户图纸要求，如某项目上封头接管角度检测数据见表4.

图2 上封头空间示意图

表4 接管角度测试结果

2.4.4 TD接管胀接、加热器导管胀接检查控制

加热器导管，TD接管胀接是稳压器制造中的难点之一，管孔机加工的精度将直接影响胀接的质量，由于外协加工的管孔粗糙度较差，导致返修，胀接后壁厚减薄率超差（无论如何保证管壁减薄在2%～5%）.

为了能控制减薄率，对管孔的粗糙度加强控制，同时提高检测精度，用专用三爪内径千分尺进行管孔的精确测量，并编制了专门用于指导检测的工艺卡，指导胀接管孔的检查，过去是采用两测头内径测量仪，测量最大最小值，计算出平均值，但由于检测后不能体现内径的变化趋势，没能准确定位最大点和最小点，不能找到问题的根源，导致不符合项处理困难，通过分析，更换成三测头测量，一个管孔在圆周上测量6个位置（见图3三爪测量示意图），准确定位，体现出胀管后内径变化趋势，为最终处置提供可靠依据，保证了后续的胀管质量，为大口径管的胀接检查提供可靠保证，提高了检测能力。表5为某项目TD001-4接管胀接情况。

胀前：管子001-4的外径为φ33.50 mm，内径为φ27.14 mm.

图3 三爪测量示意图

表5 某项目TD接管测量值

通过计算减薄率仍然超差，经过分析，确认是由于胀管器力矩设置、管孔机加工尺寸、粗糙度超差导致。在后续项目制造过程中，严格控制管孔的尺寸和管孔的表面粗糙度，避免了上述问题，胀管过程再未出现类似质量问题。

2.4.5 内部清洁度控制

稳压器的水压试验非常关键，目的是验证受压部件的严密性和耐压强度，在试验压力下，设备是否泄漏、变形和损坏。水压前，须密封人孔和各接管，且要清理稳压器内外表面，人孔密封用设备人孔盖，脉动管、阀座接管、喷淋管的密封，安装时必须按规程操作，主要控制水压后到最终包装制造结束，要求B级软化水进行清洁，严格控制喷水时间，对于总面积大于1%的锈迹不允许，表面不允许有任何异物和腐蚀物，对进入内壁的操作人员一律穿戴清洁服，在清洁过程中对接管、人孔和加热器进行保护，对喷淋管、脉动管内壁采用内窥镜进行微型摄像清洁度检测技术，很好地控制了内部清洁度，满足规范及用户要求。

2.4.6 水压控制

水压控制在于人孔的开启和密闭，即用专用液压拉伸器预紧16只人孔螺栓的操作过程，控制各密闭零件的温度应底于等于40℃，且螺栓和人孔之间的温差不得超过20℃.这些措施可预防螺栓卡死。水压前，须密封人孔和各接管，且要清理稳压器内外表面，人孔密封用设备人孔盖，脉动管、阀座接管、喷淋管的密封，安装时必须按规程操作。目视检查人孔盖和法兰承压垫片表面，包括粗糙度应在2.6 μm~4.0 μm之间，各零件标记确认(人孔螺柱、螺母，人孔盖，石墨垫，承压垫，承压垫和人孔盖的附属螺钉)，对螺孔、螺栓和螺母的螺纹进行目视检查。对螺母、人孔盖的承压面、人孔的配合面及承压垫片尤其注意，不允许有损伤、磕碰痕或划伤，不允许有杂物。检查新的垫片，不允许有油污、任何化学痕迹(如氧化)或任何机械痕迹(磕碰伤、划伤、或撕裂)。在用液压拉伸器预紧螺栓时分两组进行，第一组:螺栓No.1，3，5，7，9，11，13，15(奇数螺栓)；第二组:螺栓 No.2，4，6，8，10，12，14，16(偶数螺栓)，人孔开启也是用 8只拉伸器同时用于8只奇数号螺栓，再用于8只偶数号螺栓。开启过程也将按步骤执行，操作中的一些过程数值也记录到开启报告中。目视检查人孔和承压垫片的密封承压面，螺栓在拆除后应清理，螺纹及上端部(安百分表一端)应进行目视检查，拆除后的垫片应毁掉。

在水压过程中，对压力和变形量的控制是关键，根据规程要求，升压阶段和降压阶段，速度不能超过7 bar/min，变形量采用千分表定点测量其变化值，同时在水压前、中、后分别测量筒体的πD值，根据差值算出水压筒体应变值。

2.4.7 油漆包装控制

过去公司在常规上油漆已经非常成熟，但核电油漆过程要求非常严格，首先油漆表面状态不允许有引弧、撞击等缺陷，须经过严格的目视检查，表面必须是喷砂到Ds2级，油漆时温度只能在+5℃~30℃的温度下，湿度低于75%的条件下进行，涂漆厚度是一个关键，不能超厚，特别是层与层之间，应严格控制每一层的厚度，而且总厚度不能超过规程要求的值，接管安全端是不锈钢，也要求用可剥落漆涂刷，而在不锈钢上对涂层测厚需要专门的非磁性金属涂层测厚仪，这在我公司内过去是没有进行过的，通过多次试验，最终解决漆膜测量问题。

2.5 电加热器连接焊缝射线检测

由于电加热器焊接需采取立式工位，用专用焊接工装完成，每班只能焊接6~7根，交班焊接专用试件，因此焊缝的射线检测只能在立式工位执行，每条焊缝需从两个方向照射（见图4加热器射线照相方位布置图），操作空间狭小，同时立式工位对射线源的对中困难，通过实验，制定了专用射线照相准直器工装，很好解决了照相问题，同时效率较高。

图4 加热器射线照相方位布置图

3 经验反馈

3.1 支撑板的钻孔检查

某项目稳压器加热器支撑板钻孔造成报废，由于支撑板在加工孔63个加热导管孔时CAD程序设定错误，加工完成后也未及时进行首件检验，导致管孔位置发生错误，使两台稳压器的4块支撑板报废，导致工期延误，通过原因分析后发现，首先是程序设定后缺乏程序验证，其次第一件加工完成后未进行首件检查，导致批量性质量事故，因此无论是从工艺措施还是检测控制方法都还有待于进一步提高。

改进措施方面，经过总结和研究，数控加工前，技术人员在收到CAD图纸电子版后，逐孔复核其形位尺寸及孔径尺寸；按照程序对支撑板上所有孔进行打点，加工程序上分为2步：先逐一打点，待检查后再钻孔到位，腰圆孔应打两点；对打点后的形位尺寸公差进行全面检查并记录；对支撑板上φ23 mm、φ51 mm、以及腰形孔的加工，修改完善相应的工艺文件；加工完成后对其孔的尺寸公差进行检查满足图纸要求。

3.2 TD接管胀管检查

由于接管孔在机加时未对机加设备精度进行认真评价，加工后管孔椭圆度超差，因此接管胀接后壁厚减薄不一致，因此在检测胀管后的内径变化时，采用两爪测头检测，但结果存在偏差，存在局部检测不到造成壁厚减薄数据不准确的问题，改进措施是采用定制的三爪式内径测量仪，分截面对不同位置进行检测，真实反映胀管后内径变化情况，从这件事情上可以得出以启示，首先机加设备必须满足精度要求，加工前的评估验证非常重要，达不到要求的设备不能投入到核电制造中，同时检测的正确性首先应该正确选择检测工具。

3.3 人孔螺纹锈蚀坏牙问题

由于稳压器制造周期较长，人孔攻丝到最终水压阶段时间间隔较长，在攻丝后如果没有对螺纹进行很好的保护，将导致部分螺纹锈蚀，影响水压及后续产品质量，改进措施是定制专用工具进行清洁和保护，制定螺纹专用保护程序，增加螺纹中径测量仪加强对尺寸的控制，保证了产品质量，规范了后续制造活动，在螺纹攻丝方面获得宝贵的经验。

4 总结

通过以上关键过程的有效控制，在完成的10余个机组的核岛主设备——稳压器质量可靠，满足法规和规范要求，得到用户高度评价，没有出现过重大质量问题。

通过总结发现，也还存在改进的空间，对几年来稳压器制造过程分析，在稳压器发生的NCR中，人为因素产生的占50%，其中发生在机械加工的占30%，很多NCR是操作者意识不强产生的，说明在核电意识上需要加大对操作者的培训和学习，要减少不符合项的发生，必须解决人的意识问题，加强制造过程的关键工艺控制，减少人为因素导致的问题，另外由于检测手段与国际大公司如AREVA，日本三菱、美国西屋、通用等还存在很大差距，特别是一些检测工装还需要大力开发和研制，提高检测能力和检测效率，必须加大对核电的制造设备、检测手段的投入，加强检测人员技术能力的培训。