RNS泵接口焊接缺陷分析与处理

汪金海

中核集团三门核电有限公司 浙江三门 317112

正常余热排出系统（简称RNS）又称为停堆冷却系统，它的功能是在停堆后实现并保证核燃料的持续、有效的冷却，该系统共设置两台余热排出泵（简称RNS泵）作为整体系统的动力来源。某核电站1号机组正常余热排出泵施工过程中，泵接管嘴焊口打底焊后出现开裂现象。

1 RNS泵接口焊缝缺陷原因分析

RNS泵接口与不锈钢管道SA312-TP304L焊接时，施工单位采用ER 308L焊材进行打底焊。通过调查发现RNS泵接口基材为SA-487 Gr CA6NM，但是表面存在ERNiGr-3堆焊层。在ASME标准中，RNS泵基材SA-351 Gr CF8为铸件材料、被指定的P-No.8，不锈钢管道材料SA312-TP304L被指定的P-No.8，两者焊接可使用不锈钢焊材ER 308L。但镍基材料ERNiGr-3堆焊层与不锈钢管道SA312-TP304L焊接时，应选用与堆焊层化学成分接近的堆焊材料。因此，焊接母材判断错误造成所选用的焊接工艺与母材不匹配是造成焊接裂纹的直接原因。此外调查发现，RNS泵接口焊缝缺陷产生的根本原因有以下三点：

1.1 设备资料不齐全

经调查发现：施工管理单位对RNS泵进行开箱时，设备部分资料未随设备及时释放。释放给现场的设备资料仅有部分“轮廓图”和“组装图”，用于指导现场安装。设备安装重要的《安装文件》、《运行维护手册》，包括包含此事件的接管嘴材质信息的文件，均未正式释放到现场。

1.2 焊接工艺选取程序缺失

RNS泵管口焊接没有单独编制施工方案，使用通用的核三级管道安装工作程序进行质量控制。经调查发现：施工单位使用“施焊单”明确焊接母材，选择焊缝适用的焊接工艺规程（WPS），进行QC见证签证放行，记录操作焊工及焊接参数。“施焊单”部分内容由管道技术人员填写，例如管线信息，母材信息等；部分内容由焊接技术人员填写，如选用的焊接工艺规程（WPS）、焊接施工工序等，但仅有焊接技术人员签字和日期，没有审核和批准要求，施工管理单位也没有对其进行审核的要求，其适用的程序《施工记录管理程序》，仅将其定义为施工记录，且也没有对其单独提出要求。

1.3 人员专业技能不足，欠缺质疑的工作态度

根据已释放到现场的设备图，虽然不能反映接管嘴具体为何种材质，但在RNS泵外壳的部分图纸中能识别出设备出口、入口接管口处的材质与泵本体是不同的。技术人员没有提出质疑并发起设计澄清单，而是按照对技术规格书、图纸的错误的理解判定了泵接管口处的材质，并以此编制了“施焊单”；技术部技术人员在收到施工管理单位发出的泵的相关图纸后，错误的判断了图纸需求，没有分发给从事与接口管道安装和焊接工作的管道队。

2 RNS泵接口缺陷处理

2.1 焊接工艺准备

在ASME第IX卷QW-283.4中对带堆焊隔离层的焊缝工艺评定提出了要求如下：当在堆焊隔离层后的后续焊缝部分的一个重要变素改变或在堆焊隔离层后由另一个组织完成后续焊缝部分时，应按下列方法之一完成一个新的评定：（a）按QW-283.2或QW-283.3进行评定，当原来评定的堆焊隔离层厚度小于3/16in.（5mm）时，其堆焊隔离层厚度或线能量均不应比原评定使用的更大或更高。（b）当原来评定的堆焊隔离层厚度等于或大于3/16in.（5mm）时，在堆焊隔离层后后续焊缝部分的评定可使用通常与堆焊隔离层的化学成分向匹配的任何P-No.的母材试件[1]。

按照上述要求，如进行RNS泵接管嘴焊接，需重新进行焊接工艺评定。焊接工艺评定所需母材有两种选择，一个是使用原镍基焊材ERNiGr-3进行堆焊，另一个是选用与堆焊隔离层的化学成分相匹配的材料。根据设计文件《AP1000补充制造和检查》要求规定，ERNiGr-3镍基材料为条件限制使用材料，为此开启了不符合项，经设计方评估后同意原样接收。因此，现场决定采用ERNiGrFe-7镍基焊材。

2.2 缺陷去除和坡口打磨

由于该缺陷出现在设备管口且有堆焊层，为了减少对原有管口的坡口形式破坏和原有堆焊层的影响，现场在缺陷去除过程时，将刀具布置在不锈钢管道侧，从管道侧开始切割，过程控制进刀量，每次进刀不超过1mm。

焊缝切开后，沿着坡口角度小心打磨剩余焊缝，禁止直接打磨焊缝，每次打磨量不超过1mm，直到将焊缝完全打磨掉，打磨过程中严禁打磨坡口，焊缝完全去除后进行液体渗透检测。为了将原焊缝熔合区去除，在焊缝清除完全后，在泵接口原坡口侧10mm处定位一测量点，并从坡口测向外1mm、2mm处划两条直线，打磨至约1mm划线处停止打磨，打磨量最多不得超过2mm划线处。对打磨后的坡口进行液体渗透检测，至此原焊缝全部去除。

2.3 RNS 泵接口焊接

RNS泵接口焊接过程按照坡口准备、组对、充氩、焊接、无损检测等5步施工。为了保证焊接质量，控制要点如下：

（1）焊接前放置氩气室，并使用测氧仪测量焊缝背面含氧量，保证氩气溶度大于99.99%。

（2）除打底层外其余焊层采用多道焊，各层各道的焊接接头必须错开。

（3）每一层每一道焊完后均应彻底清除焊道面的熔渣，并消除各种表面缺陷。

（4）层内温度控制小于100℃，并安排专人记录焊接参数和层间温度。

（5）焊接过程严格按照WPS执行，确保焊接电流、电压、焊接速度等参数满足要求。

3 结论

RNS泵接口焊接缺陷的直接原因是施工单位根据经验误认泵接口母材材质。经进一步原因分析发现：泵到场设备资料不齐全；现场焊接管理程序审核流程缺失；专业技术人员技能水平不足等管理原因是根本原因。为了保证焊缝返修一次合格，现场采取严格的质量管控措施。返修后焊缝进行了外观检查和无损检测，表明RNS泵接口焊缝质量满足设计和施工要求。上述焊接缺陷问题的调查和处理，为后续重要设备管口的焊接施工提供了借鉴。