“华龙一号”辐照监督管首单批生产制造过程质量控制

王 晶，王泽明，侯蔼麟，曾 静，王 伟，张 超，郑 勇，王世忠

(中国核动力研究设计院，四川 成都 610213)

辐照监督管是反应堆压力容器寿期内对其材质变化进行监督和预测的核心堆内构件，主要用于监测反应堆压力容器在全寿期内的材料性能变化。其通过材料性能数据反馈，为反应堆运行参数的调整提供参考，防止压力容器发生脆性断裂，有效保证反应堆安全运行[1]。由于其核心制造技术难以突破，被国外长期垄断，严重制约了我国三代核电自主品牌“华龙一号”实现“走出去”的战略。中国核动力研究设计院历时6年，突破多项关键技术，顺利完成了辐照监督管国产化研制，并首单承接“华龙一号”海外首堆——巴基斯坦卡拉奇K2、K3核电站反应堆压力容器辐照监督管供货合同。

首单批生产供货不同于前期国产化研制阶段，面临着技术及管理方面的多重问题，尚缺乏此产品批生产供货及质量管理经验。为保证首单产品制造质量与生产进度，中国核动力研究设计院基于QA1级质保等级要求，借鉴核电产品先进质量管理及生产经验[2-5]，运用全面质量管理理念[6]，对“华龙一号”辐照监督管首单批生产制造实行全员、全过程、全方位的过程质量控制并形成相关经验反馈，对后续辐照监督管及其他相关核电产品的批生产质量控制具有借鉴意义。

1 首单批生产制造过程质量控制要点

辐照监督管作为核反应堆本体重要的结构部件，其核安全等级为NS级，抗震等级为Ⅱ级，设备等级为D级[1,7-10]，质保等级为QA1级。一根完整的辐照监督管主要由顶塞、底塞、密封塞、半槽壳、内部装填试样(包括温度探测器、剂量探测器、力学试样、各类填隙块及填隙塞)等近300个零部件组装焊接成型，结构精细复杂，具体如图1所示。首单生产涉及2个机组的监督管供货，制造质量与生产进度要求高。

图1 辐照监督管结构示意图

辐照监督管首单批生产制造过程中，面临着原材料化学纯度要求高、零部件繁多、组装及焊接变形控制精度高、核心部件(半槽壳、探测器、CT预制裂纹等)制造技术要求高等技术控制难点，以及基于QA1级质保等级要求的质量管理难点。具体涉及以下方面：

1)质量保证大纲制定。

为保证辐照监督管首单批生产制造的产品满足合同及设计技术文件要求，需基于相关规范、标准、全套设计输入文件及QA1级质保等级的质量保证要求，对K2、K3核电站反应堆压力容器辐照监督管供货项目的质量目标、管理及技术性活动、接口关系、组织机构和对应的职责权限、人力资源需求、生产设备及检验检测设备的配置、人员培训等进行规定，制定此项目的质量保证大纲,并对大纲的实施进行计划和安排，对其实施的有效性通过对相应阶段技术参数的验证、质保监察和管理部门定期的质量与进度审查进行确认。

2)人员资格和培训。

为确保参与辐照监督管首单生产项目的人员能胜任其岗位工作，在项目策划初期，应根据项目进度要求、需实施的工作量、技术难度等情况，合理选择并配备项目人员。同时确定从事影响辐照监督管产品要求符合性工作的人员的岗位能力和职责，对各岗位人员进行分级培训、考核和授权管理。人员培训内容至少包括项目质量保证大纲等管理文件、项目设计输入文件、工艺规程等制造文件、检验检测规程、院所相关管理程序文件等。

3)原材料控制。

由于辐照监督管的制造过程涉及核心部件温度和剂量探测器的制造，除了常用的不锈钢材料外，还涉及一些有特殊技术指标要求的材料(如制造304 ℃、310 ℃、318 ℃温度探测丝使用的低熔点共晶合金，制造剂量探测器使用的Fe、Ni、Nb、Cu等高纯金属，探测器封装使用的耐高温、耐辐照透明石英玻璃管等)，因此对原材料的采购及复验过程的质量控制尤为重要。原材料采购阶段需编制采购计划、采购技术要求等文件，并按照采购控制程序经批准后实施。对供方的选择需通过对供方供货能力、质量体系、以往供货活动质量资料等的审查确定。对所采购的物项通过对供方质量文件的审查、重要制造过程的质量控制点见证及入厂验收后各项性能的复验等活动进行质量控制。

4)制造过程控制。

辐照监督管产品主要制造流程如图2所示。对关键部件(半槽壳、探测器等)制造工艺进行细分后，工艺环节超50项。为保证制造过程质量受控、生产产品质量合格，需对产品制造全过程进行控制。制造过程开始前，需按照技术条件要求完成原材料各项性能的复验，复验过程需按照业主认可的《原材料复验过程质量计划》完成复验过程中重要环节的质量控制点见证活动，复验结果经确认合格后由质量管理部门进行原材料放行。在制造过程中，对影响产品特性的环境条件在文件中应有明确规定，即根据RCCM F6000标准的相关要求，结合A22类清洁度设备制造作业环境要求，按照Ⅱ级工作区要求进行分区控制，在制造过程中建立并保持规定的环境条件。

图2 辐照监督管项目工艺流程图

5)文件控制。

辐照监督管生产项目涉及的文件种类及数量繁多，为确保项目执行过程中各类文件的充分性及适宜性，在项目开展前需对文件的编写、审查和批准、发布及分发、文件变更、文档管理等做出规定。辐照监督管制造过程中产生的管理类、技术类文件与图纸均需明确相应的负责编写、审查、批准的人员及单位，并按相关管理文件的格式及内容要求进行编写并履行审签制度；经批准的文件需按规定进行标识并发布，按文件分发清单分发至参与相应活动的人员，以保证其使用文件的有效性。

6)检查和试验控制。

为保证辐照监督管生产过程中的各项活动符合辐照监督管设计输入文件及项目策划阶段形成的管理文件、工艺规程、检验规程等文件的要求，需根据业主认可的《过程质量计划》中的质量控制点对辐照监督管生产制造各工序进行过程检查或工艺监视，并形成检查记录以确认检查工作已按要求执行。进行检验和试验工作的人员须经授权方可上岗，针对各工序的检查活动需由未参与该工序的人员执行。相关检验及试验活动应根据工艺文件中的要求进行，并由经过授权的人员实施。检查和试验过程中使用的计量器具和仪器仪表的精度、量程等均应满足质量要求，并按规定进行校验或检定，确保检测数据的有效性。

2 全面质量管理在首单批生产制造过程质量控制中的运用

2.1 全面质量管理在首单批生产制造过程中的运用概述

辐照监督管首单批生产制造由于无批生产经验供借鉴，为保证首单供货质量及进度，需借鉴核电产品先进质量管理及生产经验，运用全面质量管理理念对生产过程进行质量控制，具体体现在对全员的质量管理、全过程的质量管理及全组织的质量管理。运用目标管理、流程图、PDCA(PDCA分别代表计划(plan)、执行(do)、检查(check)、处理(act))循环、简易图表、经验反馈等多种方法和工具全面强化质量管理、全面加强质量创新、全面落实经验反馈，为首单批生产制造的顺利完成提供可靠保障。

2.2 全面强化质量管理

1)制定质量大纲及质量计划，有效执行程序文件和规程规范。

项目执行过程中，结合生产、人员分配以及项目特点属性、质保等级、供货进度等情况，对本项目质量目标进行针对性分解。在此基础上，针对性开展质量目标宣贯，并在实际生产工作中根据项目过程质量计划控制节点，按照质量考核指标对质量目标的实现情况进行监督和控制，一旦出现问题及时解决和改进。

生产过程中做好质量计划、质量控制、质量改进和质量跟踪。严格要求辐照监督管各工序操作人员按照相关程序文件、工艺规程、检验规程、试验规程执行。注重各工序文件的时效性，同时注重与总包方、采购方以及设计方的沟通与反馈，及时分析总结过程控制中的经验，进一步改进和提升质量。

2)计量器具专人动态管理，生产设备定期检定维护。

计量器具的准确性和有效性是保证产品质量的重要前提，生产设备的正常有效运转是项目顺利实施的条件保障。辐照监督管生产过程中，建立《巴基斯坦卡拉奇核电厂二号/三号机组项目计量器具清单》，指派专人管理并动态更新，提醒各工序按计划实施现场检定(校准)或送检，确保计量器具均在规定的溯源有效期内正常使用。针对大型、精密计量器具及设备，指定专人管理、建立维护保养档案，记录使用和维护保养情况。

针对设备管理，根据项目输入文件、策划书、实施方案等建立《巴基斯坦卡拉奇核电厂二号/三号机组项目设备清单》。在识别出一般设备和关键设备后，对激光焊机、蒸压釜等关键设备制定维护保养大纲，并由专人负责设备维护与保养，详实记录相关问题及整改落实情况，从而形成闭环控制，确保整个项目执行期间无“带病运行”设备。

3)重视质量管理相关培训。

由于质量管理相关培训是快速提升全员质量意识的重要途径，因此项目团队结合辐照监督管批生产制造过程及项目特点，编制了辐照监督管生产相关培训计划。在此基础上，组织相关院所学习质量程序文件，并针对项目特点以及相关合作方(中国第一重型机械集团大连加氢反应器制造有限公司、中国中原对外工程公司等)的质保体系及质量文件进行针对性学习，使项目人员及各工序任务承担者熟悉和掌握程序文件，清楚在工作中应遵循的质保要求，保证其在理解质量方针及质保程序的基础上自觉遵守规定。

4)严把质量关键环节，稳定批生产产品质量。

辐照监督管产品结构复杂、精密，经统计，单个机组辐照监督管共包括23类、2 031个零部件，种类多、数量大，对尺寸检测、清洁度检查、标识及检查、零部件跟踪追溯等有较高要求。

为稳定批生产产品质量，项目团队针对生产和服务的关键环节进行识别和控制。为确保加工质量，针对辐照监督材料的外协分解加工，安排技术人员对加工过程进行全程跟踪，对关键工序进行现场见证及确认，有效保证取样位置的准确性和可追溯性。针对辐照监督管其他质量关键环节(例如组装、激光焊接、TIG充氦密封焊、渗透检验等)均按质量控制点要求通知业主以及管理部门进行现场见证，有效保证所有质量关键环节受控。

2.3 全面加强质量创新

1)注重数据分析和工艺反馈。

半槽壳成品率是辐照监督管生产过程中质量控制的关键。半槽壳是辐照监督管管体的重要组成部分，是有效保护内部各类填充试样、温度及剂量探测器的包壳。由于设计单位提高了半槽壳内外圆角尺寸指标，其冲压成型成品率急剧下降。为有效提高半槽壳成品率，需要对多批次产品冲压过程中的样件尺寸数据进行分析。项目团队运用Origin数据分析软件，通过破坏性金相检验收集尺寸数据并进行统计分析。在生产过程中，通过对半槽壳冲压模具修磨、冲压工艺、约束工装加载方式的优化，实现了半槽壳合格率的大幅提升。

2)优化封装工装及工艺参数。

高纯石英玻璃精密充氦封装技术是实现辐照监督管中各类温度探测器和剂量探测器研制的核心技术之一。为确保石英玻璃管内装填的低熔点、高纯度、易氧化金属丝端部不发生熔化及氧化，基于国内现有石英玻璃毛细管封装技术，最短可将探测器的长度封装至40 mm，而这距离核电用辐照监督管探测器要求的封装长度≤20 mm有较大差距。

探测器制造过程中通过头脑风暴法、水平对比法、过程决策程序图法(process decision program chart，PDPC)等质量工具创新性提出采用一种新型热源辅助专用封装装置实现封装。通过对封装装置及封装工艺参数的精确优化，在确保内填金属丝端部不发生熔化的前提下将封装长度从原有40 mm直接缩短至20 mm及以下，首次实现核电用温度探测器和剂量探测器的研制与批量生产。

3)创新固化裂纹预制新型工艺。

弯曲试样以及紧凑拉伸试样疲劳裂纹预制是辐照监督管装填试样加工过程的主要难点。在辐照监督管国产化研制前期，虽然能够按照设计图纸进行精确预制，但成品率低，辐照监督管批量生产质量存在不确定性。

辐照监督管批生产过程中，项目团队基于水平对比法，经过大量工艺试验验证，通过创新疲劳裂纹预制新型工艺，优化疲劳裂纹预制工装及裂纹预制工艺参数，采用增加裂纹预制样品首件实体检测等质量控制方式，确保批量进行疲劳裂纹预制的工艺及装置的有效性和稳定性，有效突破了疲劳裂纹预制合格率低于90%的瓶颈，如图3所示。

图3 疲劳裂纹预制成品率统计图

2.4 全面落实经验反馈

经验反馈是良好的质量工具，可通过对已发生事件的原因分析、措施制定避免此类事件的再次发生；通过对较小缺陷及事件的记录与分析，可避免较大事故的发生；通过对良好实践及经验的学习和借鉴，可提高质量管理水平。

在辐照监督管生产制造过程中，全员积极参与，通过内部、外部(核电业主方、承包方、采购方、设计方)等多渠道的交流，及时针对偶发事件、异常情况及成功案例等信息进行收集、总结分析、反馈经验，提出合理化建议，使产品制造全过程得到持续改进。

本项目经验反馈具体涉及以下4个方面：

1)加强外协方过程控制。辐照监督管生产过程中，主要涉及辐照监督材料分解、装填试样加工等外协事宜。项目启动后经与中国第一重型机械集团大连加氢反应器制造有限公司、中国中原对外工程公司相关方质量人员沟通，建议加强针对外协工作的过程环节控制。项目成员针对性增加对外包方文件审查、过程见证以及质保监察、技术支持等活动，有效加强了对外协方的质量管理和控制。

2)关键环节拍照留档。K2机组生产时，在紧凑拉伸(CT)试样裂纹检测过程中，已按照技术要求完成裂纹尺寸及角度的测量计算，产品包装按业主方、设计方等认可的包装规程进行包装，虽满足要求，但缺乏对原始状态的留档记录。项目成员及时反馈问题并积极采取措施，在K3机组产品制造时，对关键环节及部位进行图像或视频留档以记录裂纹及产品表面的原始状态，提高产品的可追溯性。

3)完工文件完整清晰。辐照监督管制造完毕后，就如何编制出高质量的竣工文件与核电业主进行了沟通、交流，就核电业主反映的核电竣工文件的信息不全、文件不清晰等质量问题进行了原因分析，建立了科学、有效的文档管理体系，严格按照相关要求建立各类理化报告、无损报告等报告单模板，重视产品制造全过程文件管理，对函件、技术变更文件、各阶段报告、图册等进行分类整理，并根据项目竣工验收意见，对各项内容、清晰度、中英文信息完整性与准确性等反复确认，保证其完整性、准确性、系统性和有效性。

4)包装箱方案升级。K2机组辐照监督管出厂验收时，业主方就产品包装箱质量问题做出提醒，反馈其他单位包装箱在运输过程中出现破损、散架现象。收到业主反馈后，项目团队对此要求进行了确定、评审，对包装方案进行了改进，并通过内部沟通，采用熏蒸原木主体框架、角钢+焊接进行全面加固，确保了包装箱质量。

3 结束语

项目团队通过对辐照监督管首单批生产制造过程主要质量控制要点的分析及相应的质量控制对策和经验反馈，提出了强化质量管理、加强质量创新、落实经验反馈等建议，建立了相应管理制度，确保生产过程中人、机、料、法、环、测全面受控，解决了辐照监督管从国产化研制到首单批生产的质量控制问题，保障了“华龙一号”海外首堆2个机组辐照监督管产品的按期生产供货，为后续多机型辐照监督管产品及其他相关核电产品的批生产提供了经验。