核电安注箱在焊接安装过程中的质量控制方法

核电安注箱在焊接安装过程中的质量控制方法

苏波

中核霞浦核电有限公司

摘要：某核电站安注箱容器设备的制造过程中，瓜瓣组件、封头、接管共同组成了设备的主要承压边界。由六个瓜瓣拼接而成的瓜瓣组件是设备球体的主要组成部分。在产品制造工艺上，瓜瓣拼接焊缝内侧采用手工焊，外侧采用自动焊，由于瓜瓣较厚（设计上要求最小厚度为63.7mm），实际焊接工作量较大，如何做好焊前的准备工作，减少焊接缺陷的发生，是安注箱等容器设备质量控制的一项重点内容。

关键词： 瓜瓣组件、焊接、缺陷

1. 安注箱容器设备概况

安注箱其主要功能是在核电站发生一回路失水事故时提供淹没堆芯的硼酸溶液。某核电站5、6号安注箱设备采用026Cr19Ni10N材质的奥氏体不锈钢制造。安注箱设备为球形容器，主体由压制成型的六个瓜瓣和上下封头焊接组成。设备上设有人孔、溶液出口、溶液入口、氮气入口、仪表接管、取样管、排气管共10个接管。设备采用裙座的支撑形式，通过锚固螺栓进行现场的就位安装。

1.1设备分级   

安全等级： 2 级；   规范等级： RCC-M 2 级；  抗震类别： 1I    

质保等级： Q1；    清洁度等级： A1；   在役检查： 是

1.2技术特性（主要技术参数）

全容积： 66.2m 3； 有效容积：45.5 m3； 设计压力：4.83MPa设计温度：50℃

工作介质：硼酸溶液＋氮气；主要受压元件材料：Z2CN19-10控氮；腐蚀裕量：0

外形尺寸：～φ 5330mmx6000mm（高）；设计寿命：40 年；设备自重：51.34t

2. 设备瓜瓣组件焊接质量问题的分析

某供应商承制了某核电站5号3台安注箱设备，在第1台安注箱的瓜瓣组件焊接完成后，对其6条焊缝（A3-A8）进行RT检测，共13射线张底片上存在超标缺陷，需进行返修，焊缝一次合格率为89%（底片数量20*6）；第2台安注箱瓜瓣组件焊接完成后，经RT检测，6条焊缝（A3-A8）共9张底片存在超标缺陷（底片数量16*6），焊缝一次合格率为90.6%。

上述两台安注箱设备瓜瓣组件的焊接缺陷以未熔合、未焊透居多，且集中在焊缝端部，为自动焊产生的缺陷。在瓜瓣组件的焊接问题出现后，监造人员要求供应商相关部门进行了原因分析，并制定改进措施，加强了自动焊焊前准备工作及对焊接过程的质量控制。现将两台安注箱设备瓜瓣组件焊接缺陷产生的原因及应对措施总结如下：

1）供应商停工对焊工操作水平的影响。焊接是一种熟练操作的工种，供应商自2015年6月份被安全局停工至10月份特许复工，核电产品焊接工作完全停止，长期停工会造成焊工操作的熟练程度下降。虽然供应商在复工前也进行了技能演练，但还是对焊工的实际操作水平还是产生了一定影响。例如在停工前的K2项目上，第2、3台安注箱仅返修3～4张底片，而在复工后的此电站5号安注箱第1、2台分别返修13张和9张底片，显示出整体焊接水平的波动。

2）此电站5号3台安注箱制造进度未拉开梯度，质量控制的有效性无法得到及时验证。由于前期停工大幅压缩了制造周期，复工后供应商始终处于赶工状态，生产安排相当紧凑。其中的此电站5号安注箱第1台和第2台按照原有经验连续施焊，在第1台安注箱RT检测结果出具前第2台已完成焊接，焊接前及焊接过程中质控措施的有效性无法得到及时验证。

3）焊接工装的影响。按照该供应商的制造工艺，为减小瓜瓣组件外侧焊缝自动焊焊接时的焊接变形，在瓜瓣两端焊接了防变形工艺环（见图1）。由于工艺环对于焊缝的限位，瓜瓣两端无法再添加焊接引弧、收弧板，虽然瓜瓣上下端部在成形时留有70mm左右的机加工余量，但其长度不足以抵消引弧、收弧板缺失带来的影响，所以在瓜瓣端部焊缝底片评定区内易产生较多的自动焊焊接缺陷。

4）背部清根及焊接坡口的影响。例如：瓜瓣组件外侧自动焊理论坡口深度为44mm，手工焊侧由于实际组对时组对间隙的不一致，氩弧焊打底时钝边可能存在未焊透、未熔合，底层焊缝成型不良以及首层焊条填充可能造成缺陷集中，上述缺陷需通过焊缝的外侧清根加以去除。但由于坡口较窄，实际清根时由于人工打磨，磨光片在清理焊道时难以保证自动焊坡口的R10，坡口根部宽度也不易保障，这将直接影响自动焊的施焊。在根部焊接焊接电流较小，热输入量低的情况下，容易在坡口两侧形成未熔合及夹渣。                           

5）焊接操作的影响。焊接操作工焊接时，未充分重视现有工装及焊接坡口形式对焊接质量的影响，特别是焊缝端部的焊接难度，在焊接过程中未重点进行控制，导致端部缺陷较多。

3.应对措施

3.1对安注箱的上、下工艺环加以改进。

在保证设备与变位器连接安全的前提下，最大程度的扩大工艺环上与焊缝接头对应处的开口尺寸，改善清根、焊接的实施条件，保证焊接的操作空间，尽量使起弧、收弧靠近焊缝端头。

3.2加强背部清根及焊接坡口打磨的控制

3.2.1对端部清根提前进行。在内侧焊缝焊接完成后上两端工艺环前，对焊缝端部提前进行清根，并检查清根深度及清根后打磨成形，消除工艺环对清根操作在空间上的制约。

3.2.2对打磨人员进行技术交底。向打磨人员交代打磨深度52-58mm的技术要求，同时要求打磨人员在打磨后保证坡口特别是根部的平整圆滑，打磨过程中检验员和监造人员进行打磨情况检查。

3.2.3焊工参与清根打磨质量的检查。焊接操作工提前到清根打磨工序进行工序接收前的检查。焊工、焊接操作工会同检验人员、监造人员施焊前对坡口二次进行检查，合格后方可实施焊接；对可能影响焊接质量的坡口部位，由焊接操作工自行打磨。

3.2.4自动焊前对清根区进行手工焊修整。在制造工艺规程中增加清根区域的修整工序，对可能影响自动焊的区域在自动焊开始之前进行手工电弧焊修整，确保自动焊坡口深度、宽度方向上符合要求。

3.3加强焊接过程的控制

3.3.1焊前对焊接操作工进行详细技术交底。如焊接参数U/I/V的控制，主要是稳定焊接线速度，对焊接中的每层、道的厚度控制提出要求。

3.3.2焊接过程中，保持一定的偏心量，使熔池凝固时位置保持平位，并对层道间的焊接情况保证观察。

3.3.3对于焊剂保温提出要求，要求制造厂使用焊剂保温桶以适应冬季较低的环境温度。

3.3.4焊接过程中，操作工严格按照焊工艺要求实施焊接，重点加强起弧阶段和收弧阶段的焊接控制。对影响焊接的部位及时打磨，避免坡口焊接不到位的情况。

3.3.5制造厂焊接检验人员、监造人员加强了对焊接过程的巡视检查，保证工艺的严格执行。

4.改进结果

经过上述改进，此电站5号第3台安注箱瓜瓣组件焊接完成后，经RT检测，6条焊缝仅有2张射线底片存在超标缺陷（底片数量16*6），焊缝一次合格率提升至98%。

5.经验总结

    对于重要设备的重点工序，现场业主及监造人员应检查工序前技术准备及工装的准备情况，并与操作人员沟通，摸清技术交底情况，对在此过程中发现的可能妨碍工序执行的问题及时通知供应商相关部门加以改进，以保证工艺执行能够顺利进行。