核电站焊接质量控制

核电站焊接质量控制山东电建二公司赵红军摘要：由于焊接质量直接关系着核电站的安全、稳定运行，焊接质量控制在施工过程中显得尤其重要。本文以岭澳核电站常规岛安装工程为例，叙述了核电站安装工程的焊接质量控制。关键词：焊接质量控制由于石油、天然气和煤的成本不断攀升，目前，世界各国都在打核电的主意。一度受到冷落的核能发电,在国际能源结构中的地位将逐步提高，核电站建设也成为世界各国的热点话题。种种迹象也正在表明，目前欧美不少国家正在调整能源政策，扩大核电比重，以解决未来的电力需求。近期，我国政府也审议并原则通过《核电中长期发展规划（2005—2020年）》，核电发展战略由“适当发展”向“积极发展”转变，到2020年，我国的核电装机容量将从现在的870万千瓦达到4000万千瓦。4000万千瓦的容量意味着还需要新开工建设30台左右的百万千瓦级核电机组，核电建设将在这15年的时间里翻一番。而焊接质量是反应机组安装水平的重要指标之一，焊接质量的好坏直接关系到安装质量能否达到合同的要求，保证机组长期、稳定、安全的运行。如何保证焊接质量，使焊接质量处于可控状态是一项十分重要的任务。本文以岭澳核电站常规岛安装工程为例，叙述了核电站安装工程的焊接质量控制，希望对以后参加核电建设的建设者有所借鉴。1焊接工程简介岭澳核电站2×1000MW常规岛安装大小口径管道总长146745米，有焊口76848余只（见表一）。每台机各有一台φ4200×50000毫米（分4段供货）的大型除氧器需要现场组合焊接及热处理，三台大型凝汽器需要在现场进行组合焊接，１６个轨道焊缝需现场焊接。整个常规岛焊接质量要求高、执行的国际焊接标准多（见表二）、工作量大、材料复杂。常见的钢材有低碳钢、耐热合金钢、奥氏体不锈钢三大类，材料的特点是钢号多，异种钢接头多，同一钢号下的材料还有差别，如A106B还分普通碳钢和控铬碳钢，两者使用的焊接材料也不同，将不同钢号的材料进行分类是本工程特点之一。表一：岭澳常规岛焊口数量统计类别#1机#2机#1、2机合计管道长度焊口数量管道长度焊口数量管道长度焊口数量大口径OD≥80mm21196m9514只19590m7910只40786m17424只小口径OD＜80mm40994m26363只37390m21326只78384m47689只仪表管14075m5990只13500m5745只27575m11735只合计76265m41867只61590m34981只146745m76848只表二：岭澳常规岛安装常用焊接标准序号标准号标准名称适用范围备注1BSEN287焊工考试标准焊工考试欧洲标准2BSEN288焊接工艺评定标准焊接工艺评定欧洲标准3BS709焊接接头破坏性试验方法焊接工艺评定英国标准4BS4870焊接工艺评定标准焊接工艺评定英国标准5BS4871焊工考试标准焊接工艺评定英国标准6BS2633一级载流体钢管道焊接标准管道焊接英国标准7BS2971二级载流体钢管道焊接标准管道焊接英国标准8BS4677不锈钢管道焊接标准管道焊接英国标准9BS2654水箱类容器制造标准水箱焊接英国标准10BSEN25817钢接头焊接质量验收标准凝汽器焊接等英国标准11ASME31.1压力管道凝结水精处理管道美国标准12CODAP95压力容器制造标准除氧器焊接及热处理冷凝器焊接等法国标准13ISO10042铝及铝合金焊接验收标准铝母线焊接国际标准2焊工培训及取证从事常规岛安装工程的焊工共有93名，所有焊工都取得过电力部或劳动部的焊工资格证，并且绝大多数焊工都有多年的火电站安装的焊接经验，但根据合同要求，所有焊工必须按英国标准重新进行培训和焊工考试，合格后方能从事与合格证相符合的焊接工作。焊工考试标准按照目前英国所执行的欧洲标准BSEN287进行，焊工考试过程中，业主的焊接工程师进行全过程的监督和审查，最后由经过授权的SEPC焊接工程师和业主的焊接工程师共同批准焊工资格。批准后的焊工资格保持两年有效，但从事合格项目的焊接工作间断不得超过6个月，在此期间要保持良好的焊接质量。焊工培训工作在岭澳工程中始终贯穿整个常规岛安装过程，在工程的前期主要是大批次的基础培训和取证，中后期主要是针对现场出现问题进行强化培训或特殊项目的补项取证培训。整个工程中SEPC共培训焊工534人次，取证531项，人均5.7项，强有力的培训工作为确保工程的焊接质量打下了坚实的基础。3焊接工器具的校验及检查定期对正在使用的电焊机、氩气表等计量工器具进行校验、标定（岭澳工地电焊机每6个月校验一次，氩气表每12个月校验一次），不合格的停止使用；定期对焊接设备维护、保养；定期对焊枪、氩气胶管等进行检查，如有损坏立即更换。在整个工作工程中，应使各种焊接设备始终处于合格、可靠、适用的状态。4过程控制不论核电站还是常规火电站，在质量保证程序中均规定焊接过程控制为特殊过程控制。但核电施工中焊接过程控制更加严格。概括起来有以下几个特点。4.1程序化管理和质保监督工程中所有的焊接活动都必须有相应的程序进行指导和规范，专门用于指导焊接工作的管理程序有3个，工作程序有15个。质量保证（QA）监督始终贯穿整个焊接过程。针对焊接施工过程的特殊性，在工程初期负责焊接专业施工的焊接施工队每周都要经过一次业主或SEPC的QA部检查或监督。一是检查工作过程执行程序的符合性，二是验证程序控制施工的可靠性。有关程序先后进行了多次修改和升版，其中《焊接和NDE管理（QMP037）》程序，从获业主批准的B版开始，在工程初期已升到了H版。严格的监督和检查，提高了焊接管理程序和工作程序的可靠性和操作性，确保了焊接施工过程的可控和在控。4.2焊接工艺卡根据标准的要求，岭澳工程中所有需要焊接的钢种都按国外焊接标准进行了焊接工艺评定，包括已从大亚湾核电站建设所做的焊接工艺评定。岭澳核电站常规岛安装工程累计完成焊接工艺评定62组，根据这些工艺评定，共编制了指导施工的焊接工艺卡78份，焊接工艺卡中规定了适用钢种的焊接标准、焊接位置、焊接工艺、允许施焊的母材规格（外径和壁厚）、焊接材料、组对要求、预热及热处理、层间温度、适用电流等信息，同时也包含了制定该工艺卡所依据的焊接工艺评定等有关信息。岭澳工程中所有的焊接作业均在适用的焊接工艺卡指导下进行施工。4.3焊缝记录单岭澳常规岛工程，除支吊架外的所有焊缝均使用焊缝记录单进行了全过程的跟踪记录。SEPC对所有的焊缝均进行了编号与标识，每只焊口的编号是唯一和可追溯的，焊缝的编号是焊缝记录和使用计算机管理的基础（见附件一：焊缝记录单）。每一只焊口的每一道工序及进行的各种检验、检查都在焊缝记录单上记录，并通过管线检查核对焊缝记录在图纸、焊缝记录单和已安装焊口的一致性，最终形成竣工资料移交给业主。这与常规火电只记录四大管道的要求很不相同。焊缝记录单分为大口径焊缝记录单和小口径焊缝记录单两种，焊缝记录单主要有以下作用：（1）记录焊缝的基础信息，如图纸号、质量计划号、母材材质、焊缝号、焊接程序、对口要求、焊接工艺、焊接材料等，指导现场工作。（2）记录现场施工和检查情况，保持现场施工的可追溯性。（3）保持焊接及检验过程中各工序间的连续性，对焊接施工进行全过程跟踪。4.4焊接管理数据库由于每一个焊口都有全过程管理的焊缝记录单，大部分焊口又都有无损检验（NDE）报告，常规岛7万余只焊口均要进行这种繁复、详细的管理。针对这种情况，SEPC开发了焊接管理软件，用于焊缝记录单和焊接数据管理。其主要功能为：（1）焊缝记录单管理。根据输入的基础数据，进行焊缝记录单的管理，打印焊缝记录单并作为质量记录报告集中管理。（2）焊口过程管理。可以将焊口的待焊接、焊接完成、焊接合格、焊口返修等焊接的全过程进行准确、及时的跟踪。（3）焊口的文件管理。根据各系统的焊口清单和焊接过程文件，绘制最终的管线竣工图，使图纸中的焊口更加准确、全面，避免了遗漏。4.5过程检查及验收施工过程中，严格执行经业主批准的质量计划，严禁跨越质量计划中的W点（见证点）和H点（停工待检点），检查情况必须在质量计划或焊缝记录单中记录。同时SEPC制定了18条工艺纪律和违反工艺纪律的处罚措施，在施工过程中贯彻执行。施工中要求焊工“一次就把工作做对”，每一个焊工就是质量的第一责任人。焊接施工队设有队级检验员4名（简称QC1）、兼职队级检验员3名、公司级检验员2名（简称QC2），监督工艺纪律的执行、检查每道工序的施工质量。外观质量由QC1进行100%的验收检查；重要工序如焊缝对口：对大于DN150的一级管道QC1要进行100%的检查，其余管道不低于10%的抽查。业主监督贯穿于施工的全过程。业主工程部负责工程监督，不同于一般的监理制。工程部金属监督控制科（简称MQC）有3人负责常规岛焊接工程的监督，每一个施工环节如焊工合格证签署、坡口组对、外观检查、预热/热处理报告、NDE报告、焊缝最终验收、管线检查、竣工草图、竣工图等，业主或抽查或100%检查，并在相应的记录单上签字。尤其是射线检验底片，每一张底片都要经过业主最后审查方可通过。4.6量化控制和考核任何一项工作只要可以测量，工作质量就可以量化控制并有了考核的基础，工程初始致力于确定焊接工作的测量平台。焊接质量以焊缝探伤一次合格率为指标，焊接工作量研究开发了焊接当量统计法。在实际操作过程中，将焊接合格率和焊接当量结合起来，制定了焊接质量和工作量的考核办法，通过计算机及时将每个人、每个班组的量化结果上网公布，每个人的工作绩效、经济效益用数字说话，达到了公开、公平、公正地考核和评比，使得每个焊工都能将精力用在工作上，促进了焊工内部的良性竞争，激发大家积极向上的精神，保证了焊接质量的稳定和提高。4.7NDE监督检验BS标准与国标的焊缝分级、探伤比例、每只焊口的透射片子数量不同，BS标准所规定的NDE比例见表2和表3。在给水系统管道中，只要工作温度大于200℃，或工作压力超过24bar（1bar≈0.1MPa），该系统管道焊缝即为一级焊缝；在蒸汽系统中，只要工作温度大于220℃，或工作压力大于17bar，该系统管道焊缝即为一级焊缝，其余均为二级焊缝。BS标准虽然分类较为简单，但同样工作参数的焊缝探伤比例，核电工程与常规火电站工程相比要大的多。例如主蒸汽管道工作参数是86bar，316℃，按照DL5007-92要求只需做50%的射线或超声检验，而按BS标准要做100%的射线检验（只有在射线检验无法进行的情况下，征得业主同意后，方可用超声检验代替射线检验）；主给水管道工作参数是123bar，195℃，同样按照DL5007-92要求只需做50%的射线或超声检验，而按BS标准也要做100%的射线检验。其它系统中一级焊缝多数工作参数只相当于常规火电站的中温中压焊缝，按照DL5007-92要求只需做5%或25%的射线或超声检验，而按BS标准要做100%的射线检验。岭澳工程中射线探伤焊口占对接焊口的31%（常规火电一般低于10%）；表面探伤焊口占所有焊口的36%（常规火电很少用到表面探伤）。而且所有的系统的焊缝都经过了不同比例的NDE检验，除仪用空气等少数几个系统外，所有的管道系统都进行了不同比例的射线探伤检验。正因为如此大的检验比例，给焊工施工时造成了一定的压力，同时也增强了焊工的责任心，推动了焊接质量的提高。表2BS标准进行压力试验的焊缝NDE检查要求焊缝等级接头型式规格DP/MP比例RT/UT比例一级焊缝对接OD≤150NS和T≤25mm10%10%OD150NS或T25mm100%100%支管连接OD≤150NS和T≤25mm10%10%OD150NS或T25mm100%100%角接OD≤150NS和T≤25mm10%N/AOD150NS或T25mm100%N/A二级焊缝仅做目视检查表3BS标准不进行压力试验的焊缝附加NDE试验标准焊缝等级一级焊缝二级焊缝对接焊缝100%RT或UT50NSOD≤150NS10%RT或UTOD150NS100%RT或UT支管连接OD≤50NS100%PT或MTOD50NS100%RT或UT50NSOD