核電站焊接質量控制

山東電建二公司    趙紅軍

摘要：由于焊接質量直接關系著核電站的安全、穩定運行，焊接質量控制在施工過程中顯得尤其重要。本文以嶺澳核電站常規島安裝工程為例，敘述了核電站安裝工程的焊接質量控制。

關鍵詞：焊接    質量    控制

    由于石油、天然氣和煤的成本不斷攀升，目前，世界各國都在打核電的主意。一度受到冷落的核能發電,在國際能源結構中的地位將逐步提高，核電站建設也成為世界各國的熱點話題。種種跡象也正在表明，目前歐美不少國家正在調整能源政策，擴大核電比重，以解決未來的電力需求。近期，我國政府也審議并原則通過《核電中長期發展規劃（2005—2020年）》，核電發展戰略由“適當發展”向“積極發展”轉變，到2020年，我國的核電裝機容量將從現在的870萬千瓦達到4000萬千瓦。4000萬千瓦的容量意味著還需要新開工建設30臺左右的百萬千瓦級核電機組，核電建設將在這15年的時間里翻一番。而焊接質量是反應機組安裝水平的重要指標之一，焊接質量的好壞直接關系到安裝質量能否達到合同的要求，保證機組長期、穩定、安全的運行。如何保證焊接質量，使焊接質量處于可控狀態是一項十分重要的任務。本文以嶺澳核電站常規島安裝工程為例，敘述了核電站安裝工程的焊接質量控制，希望對以后參加核電建設的建設者有所借鑒。

1焊接工程簡介

嶺澳核電站2×1000MW常規島安裝大小口徑管道總長146745米，有焊口76848余只（見表一）。每臺機各有一臺φ4200×50000毫米（分4段供貨）的大型除氧器需要現場組合焊接及熱處理，三臺大型凝汽器需要在現場進行組合焊接，１６個軌道焊縫需現場焊接。整個常規島焊接質量要求高、執行的國際焊接標準多（見表二）、工作量大、材料復雜。常見的鋼材有低碳鋼、耐熱合金鋼、奧氏體不銹鋼三大類，材料的特點是鋼號多，異種鋼接頭多，同一鋼號下的材料還有差別，如A106B還分普通碳鋼和控鉻碳鋼，兩者使用的焊接材料也不同，將不同鋼號的材料進行分類是本工程特點之一。

表一：嶺澳常規島焊口數量統計

類別

#1機

#2機

#1、2機合計

管道長度

焊口數量

管道長度

焊口數量

管道長度

焊口數量

大口徑

OD≥80mm

21196m

9514只

19590m

7910只

40786m

17424只

小口徑

OD＜80mm

40994m

26363只

37390m

21326只

78384m

47689只

儀表管

14075m

5990只

13500m

5745只

27575m

11735只

合計

76265m

41867只

61590m

34981只

146745m

76848只

    表二：嶺澳常規島安裝常用焊接標準

序號

標準號

標準名稱

適用范圍

備注

1

BS EN 287

焊工考試標準

焊工考試

歐洲標準

2

BS EN 288

焊接工藝評定標準

焊接工藝評定

歐洲標準

3

BS 709

焊接接頭破壞性試驗方法

焊接工藝評定

英國標準

4

BS 4870

焊接工藝評定標準

焊接工藝評定

英國標準

5

BS 4871

焊工考試標準

焊接工藝評定

英國標準

6

BS 2633

一級載流體鋼管道焊接標準

管道焊接

英國標準

7

BS 2971

二級載流體鋼管道焊接標準

管道焊接

英國標準

8

BS 4677

不銹鋼管道焊接標準

管道焊接

英國標準

9

BS 2654

水箱類容器制造標準

水箱焊接

英國標準

10

BS EN 25817

鋼接頭焊接質量驗收標準

凝汽器焊接等

英國標準

11

ASME 31.1

壓力管道

凝結水精處理管道

美國標準

12

CODAP 95

壓力容器制造標準

除氧器焊接及熱處理冷凝器焊接等

法國標準

13

ISO10042

鋁及鋁合金焊接驗收標準

鋁母線焊接

國際標準

2焊工培訓及取證

    從事常規島安裝工程的焊工共有93名，所有焊工都取得過電力部或勞動部的焊工資格證，并且絕大多數焊工都有多年的火電站安裝的焊接經驗，但根據合同要求，所有焊工必須按英國標準重新進行培訓和焊工考試，合格后方能從事與合格證相符合的焊接工作。

    焊工考試標準按照目前英國所執行的歐洲標準BS EN 287進行，焊工考試過程中，業主的焊接工程師進行全過程的監督和審查，最后由經過授權的SEPC焊接工程師和業主的焊接工程師共同批準焊工資格。批準后的焊工資格保持兩年有效，但從事合格項目的焊接工作間斷不得超過6個月，在此期間要保持良好的焊接質量。

焊工培訓工作在嶺澳工程中始終貫穿整個常規島安裝過程，在工程的前期主要是大批次的基礎培訓和取證，中后期主要是針對現場出現問題進行強化培訓或特殊項目的補項取證培訓。整個工程中SEPC共培訓焊工534人次，取證531項，人均5.7項，強有力的培訓工作為確保工程的焊接質量打下了堅實的基礎。

3焊接工器具的校驗及檢查

定期對正在使用的電焊機、氬氣表等計量工器具進行校驗、標定（嶺澳工地電焊機每6個月校驗一次，氬氣表每12個月校驗一次），不合格的停止使用；定期對焊接設備維護、保養；定期對焊槍、氬氣膠管等進行檢查，如有損壞立即更換。

在整個工作工程中，應使各種焊接設備始終處于合格、可靠、適用的狀態。

4過程控制

不論核電站還是常規火電站，在質量保證程序中均規定焊接過程控制為特殊過程控制。但核電施工中焊接過程控制更加嚴格。概括起來有以下幾個特點。

4.1 程序化管理和質保監督

工程中所有的焊接活動都必須有相應的程序進行指導和規范，專門用于指導焊接工作的管理程序有3個，工作程序有15個。質量保證（QA）監督始終貫穿整個焊接過程。

 針對焊接施工過程的特殊性，在工程初期負責焊接專業施工的焊接施工隊每周都要經過一次業主或SEPC的QA部檢查或監督。一是檢查工作過程執行程序的符合性，二是驗證程序控制施工的可靠性。有關程序先后進行了多次修改和升版，其中《焊接和NDE管理（QMP037）》程序，從獲業主批準的B版開始，在工程初期已升到了H版。

 嚴格的監督和檢查，提高了焊接管理程序和工作程序的可靠性和操作性，確保了焊接施工過程的可控和在控。

4.2 焊接工藝卡

根據標準的要求，嶺澳工程中所有需要焊接的鋼種都按國外焊接標準進行了焊接工藝評定，包括已從大亞灣核電站建設所做的焊接工藝評定。嶺澳核電站常規島安裝工程累計完成焊接工藝評定62組，根據這些工藝評定，共編制了指導施工的焊接工藝卡78份，焊接工藝卡中規定了適用鋼種的焊接標準、焊接位置、焊接工藝、允許施焊的母材規格（外徑和壁厚）、焊接材料、組對要求、預熱及熱處理、層間溫度、適用電流等信息，同時也包含了制定該工藝卡所依據的焊接工藝評定等有關信息。嶺澳工程中所有的焊接作業均在適用的焊接工藝卡指導下進行施工。

4.3 焊縫記錄單

嶺澳常規島工程，除支吊架外的所有焊縫均使用焊縫記錄單進行了全過程的跟蹤記錄。SEPC對所有的焊縫均進行了編號與標識，每只焊口的編號是唯一和可追溯的，焊縫的編號是焊縫記錄和使用計算機管理的基礎（見附件一：焊縫記錄單）。

每一只焊口的每一道工序及進行的各種檢驗、檢查都在焊縫記錄單上記錄，并通過管線檢查核對焊縫記錄在圖紙、焊縫記錄單和已安裝焊口的一致性，最終形成竣工資料移交給業主。這與常規火電只記錄四大管道的要求很不相同。焊縫記錄單分為大口徑焊縫記錄單和小口徑焊縫記錄單兩種，焊縫記錄單主要有以下作用：

   （1）記錄焊縫的基礎信息，如圖紙號、質量計劃號、母材材質、焊縫號、焊接程序、對口要求、焊接工藝、焊接材料等，指導現場工作。

   （2）記錄現場施工和檢查情況，保持現場施工的可追溯性。

   （3）保持焊接及檢驗過程中各工序間的連續性，對焊接施工進行全過程跟蹤。

4.4  焊接管理數據庫

由于每一個焊口都有全過程管理的焊縫記錄單，大部分焊口又都有無損檢驗（NDE）報告，常規島7萬余只焊口均要進行這種繁復、詳細的管理。針對這種情況，SEPC開發了焊接管理軟件，用于焊縫記錄單和焊接數據管理。

 其主要功能為：

   （1）焊縫記錄單管理。根據輸入的基礎數據，進行焊縫記錄單的管理，打印焊縫記錄單并作為質量記錄報告集中管理。

   （2）焊口過程管理�？梢詫⒑缚诘拇�焊接、焊接完成、焊接合格、焊口返修等焊接的全過程進行準確、及時的跟蹤。

   （3）焊口的文件管理。根據各系統的焊口清單和焊接過程文件，繪制最終的管線竣工圖，使圖紙中的焊口更加準確、全面，避免了遺漏。

4.5  過程檢查及驗收

       施工過程中，嚴格執行經業主批準的質量計劃，嚴禁跨越質量計劃中的W點（見證點）和H點（停工待檢點），檢查情況必須在質量計劃或焊縫記錄單中記錄。同時SEPC制定了18條工藝紀律和違反工藝紀律的處罰措施，在施工過程中貫徹執行。施工中要求焊工“一次就把工作做對”，每一個焊工就是質量的第一責任人。焊接施工隊設有隊級檢驗員4名（簡稱QC1）、兼職隊級檢驗員3名、公司級檢驗員2名（簡稱QC2），監督工藝紀律的執行、檢查每道工序的施工質量。外觀質量由QC1進行100%的驗收檢查；重要工序如焊縫對口：對大于DN150的一級管道QC1要進行100%的檢查，其余管道不低于10%的抽查。

業主監督貫穿于施工的全過程。業主工程部負責工程監督，不同于一般的監理制。工程部金屬監督控制科（簡稱MQC）有3人負責常規島焊接工程的監督，每一個施工環節如焊工合格證簽署、坡口組對、外觀檢查、預熱/熱處理報告、NDE報告、焊縫最終驗收、管線檢查、竣工草圖、竣工圖等，業主或抽查或100%檢查，并在相應的記錄單上簽字。尤其是射線檢驗底片，每一張底片都要經過業主最后審查方可通過。

4.6  量化控制和考核

任何一項工作只要可以測量，工作質量就可以量化控制并有了考核的基礎，工程初始致力于確定焊接工作的測量平臺。焊接質量以焊縫探傷一次合格率為指標，焊接工作量研究開發了焊接當量統計法。在實際操作過程中，將焊接合格率和焊接當量結合起來，制定了焊接質量和工作量的考核辦法，通過計算機及時將每個人、每個班組的量化結果上網公布，每個人的工作績效、經濟效益用數字說話，達到了公開、公平、公正地考核和評比，使得每個焊工都能將精力用在工作上，促進了焊工內部的良性競爭，激發大家積極向上的精神，保證了焊接質量的穩定和提高。

 4.7  NDE監督檢驗

BS標準與國標的焊縫分級、探傷比例、每只焊口的透射片子數量不同，BS標準所規定的NDE比例見表2和表3。在給水系統管道中，只要工作溫度大于200℃，或工作壓力超過24bar（1bar≈0.1MPa），該系統管道焊縫即為一級焊縫；在蒸汽系統中，只要工作溫度大于220℃，或工作壓力大于17bar，該系統管道焊縫即為一級焊縫，其余均為二級焊縫。BS標準雖然分類較為簡單，但同樣工作參數的焊縫探傷比例，核電工程與常規火電站工程相比要大的多。例如主蒸汽管道工作參數是86bar，316℃，按照DL 5007-92要求只需做50%的射線或超聲檢驗，而按BS標準要做100%的射線檢驗（只有在射線檢驗無法進行的情況下，征得業主同意后，方可用超聲檢驗代替射線檢驗）；主給水管道工作參數是123bar，195℃，同樣按照DL 5007-92要求只需做50%的射線或超聲檢驗，而按BS標準也要做100%的射線檢驗。其它系統中一級焊縫多數工作參數只相當于常規火電站的中溫中壓焊縫，按照DL 5007-92要求只需做5%或25%的射線或超聲檢驗，而按BS標準要做100%的射線檢驗。嶺澳工程中射線探傷焊口占對接焊口的31%（常規火電一般低于10%）；表面探傷焊口占所有焊口的36%（常規火電很少用到表面探傷）。而且所有的系統的焊縫都經過了不同比例的NDE檢驗，除儀用空氣等少數幾個系統外，所有的管道系統都進行了不同比例的射線探傷檢驗。

正因為如此大的檢驗比例，給焊工施工時造成了一定的壓力，同時也增強了焊工的責任心，推動了焊接質量的提高。

 

  表2     BS標準進行壓力試驗的焊縫NDE檢查要求

焊縫等級

接頭型式

規    格

DP/MP比例

RT/UT比例

一級焊縫

對    接

OD≤150NS和T≤25mm

10%

10%

OD>150NS

或T>25mm

100%

100%

支管連接

OD≤150NS和T≤25mm

10%

10%

OD>150NS

或T>25mm

100%

100%

角    接

OD≤150NS和T≤25mm

10%

N/A

OD>150NS

或T>25mm

100%

N/A

二級焊縫

僅做目視檢查

  表3  BS標準不進行壓力試驗的焊縫附加NDE試驗標準

焊縫等級

一級焊縫

二級焊縫

對接焊縫

100%RT或UT

50NS<OD≤150NS 10%RT或UT

OD>150NS       100%RT或UT

支管連接

OD≤50NS100%PT或MT

OD>50NS 100%RT或UT

50NS<OD≤150NS 10%RT或UT

OD>150NS       100%RT或UT

角焊縫

100%   PT或MT

10%  PT或MT

5改善焊接環境

焊接時，若周圍環境有風，應用蓬布等物遮擋直至周圍環境適于焊接作業；若周圍環境濕度過大，應用烘干機、除濕機控制環境濕度，并對管壁用火焊、電吹風、干抹布檫試等手段檫試干凈以防止管壁結水珠，且焊接時應適當保持一定的層間溫度以避免層間結水珠；對焊工提供充足的防暑降溫用品；對于焊接位置困難等復雜環境，合理安排施工順序，使用高水平焊工，QC加強困難焊口的現場監督、指導。

6質量控制的效果

通過以上各種控制手段，嶺澳核電站常規島安裝自1999年3月開工至結束，射線檢驗焊口共12846只，底片55023張，表面探傷焊口29287只，累計射線檢驗一次合格率為99.23%（見附件二焊縫射線探傷一次合格率曲線），焊縫返修率底于1%。合格率的提高大大降低了工程施工成本，從返修的角度看，一個返修口，從工程師準備返修文件、焊工打磨出缺陷、NDE進行表面探傷、業主見證、焊工焊接、NDE射線探傷，到返修文件最終簽字關閉，每個返修口至少折合3個工日，嶺澳工程按5.5萬張底片計算，合格率每降低1個百分點，相當550個返修部位，折合1650個工日，對工程的進度和經濟效益的損失是巨大的，因此合格率的提高不僅體現在榮譽上，還體現在經濟成本上。嶺澳常規島安裝工程的焊接質量控制達到了國際大型工程建設項目的領先水平，2001年9月被中國焊接工程協會評為全國優秀焊接工程。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 （來源：百度文庫）

 

 

 

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