核反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件焊接工藝評(píng)定

王慶田

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，四川 成都 610041）

核反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件是壓水堆核電站的主要設(shè)備之一。堆內(nèi)構(gòu)件包括反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)除燃料組件及其相關(guān)組件、堆芯測(cè)量?jī)x表和輻照監(jiān)督管以外的所有堆芯支承結(jié)構(gòu)件和堆內(nèi)結(jié)構(gòu)件。堆內(nèi)構(gòu)件在高溫、高壓和高輻照的環(huán)境條件下運(yùn)行，并長(zhǎng)期承受冷卻劑的高速?zèng)_刷，環(huán)境條件十分苛刻。在反應(yīng)堆設(shè)計(jì)壽期內(nèi)，堆內(nèi)構(gòu)件應(yīng)具有良好的性能，以確保反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)的完整性及反應(yīng)堆運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。作為反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部重要的支承、定位和導(dǎo)向部件，反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件的制造質(zhì)量關(guān)系著核電廠安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。堆內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件較多，且多為精密結(jié)構(gòu)件，對(duì)焊縫的質(zhì)量及焊接變形控制的要求較高，焊接質(zhì)量的優(yōu)劣與堆內(nèi)構(gòu)件的制造、安裝質(zhì)量直接相關(guān)。

目前國內(nèi)在建核電廠大多采用二代改進(jìn)型技術(shù)，其設(shè)計(jì)規(guī)范為法國《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)建造規(guī)則》（RCC-M）2000年版+2002年補(bǔ)遺版，其設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行必須滿足RCC-M相關(guān)要求。此外，浙江三門及山東海陽核電站采用引進(jìn)的第三代AP1000核電技術(shù)，設(shè)計(jì)規(guī)范為《ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范》1998年版及至2000年版補(bǔ)遺。焊接工藝評(píng)定一方面要詳細(xì)記錄各種工藝的性能參數(shù)和金屬的特性（特別是確定有效范圍的主要可變參數(shù)），另一方面要驗(yàn)證所得到的焊接接頭與要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是否符合。按照規(guī)定，在產(chǎn)品正式施焊之前，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品在制造過程中涉及的所有焊接工藝進(jìn)行評(píng)定，且評(píng)定合格后才允許對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行焊接。目前國內(nèi)核電建設(shè)采用的標(biāo)準(zhǔn)體系包括美國、法國、俄羅斯以及國內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)，各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間存在差異，對(duì)產(chǎn)品焊接以及焊接工藝評(píng)定的規(guī)定也不盡相同。由于使用的規(guī)范不同，制造廠需要按照不同的設(shè)計(jì)規(guī)范，制定不同的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目，造成不必要的浪費(fèi)。有些制造廠或安裝單位由于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解不深或者質(zhì)量意識(shí)差，導(dǎo)致焊接工藝評(píng)定的數(shù)量較多，甚至出現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不一致的地方，致使焊接工藝評(píng)定無效而重新評(píng)定。此外，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的部分條款，焊接工程技術(shù)人員還存在理解上的爭(zhēng)議。

1 焊接工藝評(píng)定變素

對(duì)于焊接工藝評(píng)定變素，不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定存在差異。RCC-M規(guī)范與ASME規(guī)范，使得焊接工藝評(píng)定無效的條件，無論是接頭型式、填充金屬、母材及熔敷金屬的覆蓋范圍，還是電特性參數(shù)，都存在很大不同。此外，在力學(xué)性能試驗(yàn)方面的規(guī)定也不同，RCC-M規(guī)范（2000年版+2002年補(bǔ)遺版）SI100中規(guī)定的“如果板材或管材接頭壁厚超過80mm，且拉伸機(jī)的容量不允許進(jìn)行全厚度試驗(yàn)，則可以從接頭的全厚度上取一組厚度至少為15 mm厚的試樣。在這種情況下，不允許出現(xiàn)試樣搭接（it is not permissible for test specimens to overlap）”，該規(guī)定無論是與國家標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 2649等）還是與ASME規(guī)范，都差異明顯。此外，ASME規(guī)范規(guī)定的焊接接頭彎曲試驗(yàn)用試樣，與其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定也存在很大不同。

焊接工藝評(píng)定的變素包括：

1）母材：不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，都放寬了母材的適用范圍，比如ASME規(guī)范規(guī)定的P-No、RCC-M規(guī)定的“化學(xué)成分相近似的材料”、JB 4708規(guī)定的類別號(hào)等。RCC-M規(guī)范2007年版，大量引用歐洲標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)，也引入了母材組別分類，更具有操作性。此外，對(duì)于母材厚度的適用范圍，也都有一個(gè)區(qū)間，RCC-M規(guī)范2007年版，明確引入了角焊縫評(píng)定的覆蓋區(qū)間，可操作性更強(qiáng)。

2）填充金屬：填充金屬包括焊條、焊絲、焊劑、氣體、鎢極、填充材料、附加金屬粉和襯墊等。焊接工藝評(píng)定用焊材，包括ASME規(guī)定的F-No、RCC-M規(guī)定的“同一牌號(hào)名稱的藥皮焊條、焊劑和藥芯焊絲，以及具有相同型號(hào)（技術(shù)要求）的焊接填充材料（焊絲、光焊條等）”以及“手工焊接所使用的藥皮焊條，評(píng)定采用的公稱直徑為d0的焊條也包括緊鄰的公稱直徑在內(nèi)”等，利用規(guī)范的許可，擴(kuò)大焊材的適用范圍。RCC-M規(guī)范2007年版規(guī)定：對(duì)于手工TIG焊(141)和電弧焊(111) 而言，使用給定名義直徑φ0的填充材料的評(píng)定，相鄰名義直徑的填充材料的評(píng)定有效。擴(kuò)大了焊評(píng)用焊材的覆蓋范圍。

3）接頭型式：接頭型式包括坡口設(shè)計(jì)、墊板、坡口加工方法、清根等。關(guān)于焊接接頭型式，RCC-M（2000年版+2002年補(bǔ)遺版）較ASME以及國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格。在ASME規(guī)范中，接頭型式是非重要變素。RCC-M規(guī)范2007年版的規(guī)定略有放松。

4）焊接位置與方向：焊接位置包括平焊、橫焊、立焊、仰焊等，而焊接位置又分為立向上焊和立向下焊。一般而言，平焊是基本的焊接位置，可用其他焊接位置覆蓋。但要注意立焊方向的改變將可能導(dǎo)致焊接工藝評(píng)定無效。

5）焊接工藝參數(shù)：對(duì)于有沖擊性能要求的焊縫，要特別注意焊接性能量的波動(dòng)范圍。RCC-M規(guī)范2007年版增加了手工焊焊接電壓的記錄要求。自動(dòng)焊接型號(hào)的改變也會(huì)導(dǎo)致焊接工藝評(píng)定無效。

6）熱處理：熱處理包括預(yù)熱、道間溫度、后熱和焊后熱處理。一般而言，最高道間溫度的提高、熱處理保溫溫度和時(shí)間的改變等會(huì)導(dǎo)致焊接工藝評(píng)定無效。

2 堆內(nèi)構(gòu)件的焊縫分布

堆內(nèi)構(gòu)件包括上部堆內(nèi)構(gòu)件、下部堆內(nèi)構(gòu)件、壓緊彈簧、徑向支承鍵、U形嵌入件以及一些緊固件。堆內(nèi)構(gòu)件的主體結(jié)構(gòu)材料為奧氏體不銹鋼，其中按照法國RCC-M規(guī)范設(shè)計(jì)的M310堆型的堆內(nèi)構(gòu)件主體結(jié)構(gòu)材料為Z2CN19-10（控氮）、Z2CN18-12（控氮）、Z6CND17-12奧氏體不銹鋼、Z12CN13馬氏體不銹鋼及鎳基合金NC15FeTNbA和NC15Fe。而按照ASME規(guī)范西屋設(shè)計(jì)的AP1000堆型堆內(nèi)構(gòu)件的主體結(jié)構(gòu)材料為304H、304、304L、316L等奧氏體不銹鋼以及鎳基合金Inconel750和Inconel690。

堆內(nèi)構(gòu)件零部件多達(dá)一萬余件，焊縫、焊點(diǎn)更多達(dá)兩萬余處。其中全焊透焊縫多達(dá)300余條，包括吊籃筒體縱焊縫和環(huán)焊縫、上支承組件縱焊縫和環(huán)焊縫、40根上支承柱（AP1000堆型為42根）、48儀表套管（M310堆型）及二次支承柱。此外，還包括各種制造廠和現(xiàn)場(chǎng)防松點(diǎn)焊、角焊縫、增厚堆焊、耐磨堆焊等。

3 核反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件焊接工藝評(píng)定

由于堆內(nèi)構(gòu)件焊縫較多，且焊接接頭用母材牌號(hào)（不銹鋼和鎳基合金）、母材的形狀和尺寸（焊縫尺寸從1.5 mm到75 mm）、焊接方法、焊接填充材料和保護(hù)介質(zhì)、焊接接頭型式（包括U形、V形、雙U形、X形、J形、T形和I形等）焊接位置（平焊、橫焊、立焊）和焊接方向、焊接工藝和參數(shù)以及熱處理制度等存在不同。此外，還包括增厚堆焊、硬質(zhì)合金耐磨堆焊等，焊接方法涉及手工電弧焊、手工TIG焊、埋弧自動(dòng)焊、熱絲TIG焊、電子束焊、氧乙炔焊、激光焊等。眾多的焊接接頭型式、不同的焊接工藝方法、母材類型及厚度范圍決定了堆內(nèi)構(gòu)件焊接工藝評(píng)定的復(fù)雜性。

焊接工藝評(píng)定的確定是一項(xiàng)復(fù)雜的過程。首先，制定的焊接工藝評(píng)定應(yīng)覆蓋制造過程中所有的產(chǎn)品焊接的關(guān)鍵變素和附加重要變素。由于不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在焊接工藝評(píng)定變素的規(guī)定存在不同，焊接工藝評(píng)定應(yīng)滿足所遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。其次，在確保焊接質(zhì)量的前提下，焊接工藝評(píng)定數(shù)量應(yīng)按照規(guī)范允許的覆蓋范圍，適當(dāng)減少焊接工藝評(píng)定數(shù)量，縮減焊接工藝評(píng)定周期，提高經(jīng)濟(jì)性。RCC-M規(guī)范（2000年版+2002年補(bǔ)遺版）S3000以及ASME規(guī)范QW-400規(guī)定了焊接工藝評(píng)定變素所覆蓋的范圍，結(jié)合產(chǎn)品焊縫的焊接工藝及接頭尺寸，合理組合、分類焊接接頭，可大大減少焊接工藝評(píng)定數(shù)量。堆內(nèi)構(gòu)件主要焊縫的焊接工藝評(píng)定見表1。

無損檢驗(yàn)和破壞性試驗(yàn)是焊接工藝評(píng)定的一個(gè)組成部分。堆內(nèi)構(gòu)件焊接工藝評(píng)定后的檢驗(yàn)包括目視、液體滲透、射線檢驗(yàn)和超聲波檢驗(yàn)。破壞性試驗(yàn)包括化學(xué)成分、δ鐵素體含量的測(cè)定、宏觀和微觀金相、熔敷金屬的晶間腐蝕試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、焊接接頭的拉伸試驗(yàn)以及焊縫、熱影響區(qū)和母材的沖擊試樣等。此外，RCC-M規(guī)范還要求考核熔敷金屬的拉伸試驗(yàn)。在實(shí)施焊接工藝評(píng)定之前，應(yīng)充分考慮試板的尺寸應(yīng)足夠制取所有試驗(yàn)及可能復(fù)驗(yàn)試驗(yàn)取樣。

4 焊接工藝評(píng)定爭(zhēng)議項(xiàng)的理解

4.1 尺寸穩(wěn)定化處理

按照設(shè)計(jì)要求，堆內(nèi)構(gòu)件的吊籃筒體、上支承裙筒、控制棒導(dǎo)向筒組件應(yīng)進(jìn)行尺寸穩(wěn)定化處理，尺寸穩(wěn)定化處理的溫度為（410±10）℃。為了防止奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕，要求保溫溫度不能超過425 ℃。而為了防止部件氧化，要求熱處理的爐氛為弱氧化性。根據(jù)部件的尺寸，選擇不同的保溫時(shí)間，控制棒導(dǎo)向筒組件的保溫時(shí)間為2 h，吊籃筒體的保溫時(shí)間為8 h，裙筒的保溫時(shí)間為12 h。尺寸穩(wěn)定化的目的是為了降低峰值殘余應(yīng)力并提高在反應(yīng)堆正常運(yùn)行工況下的尺寸穩(wěn)定性。M310和AP1000堆型反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)溫度為343 ℃。尺寸穩(wěn)定化的溫度高于反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)溫度，確保了在正常運(yùn)行工況下，堆內(nèi)構(gòu)件的主體結(jié)構(gòu)尺寸不會(huì)出現(xiàn)變形，從而保證堆內(nèi)構(gòu)件尺寸的穩(wěn)定性。

表1 堆內(nèi)構(gòu)件主要焊縫的焊接工藝評(píng)定Table 1 Qualification of welding procedure for the main weld seam of reactor internals

堆內(nèi)構(gòu)件的吊籃筒體的縱焊縫、吊籃筒體與堆芯支承板的環(huán)焊縫以及雙聯(lián)管的電子束對(duì)接焊縫在焊接過程中需要同時(shí)焊接一個(gè)見證件。焊接見證件以及焊接工藝評(píng)定都涉及一個(gè)問題：是否需要進(jìn)行尺寸穩(wěn)定化處理，即尺寸穩(wěn)定化處理是否是焊接工藝評(píng)定重要和附加重要變素，這是一個(gè)經(jīng)常產(chǎn)生爭(zhēng)議的問題。有設(shè)備制造廠制作的焊接見證件沒有進(jìn)行尺寸穩(wěn)定化處理，或焊接見證件的尺寸穩(wěn)定化處理時(shí)沒有隨爐進(jìn)行，或焊接見證件的尺寸穩(wěn)定化處理的時(shí)間與產(chǎn)品的實(shí)際熱處理時(shí)間不一致，或焊接工藝評(píng)定是否需要進(jìn)行尺寸穩(wěn)定化處理，導(dǎo)致制造廠和設(shè)計(jì)人員產(chǎn)生爭(zhēng)執(zhí)。尺寸穩(wěn)定化處理為焊接工藝評(píng)定的非重要變素，分析如下：

1）尺寸穩(wěn)定化處理溫度較低，達(dá)不到相變溫度。不銹鋼的尺寸穩(wěn)定化處理與不銹鋼的穩(wěn)定化處理是兩個(gè)概念。不銹鋼的穩(wěn)定化處理是煉鋼時(shí)為了防止晶間腐蝕而在不銹鋼中加入鈦和鈮穩(wěn)定化元素，其穩(wěn)定化處理的溫度一般為850～950℃。尺寸穩(wěn)定化處理的目的是為了消除殘余應(yīng)力，但由于溫度較低，有資料表明，其只能消除大約10%的殘余應(yīng)力，對(duì)焊接接頭的性能影響，尤其是耐晶間腐蝕性能、鐵素體含量幾乎沒有影響，而對(duì)焊接接頭的拉伸、彎曲和沖擊性能的影響也不大，沒有可靠的資料表明，取消或加入尺寸穩(wěn)定化處理會(huì)改變焊接接頭的力學(xué)性能。

2）奧氏體不銹鋼的熱處理包括消應(yīng)力處理、固溶處理和穩(wěn)定化處理。消應(yīng)力處理包括消除機(jī)加工后的應(yīng)力和消除焊接應(yīng)力兩種。前者的溫度在480 ℃以下，通常為300～350 ℃。而后者的溫度通常不低于850 ℃。RCC-M規(guī)范F8411也規(guī)定，機(jī)加工后為了確保部件的尺寸穩(wěn)定性，可對(duì)不穩(wěn)定奧氏體不銹鋼部件進(jìn)行尺寸穩(wěn)定化處理。因此，尺寸穩(wěn)定化處理是為了消除機(jī)加工產(chǎn)生的應(yīng)力，即使尺寸穩(wěn)定化處理可以消除一部分的焊接殘余應(yīng)力，也不應(yīng)理解為重要和附加重要的焊接工藝評(píng)定變素。

3）RCC-M規(guī)范規(guī)定了導(dǎo)致焊接工藝評(píng)定無效的條件，包括規(guī)定溫度范圍的改變和入爐后的升溫和降溫速度的改變、保溫時(shí)間的增加以及有或沒有固溶處理或析出強(qiáng)化熱處理等。但RCC-M規(guī)范規(guī)定的焊后消除應(yīng)力熱處理、固溶處理或析出強(qiáng)化熱處理，其熱處理溫度都大于425℃，與尺寸穩(wěn)定化處理的保溫溫度不同。因此，不應(yīng)將尺寸穩(wěn)定化處理理解為導(dǎo)致焊接工藝評(píng)定無效的條件。同樣，堆內(nèi)構(gòu)件的焊接工藝評(píng)定也不應(yīng)引入保溫時(shí)間不低于產(chǎn)品焊縫熱處理保溫時(shí)間80%這一規(guī)定。

4.2 焊接接頭拉伸試驗(yàn)要求

按照ASME規(guī)范和RCC-M規(guī)范要求，焊接接頭的橫向拉伸試驗(yàn)是焊接工藝評(píng)定破壞性試驗(yàn)的一部分。焊接接頭橫向拉伸試驗(yàn)用試樣縮截面受拉平行部分應(yīng)很短，大部分標(biāo)準(zhǔn)，如ASME、JB 4708、GB 150等都規(guī)定試樣受拉伸平行長(zhǎng)度等于焊縫寬度加12 mm，即焊縫寬度加兩側(cè)熱影響區(qū)寬度，然后立即以半徑為25 mm的圓弧過渡到夾持部分，其目的是強(qiáng)迫拉伸試樣在焊接接頭內(nèi)(焊縫區(qū)和熱影響區(qū))斷裂，以測(cè)定焊接接頭的力學(xué)性能。按照RCC-M規(guī)范MC1211B規(guī)定，焊接接頭拉伸試樣的取樣按照NF EN 895的要求執(zhí)行。NF EN 895規(guī)定的拉伸試樣的縮截面平行部分的長(zhǎng)度不小于焊縫最大寬度+60mm。再考慮到焊接工藝評(píng)定用母材可以為化學(xué)成分相近似的材料（RCC-M規(guī)范規(guī)定）或同組別號(hào)（ASME規(guī)范規(guī)定）材料，將可能出現(xiàn)工藝評(píng)定的橫向拉伸試驗(yàn)斷裂在母材部位而不是焊縫或熱影響區(qū)部位。筆者曾了解某制造廠按照RCC-M規(guī)范制備的一個(gè)50mm對(duì)接埋弧焊的焊接工藝評(píng)定。產(chǎn)品用母材為304LN（抗拉強(qiáng)度為不低于520 MPa），制造廠焊接工藝評(píng)定用母材為304L（抗拉強(qiáng)度為不低于490 MPa），焊材為308L焊絲和焊劑組。破壞性試驗(yàn)的耐晶間腐蝕試驗(yàn)、金相、鐵素體含量測(cè)量、焊接接頭的彎曲試樣、熔敷金屬的拉伸試驗(yàn)、焊接接頭的沖擊試驗(yàn)等都合格，可設(shè)計(jì)要求的2個(gè)焊接接頭的橫向拉伸試驗(yàn)都斷裂在母材部位，抗拉強(qiáng)度值分別為511 MPa和509 MPa，不滿足RCC-M規(guī)范要求的極限，抗拉強(qiáng)度至少應(yīng)等于母材規(guī)定的最低抗拉強(qiáng)度。制造廠又在余料上制取4個(gè)試樣進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，其抗拉強(qiáng)度值都在510 MPa左右。該焊接工藝評(píng)定失敗，制造廠只能報(bào)廢該焊接工藝評(píng)定，而重新選取材料為304LN的母材做焊評(píng)。

RCC-M規(guī)范規(guī)定的焊接接頭橫向拉伸試驗(yàn)用試樣尺寸不是很合理，由于非固溶處理態(tài)焊接接頭的強(qiáng)度一般大于母材，很容易導(dǎo)致試樣的斷裂部位出現(xiàn)在焊縫及熱影響區(qū)以外，尤其是選用抗拉強(qiáng)度低于產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度的“化學(xué)成分相近”的母材做焊評(píng)。而ASME規(guī)范規(guī)定的焊接接頭橫向拉伸試驗(yàn)用試樣的尺寸較為合理，確保了試樣斷裂在焊縫及熱影響區(qū)區(qū)域。此外，ASME規(guī)范規(guī)定，如果試樣斷在焊縫或焊縫界面以外的母材上，只要強(qiáng)度低于母材規(guī)定最小抗拉強(qiáng)度的量不超過5%，可以認(rèn)為試驗(yàn)滿足要求。這一規(guī)定，可規(guī)避由于母材存在局部缺陷而導(dǎo)致整個(gè)焊接工藝評(píng)定失敗。同時(shí)，焊接工藝評(píng)定用母材的選取，也不應(yīng)選取極限抗拉強(qiáng)度低于產(chǎn)品極限抗拉強(qiáng)度5%以上的母材，尤其是按照RCC-M規(guī)范制定的焊接工藝評(píng)定。

4.3 手工焊與自動(dòng)焊的爭(zhēng)議

堆內(nèi)構(gòu)件吊籃筒體與堆芯支承板的對(duì)接環(huán)焊以及上部吊籃筒體與下部吊籃筒體的對(duì)接環(huán)焊為全焊透接頭，接頭厚度分別為28.4 mm和50.8 mm，制造廠采用的焊接方法均為熱絲TIG焊，焊接時(shí)，筒體為立式，垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即對(duì)接橫焊。按照RCC-M規(guī)范進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，是采用板材對(duì)接焊還是采用管材對(duì)接焊，這是一個(gè)爭(zhēng)議的地方。RCC-M規(guī)范（2000年版+2002年補(bǔ)遺版）S3313規(guī)定，對(duì)于外徑≥460mm的管子，板材的焊接工藝評(píng)定同樣適用于管子的對(duì)接焊。百萬千瓦級(jí)核電廠堆內(nèi)構(gòu)件吊籃筒體的內(nèi)徑為3397.2 mm，遠(yuǎn)大于460mm的要求，但吊籃筒體與堆芯支承板焊接位置為垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的對(duì)接橫焊。按照常規(guī)理解，熱絲TIG焊應(yīng)為自動(dòng)焊，如表2所示，RCC-M規(guī)范只規(guī)定了水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)部件的平焊位置自動(dòng)焊板材的對(duì)接焊可適用于管材的焊接，沒規(guī)定垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的橫焊位置自動(dòng)焊可用板材對(duì)接焊覆蓋。那么，吊籃筒體與堆芯支承板的對(duì)接環(huán)焊以及上部吊籃筒體與下部吊籃筒體的對(duì)接環(huán)焊是否必須采用管材對(duì)接焊來評(píng)定。

熱絲TIG焊機(jī)由直流氬弧焊電源、預(yù)焊絲的附加電源、送絲機(jī)構(gòu)及控制、協(xié)調(diào)的控制部位組成。雖然制造廠的熱絲TIG焊機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送絲焊接，但焊接過程中依然需要人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，如同一層之間的不同焊道的轉(zhuǎn)換等。按照ASME規(guī)范QW490規(guī)定，自動(dòng)焊定義為焊接時(shí)，無須焊機(jī)操作工調(diào)節(jié)控制設(shè)備的焊接。機(jī)械焊定義為由焊機(jī)操作工通過目視觀察對(duì)由機(jī)械裝置夾持的焊嘴、焊槍或電極夾進(jìn)行手工調(diào)節(jié)控制、使用設(shè)備進(jìn)行的焊接。因此，應(yīng)將熱絲TIG焊理解為機(jī)械焊，而不是自動(dòng)焊。由于RCC-M規(guī)范沒有定義機(jī)械焊，也沒有明確定義手工焊和自動(dòng)焊，故在制定橫焊位置的筒體對(duì)接熱絲TIG焊焊接工藝評(píng)定時(shí)，能否用板材對(duì)接焊評(píng)定代替，存在較大的爭(zhēng)議。RCC-M規(guī)范2007年版對(duì)該規(guī)定進(jìn)行了修改，焊接工藝評(píng)定引用ISO 15614-1標(biāo)準(zhǔn)。在ISO 15614-1標(biāo)準(zhǔn)8.3.2.3節(jié)中規(guī)定，當(dāng)管子外徑大于500mm，或者在平焊和橫焊轉(zhuǎn)動(dòng)位置上的管子外徑大于150mm時(shí)，板材的評(píng)定適用于管子。按照該規(guī)定，吊籃筒體與堆芯支承板的對(duì)接環(huán)焊以及上部吊籃筒體與下部吊籃筒體的對(duì)接環(huán)焊可以用板材對(duì)接焊的工藝評(píng)定替代，減少了不必要的爭(zhēng)議。

表2 板材的焊接工藝評(píng)定適用于管子的條件Table 2 Conditions of welding qualification of butt welding applicable to pipe welding

4.4 破壞性試驗(yàn)的復(fù)驗(yàn)要求

RCC-M規(guī)范（2000年版+2002年補(bǔ)遺版）S3152關(guān)于焊接工藝評(píng)定破壞性試驗(yàn)的復(fù)驗(yàn)規(guī)定，如果某一不合格的結(jié)果是由于試驗(yàn)的實(shí)施過程有問題或由于在試樣中存在缺陷引起的，則有關(guān)結(jié)果不予認(rèn)可，并應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。且規(guī)定對(duì)于沖擊試驗(yàn)，若試驗(yàn)結(jié)果不合格只是由于某一個(gè)測(cè)試值不滿足要求，則可以在試驗(yàn)結(jié)果不合格試樣位置附近，再取2組試樣進(jìn)行試樣。至于其余的破壞性試驗(yàn)是否允許復(fù)驗(yàn)，未明確表述（RCC-M規(guī)范S2543關(guān)于焊材的驗(yàn)收中，對(duì)于所有的不合格試驗(yàn)，則都允許雙倍復(fù)驗(yàn)），工程實(shí)際中一般都是允許雙倍復(fù)驗(yàn)。但RCC-M規(guī)范2007年版S3200中規(guī)定，只有沖擊試驗(yàn)不合格時(shí)才允許復(fù)驗(yàn)。這一規(guī)定引起了很大的爭(zhēng)議。

RCC-M規(guī)范2007年版S3200的規(guī)定較為苛刻，破壞性試驗(yàn)不合格時(shí)，應(yīng)允許復(fù)驗(yàn)，分析如下：

1）影響破壞性試驗(yàn)結(jié)果的因素很多，包括人員的資質(zhì)、設(shè)備的校驗(yàn)與否、試樣的正確制備等。例如，晶間腐蝕試驗(yàn)用試樣若由于與碳鋼的不當(dāng)接觸，可能導(dǎo)致出現(xiàn)彎曲裂紋。雖然RCC-M規(guī)范規(guī)定，力學(xué)性能試驗(yàn)的試樣取在經(jīng)無損檢驗(yàn)顯示的質(zhì)量最好部位，但由于缺陷漏檢，也會(huì)導(dǎo)致拉伸和彎曲試驗(yàn)結(jié)果不合格，給后續(xù)的判斷帶來麻煩。

2）很多其他的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范都允許雙倍復(fù)驗(yàn)，或者沒明確禁止不允許雙倍復(fù)驗(yàn)。焊接工藝評(píng)定手冊(cè)中規(guī)定，任何一個(gè)試樣的任何一個(gè)試樣檢驗(yàn)結(jié)果不合格，則應(yīng)從焊接工藝評(píng)定試件上截取不合格試樣的雙倍試樣作重復(fù)檢驗(yàn)。每一個(gè)試樣的重復(fù)檢驗(yàn)結(jié)果均應(yīng)符合試驗(yàn)要求。GB/T 19869.1中也規(guī)定，如果試樣僅因焊接缺陷而不符合規(guī)定的破壞性試驗(yàn)要求，每個(gè)不符合項(xiàng)應(yīng)附加兩塊試樣。這些附加試樣可取自同一塊試件，或取自一個(gè)新焊制的試件。如果拉伸試樣不符合要求，則應(yīng)做兩個(gè)同樣的拉伸試樣。

3）禁止復(fù)驗(yàn)，會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)人員將所有的試驗(yàn)不合格的原因歸結(jié)為“試驗(yàn)的實(shí)施過程有問題或試樣中存在缺陷”，不利于分析試驗(yàn)結(jié)果不合格的真正原因。如拉伸試驗(yàn)不合格，試驗(yàn)人員會(huì)將不合格原因分析為試樣的裝卡不正確，從而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)允許復(fù)驗(yàn)的條件。

同時(shí)，出現(xiàn)某一項(xiàng)破壞性試驗(yàn)不合格時(shí)，當(dāng)剩余試板的尺寸不足以截取要求的雙倍試樣時(shí)，可再重新焊接一塊足夠截取該不合格試驗(yàn)用雙倍試樣的試板，而不必如RCC-M規(guī)范S2543中規(guī)定的“復(fù)試試樣應(yīng)從產(chǎn)生不合格試樣的同一試板中切取。如果無法做到這點(diǎn)，應(yīng)重新準(zhǔn)備一個(gè)能切取所有試樣的試板，并且所有試驗(yàn)結(jié)果均應(yīng)滿足規(guī)定要求”。

5 結(jié)束語

由于行業(yè)的不同，目前我國吸收采納了不同國家的標(biāo)準(zhǔn)。由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的差異，在制定焊接工藝評(píng)定時(shí)，難免出現(xiàn)爭(zhēng)議。同時(shí)，不同的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范也在借鑒其他規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)合理的規(guī)定，并吸收、采納工程實(shí)踐的反饋進(jìn)行自身的修訂，這也是很多標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不斷更新、升版、增加補(bǔ)遺的原因。針對(duì)堆內(nèi)構(gòu)件制造過程中遇到的爭(zhēng)議項(xiàng)，提出了以下觀點(diǎn)：

1）尺寸穩(wěn)定化處理的目的是為了消除機(jī)加工產(chǎn)生的應(yīng)力，由于其熱處理溫度較低，不屬于奧氏體不銹鋼焊接接頭固溶處理、穩(wěn)定化處理、消應(yīng)力處理等3種常見的熱處理，且不屬于RCC-M規(guī)范規(guī)定的焊后消除應(yīng)力熱處理、固溶處理或析出強(qiáng)化熱處理，故尺寸穩(wěn)定化處理為焊接工藝評(píng)定的非重要變素。

2）RCC-M規(guī)范規(guī)定的焊接接頭橫向拉伸試樣的尺寸，存在不合理的地方。由于縮截面受拉平行部分較長(zhǎng)，在采用極限抗拉強(qiáng)度低于產(chǎn)品要求的“化學(xué)成分相近”的母材進(jìn)行焊接工藝評(píng)定時(shí)，可能導(dǎo)致試樣的斷裂部位在母材部位，達(dá)不到考核焊接接頭抗拉強(qiáng)度的目的。同時(shí)，RCC-M規(guī)范應(yīng)借鑒ASME規(guī)范的規(guī)定，允許試樣斷在焊縫或焊縫界面以外的母材上，只要強(qiáng)度低于母材規(guī)定最小抗拉強(qiáng)度的量不超過5%，可以認(rèn)為試驗(yàn)滿足要求。

3）對(duì)于吊籃筒體的熱絲TIG對(duì)接環(huán)焊的焊接工藝評(píng)定，是將熱絲TIG焊理解為手工焊還是自動(dòng)焊，是由于RCC-M規(guī)范規(guī)定未明確而存在爭(zhēng)議的地方。而RCC-M規(guī)范2007年版明確了板材的焊接工藝評(píng)定適用于管子的條件，減少了不必要的爭(zhēng)議。

4）考慮到影響破壞性試驗(yàn)的不確定因素較多，RCC-M規(guī)范2007年版“只有沖擊試驗(yàn)不合格才允許復(fù)驗(yàn)”的規(guī)定要求過于苛刻。應(yīng)參考其他標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，允許破壞性試樣不合格時(shí)，進(jìn)行雙倍復(fù)驗(yàn)。雙倍復(fù)驗(yàn)時(shí)，只要余料足夠，在不符合項(xiàng)試樣的取樣部位附近取樣即可，而不用再重新焊制一塊足夠截取所有破壞性試驗(yàn)用試樣的試板。

[1]RCC-M 2000年版+2002年補(bǔ)遺版，壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)建造規(guī)則[S].（RCC-M 2000 and 2002 addendum, Design and Manufacture Rules for PWR NI Mechanical Equipment [S].）

[2]RCC-M 2007年版，壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)建造規(guī)則[S].（RCC- M 2007, Design and Manufacture Rules for PWR NI Mechanical Equipment [S].）

[3]ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范1998年版及至2000年補(bǔ)遺版，IX 焊接和釬接工藝，焊工、釬焊工、焊接和釬焊操作工評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].（ASME 1998 and 2000 addendum, Boiler and Pressure Vessel Code,IX: Qualification Standards for Welding and Brazing Processes, Welder, Brazer, Welding and Brazing Operator Performance [S].）

[4] GB/T 2649—1989,焊接接頭機(jī)械性能試驗(yàn)取樣方法[S].（GB/T 2649—1989, Sampling Methods for Welding Joint Mechanical Performance Test [S].）

[5] JB 4708—2000，鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定[S].（JB4708—2000, Welding Procedure Qualification for Steel Pressure Vessels [S].）

[6]ISO 15614-1—2004，金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定—焊接工藝評(píng)定試驗(yàn) 第一部分：鋼的弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的弧焊[S].（ISO 5614-1-2004, Specification and Qualification of Welding Procedure for Metallic Materials—Welding Process Test - Part 1: Arc and Gas Welding of Steels and Arc Welding of Nickel and Nickel Alloys[S].）

[7]NF EN 895-1995，Destructive tests on welds in metallic materials-Transverse tensile test[S].

[8]GB/T 19869.1—2005，鋼、鎳及鎳合金的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)[S].（GB/T 19869.1—2005, Welding Procedure Qualification Test for Steels, Nickel and Nickel Alloys[S].）

[9] GB 150—1998，鋼制壓力容器[S].（GB 150-1998,Steel Pressure Vessel [S].）

[10] 陳裕川.焊接工藝評(píng)定手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999:281.（CHEN Yu-chuan.Welding Procedure Qualification Mannual [M].Beijing:Mechanical Industry Press, 1999:281.）