李守彬，趙 震

（山東核電設(shè)備制造有限公司，山東 海陽 265118）

0 概 述

在AP1000核電機組建造中，采用了工廠化預(yù)制和模塊化施工的建造理念，提高了安裝質(zhì)量，縮短了建設(shè)工期。在AP1000模塊制造的質(zhì)量控制中，除了執(zhí)行規(guī)程規(guī)范和QC人員的監(jiān)督檢查外，也有效實施了無損檢測方案。在模塊制造階段，通過無損檢測和質(zhì)量信息反饋，監(jiān)測了模塊結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化。無損檢測信息的反饋也對設(shè)計質(zhì)量和生產(chǎn)質(zhì)量的改進起著重要作用。

1 模塊結(jié)構(gòu)及焊接常見缺陷

1.1 設(shè)備模塊結(jié)構(gòu)特點與缺陷分析

設(shè)備模塊由管道、管道支架、泵等組成，如圖1所示。為了易于裝配，將其組裝成單元，建立了模塊化的制造形式。這些模塊中大部分管道支架的制作是在車間內(nèi)預(yù)制完成，對該類結(jié)構(gòu)的制作，需進行預(yù)先檢測，以減輕現(xiàn)場檢測的工作量。

圖1 模塊的典型結(jié)構(gòu)

支架以型鋼（方型剛、H型鋼）為主體結(jié)構(gòu)，用二氧化碳保護焊（以下簡稱二保焊）及手工焊進行焊接，這種支架結(jié)構(gòu)的焊縫，在實施無損檢測時往往受到諸多的制約因素：在進行磁粉檢測和滲透檢測時常常受到檢測空間的限制；在實施檢測前由于碳鋼易生銹、空間相對狹小的緣故，往往造成表面制備不符合檢測條件，造成檢測困難；在實施某大型模塊檢測時，上下橫梁之間跨度達3m，還需攜帶儀器與設(shè)備，給檢測造成不便，只能等模塊的位置翻轉(zhuǎn)后，才能進行補充檢測。

設(shè)備模塊的焊接方式主要為二保焊和手工焊，由于模塊的結(jié)構(gòu)主要為型鋼的組對，焊縫的長度較短，在實施焊接時由于起收弧不當(dāng)、電流較小等因素，容易出現(xiàn)弧坑裂紋、未焊透、咬邊、氣孔等焊接缺陷；對于大型核級模塊中的中厚板二、三類鋼的焊接，需要進行焊前預(yù)熱，其焊接質(zhì)量受到的影響因素更多，目前發(fā)現(xiàn)的主要是橫向裂紋、咬邊等焊接缺陷，圖2所示為典型的橫向裂紋缺陷。

圖2 典型的橫向裂紋

1.2 結(jié)構(gòu)模塊特點與缺陷分析

結(jié)構(gòu)模塊的組成形式，如圖3所示。這種模塊主要用于乏燃料貯存、傳輸、廢物收集和容納主回路介質(zhì)，結(jié)構(gòu)模塊一般由鋼板和型鋼及內(nèi)部混凝土構(gòu)成。鋼板和型鋼的組成結(jié)構(gòu)在車間預(yù)制，完成后再與現(xiàn)場管道、電纜托盤、小管、支架等進行裝配。

圖3 結(jié)構(gòu)模塊典型結(jié)構(gòu)圖

在結(jié)構(gòu)模塊的制造連接方面，全部采用焊接方式連接成形，考慮到結(jié)構(gòu)模塊作為大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，采用的焊接方法應(yīng)兼顧成本與構(gòu)件的復(fù)雜程度，確保質(zhì)量要求。在車間預(yù)制過程中，主要采用手工焊和二保焊實施焊接，這兩種焊接方式的應(yīng)用較其他焊接方法更為廣泛。在施焊位置和氣體保護相對困難的情況下，手工電弧焊是焊接復(fù)雜件的通用方法，二保焊以低成本、高效率成為結(jié)構(gòu)模塊外部連接件的主要焊接方法。

在結(jié)構(gòu)模塊的實際焊縫檢測中，較為常見的缺陷主要有裂紋、氣孔、夾渣等，對于此類缺陷性質(zhì)的判斷以及缺陷產(chǎn)生的原因和防止措施，主要有幾個方面。

（1）結(jié)構(gòu)模塊焊縫中表面的氣孔缺陷主要通過表面滲透檢測和磁粉檢測檢出，其形成的主要原因是二保焊時由于焊絲清理不凈、保護氣體純度低等，對于手工焊氣孔缺陷則是由于焊條藥皮變質(zhì)脫落、電流過大或電弧過長等原因造成的。進行滲透檢測時，當(dāng)施加顯像劑后，氣孔缺陷處將形成中間顏色較深、邊緣較淺的圓形顯示。因該廠位于沿海地區(qū)，空氣濕度大，加之模塊鋼板從下料到投入裝配的周期較長，所以，應(yīng)及時對構(gòu)件進行防銹處理，并做好領(lǐng)取焊條后的保溫和保護，加強坡口和焊縫兩側(cè)的清理。采用二保焊時，要經(jīng)常清理焊絲和焊嘴，并選用合適的電流、電弧電壓和焊接速度。

（2）有時因核電現(xiàn)場建設(shè)工期緊張、結(jié)構(gòu)模塊急于出廠等原因，導(dǎo)致個別模塊的焊接速度過快，對被焊邊緣和各層焊縫間的雜質(zhì)清理不凈，造成夾渣缺陷的形成，其危害性類似于氣孔，使模塊的相關(guān)力學(xué)性能減弱，給模塊在各重要核級設(shè)備系統(tǒng)中的穩(wěn)定運行帶來隱患，夾渣缺陷的檢出主要依靠超聲波檢測，根據(jù)檢測時超聲儀的波形顯示，可以對缺陷進行定性判定。

（3）裂紋是結(jié)構(gòu)模塊所有缺陷中危害最大的一種缺陷，如圖4所示。這種缺陷除了降低模塊焊接接頭的強度外，還因裂紋的末端呈尖削的缺口狀，在模塊承載后引起應(yīng)力集中，成為結(jié)構(gòu)斷裂的起源。這種缺陷不管是在核電現(xiàn)場模塊的施工吊裝，還是核電站啟用后的承壓運行，都將成為致命的質(zhì)量問題，而導(dǎo)致嚴重的后果。

圖4 結(jié)構(gòu)模塊中裂紋顯示

2 無損檢測技術(shù)在模塊制造中的應(yīng)用

2.1 無損檢測技術(shù)的特點與難點

在模塊的無損檢測中，由于檢測方法自身的局限性，不能完全檢測所有的工件焊縫和所有缺陷。為了提高檢測結(jié)果的可靠性，必須在檢測前，根據(jù)焊縫的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸，分析并預(yù)計可能產(chǎn)生的種類及各種形狀的缺陷，確定檢測的重點應(yīng)放在哪些部位。經(jīng)綜合分析后，選用正確的檢測方法才能是合理和經(jīng)濟的。根據(jù)車間模塊產(chǎn)品的規(guī)格、材料及焊接形式，目前采用的無損檢測方法是超聲波檢測（UT）、射線檢測（RT）、磁粉檢測（MT）與滲透檢測（PT），同時也編制了業(yè)主及采購方認可的檢驗規(guī)程，但在模塊產(chǎn)品檢測實施過程中也存在諸多難點。

對模塊的超聲波檢測中，因薄板對接焊縫、帶墊板對接焊縫、不等厚對接焊縫和管板斜對接焊縫等特殊焊縫形式對無損檢測人員專業(yè)技能要求較高，在初期的檢測中，會出現(xiàn)對檢測結(jié)果進行反復(fù)驗證、檢測速度慢等現(xiàn)象，但隨著對此類焊縫的檢測經(jīng)驗的積累和檢測數(shù)據(jù)的不斷完善，為模塊的質(zhì)量控制提供了堅實的基礎(chǔ)。

2.2 改進工藝的作用

在實際檢測中，依據(jù)無損檢測技術(shù)特點，提出了多項技術(shù)和制造工藝優(yōu)化措施，為產(chǎn)品的順利制造提供了支持，現(xiàn)列舉幾例無損檢測在改進生產(chǎn)工序中的具體作用。

（1）在對某CA結(jié)構(gòu)模塊的無損檢測過程中，由于其母材為雙相不銹鋼，對焊縫的檢測具有特殊性，前期焊縫打底檢測時，對多個子模塊檢測后，發(fā)現(xiàn)許多焊縫顯示有線性缺陷，共發(fā)布34份返修通知單，涉及50余道焊縫的返修，對于此信息反饋，經(jīng)有關(guān)人員協(xié)調(diào)和多次溝通，改進了模塊的焊接工藝，最終通過改變雙面焊焊接順序，控制打底焊打磨深度等多種措施，徹底解決了該模塊的焊接缺陷問題，為現(xiàn)場該模塊的順利吊裝贏取了寶貴的時間。

（2）在某Q類設(shè)備模塊零件（如圖5所示）的超聲波檢測中，發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙中為焊縫檢測所留空間（虛線與焊縫之間的部分）無法滿足超聲波檢測預(yù)留面L＝2.5 KT（L：掃查面K：探頭K 值，T：焊縫母材厚度）的技術(shù)要求［1］，經(jīng)與技術(shù)人員溝通，將生產(chǎn)工藝改為先進行方板焊接，經(jīng)超聲波檢測后切除左下方多余部分，在不影響結(jié)構(gòu)裝配和焊接條件下滿足超聲波的檢測要求。

圖5 Q類設(shè)備模塊零件

（3）某R設(shè)備模塊吊裝吊耳的連接焊縫需要進行超聲波檢測，吊耳零件如圖6所示，但中間的起吊圓孔會造成焊縫中間部分的漏檢，為了實現(xiàn)焊縫的100%檢測，保證該模塊的吊裝質(zhì)量和安全，經(jīng)協(xié)商，將工藝改為焊接后先進行無損檢測，再進行鉆孔，雖然給后續(xù)鉆孔工序帶來了極大的不便，但焊縫質(zhì)量得到了保證。

圖6 某R設(shè)備模塊的吊耳零件

2.3 提升產(chǎn)品質(zhì)量和信息反饋中的作用

在2010年～2012年，通過隨機取樣對無損檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，共出具模塊返修單111份，涉及設(shè)備模塊Q類、KT類、R類返修單28份，結(jié)構(gòu)模塊CA類返修單83份，其中缺陷較為集中的為CA03模塊的PT檢測、Q601模塊的MT檢測等，在被檢測的材質(zhì)統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，對于S32101母材的焊縫，不管是PT檢測還是UT檢測，均出現(xiàn)了較多的返修現(xiàn)象，從而引起了焊接技術(shù)人員和質(zhì)量人員的重視，及時解決了該類問題后，最終使焊接質(zhì)量處于可控狀態(tài)。詳細統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 無損檢測返修取樣信息統(tǒng)計

通過無損檢測發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷后，及時下發(fā)返修通知單，QC和技術(shù)部門可以及時掌握產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)并分析解決問題，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量，確保了模塊產(chǎn)品的生產(chǎn)進度。

2.4 提升焊工施焊技能中的作用

在實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制的同時，也通過無損檢測工作提升了焊工施焊技能水平，從根本上提高了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。在每次檢測過程中，通過檢測人員對缺陷的定性與定位，可以使實施焊接的焊工及時得到信息反饋，從焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)、焊縫清根打磨的深度、施焊角度等方面進行經(jīng)驗總結(jié)，不斷改進施焊方法，經(jīng)過反復(fù)的質(zhì)量反饋與焊工總結(jié)，鍛煉出大批優(yōu)秀的焊工，為模塊的高質(zhì)量制造打下了基礎(chǔ)。

3 結(jié) 語

AP1000設(shè)備制造過程中的無損檢測是一項龐大的系統(tǒng)工程，從模塊的工藝試驗與評定、以及產(chǎn)品的檢驗，相比于其他同類鋼結(jié)構(gòu)焊接產(chǎn)品，對于無損檢測的比例、驗收標(biāo)準(zhǔn)都提出了較高的要求。在近5年的模塊制造中，無損檢測工作為改進工藝圖紙、提升產(chǎn)品質(zhì)量、質(zhì)量信息反饋、提升焊工技能水平等方面發(fā)揮了巨大的作用。