核安全设备焊接基本知识.docx
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1、第三章 核安全设备焊接基本知识第一节 核安全设备焊接活动核安全设备是核电厂安全屏障的主要组成部分。其中,核安全机械设备主要包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道和其他核级容器、管道、泵、阀门等,这些设备中大部分设备是由不同部件经焊接而成,这些部件和焊接接头大都是压力边界的组成部分,这些焊接接头的焊接质量直接影响反应堆冷却剂系统的完整性和运行的可靠性,一旦出现破裂将可能带来严重的放射性释放后果。一、焊接活动的特点随着现代工业的高速发展和焊接技术的不断进步,焊接作为一种金属连接的工艺方法,在金属结构生产中得到了广泛的应用。与其他连接方法相比,焊接连接技术具有许多突出的优点。同时与其他
2、工艺技术一样,焊接技术也有其自身的薄弱环节。1、焊接质量好先进的焊接工艺方法可以确保获得优质的焊接接头,现代的检验手段可以使焊接接头的质量得到保证;2、生产效率高焊接接头所占空间小,金属材料利用率高,焊接生产制造成本低,生产制造效率高;焊接可适应不同位置、不同结构、不同金属材料的连接,施工操作相对简便,易实现机械化和自动化;3、刚度大、整体性好焊接连接是一种金属原子间的连接,其承载能力强可以承受静载荷也可以承受动载荷,特别是全焊透的熔焊接头,也能较好地承受各向产生疲劳应力的载荷,使用寿命长久。4、焊接过程金属材料的性能变化剧烈而复杂,容易产生缺陷焊接过程中母材、焊材和焊剂熔化、混合再凝固;温度
3、在短时间从低到高再到低,最终焊接接头的性能不易把握。二、民用核安全设备焊接重要性和特殊性现代焊接技术已使焊接接头的性能接近母材的性能,但焊接作为一种特种工艺,其质量特别依赖于采用的焊接工艺、焊工的技术水平和工艺过程的控制。在以往的核安全设备制造安装活动中,曾发生过多起因设备焊接质量问题而导致的重大事件,对核设施的安全稳定运行构成一定的风险。如某压水堆核电厂反应堆压力容器在制造过程中由于焊材采购、验收及焊接工艺评定不充分等问题致使接管安全端焊缝存在超标缺陷;后又由于焊工违反工艺纪律违规进行挖补等原因,缺陷在制造厂没有彻底处理,致使在役前检查时仍发现超标缺陷。为处理该不符合项,从监督审评、考察承包
4、商、制订返修方案、签订合同到完成全部补焊工作共用了三个多月的时间,经济损失达几百万元,该厂也被吊销了制造许可证。又如:某制造厂的安全壳喷淋热交换器筒体与管板环焊缝存在严重未焊透缺陷;某阀门公司在核级阀门制造活动中由于没有严格按照要求对制造活动进行控制,使用无证焊工从事核级阀门的焊接,导致出现阀门质量不合格事件,不得已将所有已安装的阀门切割下来,重新返回制造厂进行修复,造成一定的经济损失。上述事例都是由于焊接过程控制不力造成的,除造成一定的经济损失,还使人们对核安全设备国产化的质量产生疑虑。由此可见,焊接在民用核安全设备制造中具有重要作用。鉴于焊接在民用核安全设备制造中具有的重要作用,焊接作为一
5、种特种工艺,其在民用核安全设备制造安装活动中的特殊性主要表现在以下几方面:焊接设计控制:反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道等核岛主设备,由于长期处于高温、高压和强辐照环境下运行,要求其制造用原材料包括焊接材料具有较高的塑性和韧性、良好的焊接性及抗辐照和耐腐蚀等性能。对于焊接的结构和强度设计,应遵循核安全设备所用规范的要求。焊接人员资质:从事民用核安全设备制造安装活动的焊工和焊接操作工必须按照民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定取得相应资质。焊接工艺控制:民用核安全设备制造安装单位应具有相应的程序或细则用于焊接工艺评定、焊接工艺规程和检验规程的编制和批准,并指导焊工的焊接操作和
6、检验人员的检验。核安全设备焊接工艺评定需评定的项目比常规压力容器的评定项目多,如:法国RCC-M对于反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器等主焊缝的焊接工艺评定要求进行高温力学性能和冲击试验等;对于不锈钢设备要求进行晶间腐蚀和铁素体的测定等。焊接过程控制:要求焊工在操作过程中严格执行焊接工艺规程,尤其是采用机械化焊接时,要克服麻痹思想,认真操作,加强自检,直至焊接完成。在焊接过程中,焊工和质检人员应作好焊接参数记录工作。焊接质量检验:民用核安全设备焊接质量检验按不同阶段分类可以分为:入厂检验、工序检验、成品检验等。对于壁厚较大设备的焊缝,通常要进行多次无损检验,采用的无损检验方法也不止一种。各项检
7、验均应事先编制检验规程,检验完成后按规定要求完成检验报告。见证件:对于核安全设备中一些重要部件的焊缝,如:核1、2、3级主设备的焊缝;管子与管板的焊缝等还应按所用规范的要求设置见证件,用来模拟实际产品焊缝的施焊条件,进行破坏性检验以鉴定与产品的符合性。三、核安全设备现行规范标准对焊接的技术要求(一) ASME规范ASME规范对核安全设备制造安装活动中焊接技术的要求包括四大部分:1. 焊接通用要求第卷焊接及钎焊评定主要对锅炉及压力容器的焊接工艺评定、焊工技能评定及焊接资料(焊接工艺规程制订和格式、焊接工艺评定记录和格式)三方面进行了规定,属于通用性要求。第卷C篇焊条、焊丝及填充金属与之配套。2.
8、 材料要求ASME第卷焊接和钎接评定对焊接工艺评定的母材进行了分组,目的是减少焊接工艺评定的数量。3. 核电特殊要求第卷各分卷(NB、NC、ND等)中2400、3350、4000及5000章规定了各类核安全设备的材料、设计、制造和检验等方面的要求。其中:l 3350章把各类接头分为A、B、C和D类,不同的焊接接头应符合相应的制造和检验要求。l 4000章主要针对制造过程中的成形、装配和对中、焊接评定、施焊要求、检验和补焊的规则、热处理等进行规定。l 5000章主要是检验的通用要求,对焊缝的检验及检验标准等做了规定。4. 材料理化检验方法ASME规范中材料理化检验方法的依据标准为美国材料与试验学
9、会的标准。5. 设备的功能性试验ASME规范中设备的功能性试验依据美国国家标准,如阀门的结构和功能试验要求依据ANSI 16.34、16.41等,管件制品试验依据ANSI 16.9等。(二) 法国RCC-M规范RCC-M规则对核安全设备制造安装活动中焊接技术的要求包括两部分。RCC-M第一卷的第二册 B、C、D篇对核安全1、2、3级设备在设计、制造和检验方面做了一些规定。3350章焊接结构的设计、4000章制造及检验,其中4400章焊接及其技术,主要援引S7000一章。S篇主要针对压水堆核岛机械设备在焊接生产中的焊接填充材料验收及评定、焊接工艺评定、焊工和焊接操作工的考核、制造车间的技术评定、
10、核岛机械设备焊接要求、检验项目、检验方法及标准等进行了规定,S7000专门规定了焊接全过程的控制,包括坡口制备、对口组装、坡口的检验、定位焊的实施、焊接过程、焊缝焊后加工、焊缝检验和热处理等相关工序。(三) 俄罗斯规范俄罗斯核电标准中用于核安全设备制造安装活动中焊接技术的标准主要有:1、焊工考核方面:-7-003-89核电厂设备和管道焊工考核规则; 34.15.013-89苏联国家核动力监督局监督的核能站安全壳和安全隔离系统厂房密封衬里焊工培训标准2、焊接工艺评定及焊接接头验收准则方面:-7-010-89核动力装置设备及管道焊接接头和堆焊检验规程3、焊接过程控制方面:-7-008-89核动力装
11、置的设置和设备及管道的安全运行规程-7-009-89 核动力装置的设备管道焊接和堆焊的基本规则-10-31-92核电站安全隔离系统部件焊接基本规则-10-32-92核电站安全隔离系统部件焊接监测规则 2730.300.02-91核设备和管道102,102,152,和152-牌号钢制零件焊接,堆焊的焊接接头热处理第二节 民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定焊接活动的一个重要特点就是焊工、焊接操作工的技能和素养对产品的质量有着决定性的影响。焊工、焊接操作工缺乏培训、经验不足、敬业精神不够、责任心不强,都有可能导致产品质量出现问题,造成严重损失。与驾驶车辆一样,焊工、焊接操作工的技能和安全素养来
12、自于一定时间的练习和实线经验的积累。因此,在各个工业规范体系中,焊工考核都占有重要的地位。目前国内各行业都采用专业技术资格考核的方式对焊工进行管理。核能工业由于其巨大的社会和资金风险,十分注意核安全设备活动的过程控制。对于焊接工作,核安全设备活动不仅要求对焊接产品进行检验,还要求对整个焊接过程进行控制。鉴于焊接在民用核安全设备制造和安装过程中的重要性和特殊性,从事民用核安全设备焊接活动的焊工除应具备常规的焊接理论知识和操作技能外,还应具备核电基本知识、核安全质量保证、核电规范标准及核安全设备焊接特点等方面的知识,以及较高的核安全素养。为此,国家核安全局于1995年发布了民用核承压设备焊工培训、
13、考核和取证管理办法(以下简称“管理办法”)。实践表明,对核安全设备的焊工实施许可和监督管理,保障了核安全设备焊工和焊接操作工的焊接质量,但该管理办法实施至今已近十几年了,与目前国内外同类标准存在着一定差距,其中一些内容已经不再适用当前核安全设备焊工的许可和监督管理。因此,依据民用核安全设备监督管理条例,由国家核安全局组织重新编制了民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定(以下简称“HAF603”),于2008年1月1日开始实施。HAF603的编制在总结核工业、机械工业和电力行业执行原HAF603的反馈经验的基础上,参考了欧洲标准焊工考试-熔化焊-第一部分:钢EN287-1(2004版)(以下简
14、称“EN287-1”)、RCC-M S册(2000版)、ASME 卷焊接及钎焊评定(2001版)(以下简称“ASME 卷”)及我国锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则(02版,以下简称容规)等技术标准,同时考虑了我国当前核安全设备安全监管的需要。HAF603正文主要侧重管理方面,包括总则;机构和职责;考试内容和方法;考试结果评定、证书颁发与管理;监督检查;法律责任;附则等;HAF603的三个附件是技术方面内容,包括焊工操作技能考试要求、考试试件的检验要求、核电特殊情况举例等。在管理方面:l HAF603规定由国家核安全局统一对民用核安全设备焊工实施许可和监督管理,负责核准颁发民用核安全设备焊
15、工资格证书;l 将理论知识考试分为基础理论和专项理论两部分,其中基础理论知识考试由国家核安全局组织实施;l 国家核安全局选定民用核安全设备焊工焊接操作工考核中心(以下简称“考核中心”)负责焊工专项理论考试和操作技能考试(以下简称“焊工考试”)。此外,HAF603还对考核中心应具备的条件、焊工报考条件、申报要求、焊工考试试件的制备和焊接要求、焊工资格有效期限和延期条件、资格证书的持有条件、焊工考试活动的监督、境外焊工的核准及法律责任等诸多内容进行了规定。在焊工操作技能考试方面:l HAF603附件1围绕焊工考试规定了一系列影响焊工操作技能考试有效性的变素,并就这些变素规定了考试项目代号的编写原则
16、和替代规则。为便于规范焊工考核管理,HAF603对焊工考试合格项目代号的表示方法做了具体的规定和举例。l HAF603附件2主要依据容规,并参照EN287-1和ASME 卷对试件的检验项目和检查数量、试样的检查数量及试件和试样的检验验收准则等进行了规定。l 为了突出核安全设备焊接特点,HAF603附件3参照法国RCC-M S册(2000版),HAF603规定了核安全设备中一些重要焊缝焊工焊接考试的具体要求,如:奥氏体铁素体不锈钢和镍基合金的堆焊、热交换器或蒸汽发生器管板焊接、特殊的密封焊缝(顶盖、接头等)、耐磨堆焊等。57第三节 核安全设备焊接质量控制核安全设备的质量是靠每一道工序质量来保证的
17、,核安全设备、压力容器、焊接结构等的制造及安装质量,要达到所要求的技术条件和质量标准,就必须进行质量控制。焊接作为核安全设备制造、安装活动中的关键工序是保证核安全设备质量的决定性环节。整个焊接质量控制的主要环节包括:焊工管理、焊接工艺评定、焊接材料管理、焊接设备管理、焊接过程控制和焊接缺陷的检验等环节。一、 焊工管理由于核安全焊接工作属于特殊工种,有些情况下还属于隐蔽工种。焊工的技能和敬业精神对焊接质量的影响不言而喻。由于焊工和聘用单位的雇佣关系,聘用单位应对焊工行为的控制负主要责任。聘用单位在选拔、培训、考核、教育和使用等诸方面应充分考虑核安全设备焊接活动的重要性和特殊性,采取必要的措施保证
18、焊工的技能水平和核安全素养:l 选拔时首先应从焊工学历、理论知识、操作技能和经验等方面进行评定,如:从具有常规压力容器焊工资质,且从事焊接活动时间较长,有一定核安全设备焊接经历,焊接质量满足要求的人员中挑选。l 在培训中应有长期规划,从简到难,循序渐进,培养焊工的归属感。在思想和生活上进行正确引导和关心爱护,给他们创造良好的工作环境及和谐氛围,提高他们对工作的积极性和敬业精神。l 在实际工作中,要求他们按程序操作、纠正在常规产品焊缝实施过程中的随意性,严肃工艺纪律。采取上岗考核和质量跟踪等措施激励他们勤学苦练,迅速提高焊接技能。对于核安全设备焊工来讲,核安全素养是不可缺少的,而人的素质修养是通
19、过不断的学习和日常知识的积累逐步提高的。因此,从事民用核安全设备制造和安装活动的聘用单位要重视对核安全设备焊工、焊接操作工的思想素质和核安全文化教育,通过不断学习和培训以及其他多种形式将核安全文化意识固化在焊工的头脑中,使他们体会到焊工在核电厂安全中的重要性是其它工种无法替代的责任感,认识到“焊接质量是做出来的,不是监督检查出来”的这一基本道理,养成必须要自觉按照核质量保证大纲和程序规定要求开展焊接活动的工作作风。在实际核安全设备的焊接活动中,民用核安全设备焊工、焊接操作工在焊接活动中应做到以下几点:1、 明确拟将开展的焊接活动范围是否与自己取得资质的许可范围一致;2、 焊接前自检,检查内容包
20、括:焊接规程的可行性;检查被焊材料和所用焊材与产品要求的一致性;焊接设备的可用性和正确性;焊件待焊状态(焊接坡口及清洁情况、焊接位置等);焊接参数的设定等;3、 虚心接受各方面的检查和监督;4、 自觉遵守核质量保证大纲和程序、图纸及焊接规程等;5、 记录施焊过程的焊接参数,包括焊材特征参数(牌号、规格、批号、标准号、保护气体名称、流量等)、电流种类和极性、焊接电流、电弧电压、送丝速度、预热和层间温度、焊接层道等;6、 对于自己造成的缺陷能够主动汇报;7、 焊接完成后,对焊缝打磨前后的外观质量进行自检;8、 如有焊接缺陷,应按经评定的焊接工艺规程进行补焊。总之,焊工在民用核安全设备制造和安装活动
21、中,做任何事情一定要遵循凡事有章可循、凡事有人负责、凡事有据可查的原则。对于违反法规和规程要求的事,不管是什么人要求,焊工都可以拒绝。二、焊接工艺评定为了保证核安全设备的焊接质量,制造和安装单位应根据所用规范,进行焊接工艺评定。焊接工艺评定要求按照拟定的焊接工艺评定指导书,准备工艺评定试件;依据焊接工艺规程焊接并初步检验工艺评定试件;依照焊接工艺评定指导书检验和评定焊接接头性能;汇总焊接方法、焊前准备、加工、装配、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、焊接热输入以及焊后热处理等工艺因素和试验记录及结果,并整理成工艺评定报告;必要时,修订焊接工艺规程。 焊接工艺评定的目的是验证用设计的焊接工艺
22、进行焊接的焊接接头力学性能、理化性能和密封性能等是否符合设计的技术要求;评定施焊单位是否有能力进行符合所用规范要求的焊接活动;验证施焊单位所制定的焊接工艺规程的正确性和准确性。(一)焊接工艺评定依据的标准核安全设备焊接工艺评定依据的标准应为核安全设备所用规范要求的标准。对于ASME是美国ASME规范第卷焊接和钎焊评定和第卷有关章节。ASME规范第卷焊接和钎焊评定是对所有压力容器进行焊接工艺评定的通用卷,当用到核安全设备上时必须附加第卷的要求才是最完整的。第卷适用于ASME规范其它卷所允许的各种手工或机械化焊接方法的焊接工艺规程的制订及焊接工艺及焊工的评定。第卷表明:为了确保所焊的产品焊缝具有所
23、预期的使用性能,焊接工艺应进行评定,获得符合要求的焊接工艺规程(WPS)和工艺评定报告(PQR)。焊接工艺规程(WPS)是为焊工或焊接操作工制造符合规范要求的产品焊缝而提供指导的、经过评定的焊接工艺文件,是指导焊接工作的依据,无论在焊工培训、考试或产品焊缝实施中都应认真地贯彻执行。对于RCC-M是RCC-M S篇S3000章。RCC-M S3000焊接工艺评定一章对碳钢和低合金钢、奥氏体或奥氏体-铁素体不锈钢、镍基合金等的对接焊、特殊焊缝(异种金属焊接、特殊密封焊、马氏体不锈钢对接焊、角焊缝、焊缝挖补修复电子束焊等)、奥氏体-铁素体不锈钢和镍基合金的堆焊、热交换器或蒸汽发生器管板与传热管焊接、
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