核岛小容器制造焊接工艺评定及焊接质量控制研究

摘 要 焊接是核岛小容器制造环节的一项关键工作，焊接过程是一种特殊工艺过程，焊缝质量在焊接过程中形成。焊接工艺评定是为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价，是焊接工作实施的先决条件。焊接质量的好坏直接影响核岛小容器设备的安全运行。审核制造厂焊接工艺评定，评定设备施焊单位有能力进行符合设计规范要求的焊接活动，验证所制定的焊接工艺规程（WPS）的正确性和准确性。

关键词 焊接工艺评定；焊接质量缺陷；影响要素；控制措施

中图分类号：TG42 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00

核岛小容器包括压缩空气储罐、废液回收水箱、冷凝水回收箱、工艺疏水箱、含氧废水疏水罐、冷凝水贮存罐和各种除盐器等容器设备组成。质保等级为核Q2、3级。焊接是核设备制造的重要加工手段，焊接过程是一种特殊工艺过程，焊缝质量在焊接过程中形成。核岛小容器设备的焊接，通常以传统焊接工艺为主，即氩弧焊（TIG）或氩-电联合焊接（TIG+SMAW）。焊接工艺评定就是为了避免焊接常见缺陷的产生，使焊接接头的力学性能、弯曲性能或堆焊层的化学成分符合图纸设计规定，是对焊接工艺规程（WPS）进行验证性试验和结果评价的过程。焊接过程中由于受人员、设备、材料、标准文件和环境等多方面因素影响，会导致气孔、未熔合、未焊透、夹杂等缺陷出现。设备焊接制造中必须遵循焊接工艺评定进行焊接制造，如果焊接工艺评定无法满足设计要求将无法保证焊接质量。

1 核电小容器设备焊接前焊接工艺评定及焊接质量控制

1.1 焊接工艺评定过程的检查

产品施焊前，应检查WPS清单中所有焊接工艺是否都有焊接工艺评定支持，检查设备图纸中所示的所有焊缝是否都已编制WPS，并在WPS清单中列出。

1）检查制造商焊接工艺规程WPS中是否列出了焊接工艺评定报告（PQR），检查焊接工艺评定报告（PQR）中评定的可变参数有效范围能否覆盖产品的焊接变素，检查评定记录和报告是否符合相关规范标准和技术条件。

2）检查焊接工艺评定任务书规定的检验项目、数量、有效范围和验收标准是否符合规范标准和评定技术条件的要求。

3）评定条件检查内容：①确认评定现场已具备所需文件，施焊人员为熟练合格焊工或焊接操作工，且已熟悉评定文件。②验证评定用焊接设备、测量仪器已经鉴定合格并在有效期内。③验证评定试板的制备（试板尺寸、坡口形式、坡口制备方法、钝边的形式和厚度，锻轧方向等）符合规定要求。

4）评定试件焊接过程的检查内容：①评定试板组装：按照PWPS控制错边量、坡口间隙等、采取防变形措施（必要时）。②按PWPS要求对评定试板进行预热，控制预热温度大于规定预热温度的下限。③按PWPS要求开始焊接，控制层间温度、焊接电流、焊接电压、焊接速度等参数。④焊接完毕后按PWPS要求对评定试板进行热处理（如需要）。

5）无损检验的检查：检查评定试件是否已按照产品要求的无损检验项目进行了检验，RCC-M规定工艺评定试件的无损检验应满足1级焊缝的检验标准要求。

6）取样过程的检查：应在试件经过整体热处理和按评定文件规定的无损检验以后取样。力学性能试样应取在无损检验显示的质量最好区域中；宏观检验和（或）微观检验的金相试样应取在无损检验认为合格的缺陷显示部位。

1.2 焊接过程的质量控制

1.2.1 施焊前准备的检查

1）检查操作环境条件是否符合规定要求，不满足时，必须采取适当措施，消除其影响，否则严禁施焊。2）确认施焊用焊机状态完好，检测仪表经鉴定合格并在有效期内，电流表、电压表指示正常。3）确认施焊焊工考试合格项目与产品焊接各变素的符合性，并在3个月内无中断焊接操作，且连续中断考试合格项目对应的焊接工作不得超过六个月。4）检查焊材复验报告，确认复验的检验项目是否齐全，结果是否满足要求；确认所用焊材的牌号、规格等参数是否与焊接工艺要求一致，是否按要求进行了验收、烘培，是否有完整的发放、领用和回收记录。5）确认所采用的焊接工艺已进行了焊接工艺评定。6）检查焊接工艺规程是否已经得到批准，并摆放在施焊现场便于施焊者得到。7）组装前检查内容如下：①母材和焊接材料的标识。②待焊件坡口形状和尺寸：坡口角度、钝边、装配间隙和错边等。③焊接坡口及两侧已完全除油、除锈、除氧化皮，并按要求进行了表面无损检验；8）组装后检查待焊件尺寸检查，定位焊后，检查坡口尺寸公差、间隙公差、对口错边量是否符合焊接工艺要求。

1.2.2 焊接过程的检查

1）预热和层间温度的检查：检查预热温度不能超过焊接工艺规定的最小值，层间温度不能高于规定的最大值，预热宽度必须满足工艺要求，施焊现场应放置测温仪器。2）检查焊工是否严格按焊接工艺给定的参数实施焊接，包括对以下焊接参数的检查：焊接线能量、焊接电流、焊接电压、焊接速度、气体流量、焊道宽度等。3）如有根部保护要求，应检查根部保护气体流量、气体种类、保持的最小厚度等是否满足技术要求。4）焊接期间对焊道外观和尺寸进行检查，确保焊道分布符合技术要求，焊道表面不产生气孔、未熔合、未焊透、夹杂等缺陷。为此，应检查焊道和焊根的清理是否彻底，发现弧坑是否去除并进行了表面检验。5）检查焊工不得在设备表面上起弧，在第一层和最终焊缝上不得进行锤击；6）对于有后热要求的冷裂纹敏感材料，检查焊后是否及时进行了后热和焊后去应力热处理。7）检查焊工施焊过程中除正常打磨外，不得随意进行挖补焊接。8）检查焊工或质检人员是否按照程序要求进了焊接记录，记录是否规范，记录内容是否真实全面。

2.2.3 焊后外观检查

1）焊接完成后，确认是否清除了焊缝表面及邻近表面区域的焊渣、氧化皮和油脂等可能妨碍无损检验的物质。2）按照检验验收准则对焊缝尺寸和表面缺陷进行检查。

2.2.4 焊缝返修的检查

焊缝经无损检验发现超标缺陷时，应进行返修，焊缝返修的检查内容如下：1）焊缝返修应按经评定的返修工艺进行。2）根据返修工件的材质、缺陷部位和大小等，可分别采取机械加工、手工铲磨、碳弧气刨等方法清除缺陷。3）同一位置焊缝的返修不应超过两次。4）返修前应编制一份返修工艺或作业指导书。5）返修完毕外观检验合格后，应在补焊区冷却到室温一定时间后再对返修焊缝进行无损检测。

2.2.5 见证件检查

设置焊接见证件的目的主要是为了验证产品焊缝的质量，其焊接符合产品焊接工艺评定确定的操作要求，在对见证件进行检查时也应重点检查见证件与产品的符合性。

3 产品制造中出现的常见焊接质量事故分析

质量事故一：产品进行焊接产品见证件试板后，在试件与筒体的焊缝作PT无损检查时发现，焊缝出现纵向裂纹。

原因分析：产品在施焊前未按焊接工艺要求进行焊前预热处理，焊接过程中未按工艺要求进行加热保温处理，焊后温降速度过快。

质量事故二：在进行焊接工作巡检中，发现焊工未按照工艺规程WPS要求的焊接参数（电流、电压）及焊接速度要求进行焊接，存放焊条保温筒未进行接通电源进行保温加热，后进行UT无损探伤时发现夹杂和气孔缺陷。

原因分析：焊工违反WPS规定，只考虑尽快完成焊接工作，在焊接参数不符、焊条未保温情况下进行焊接工作。

质量事故三：在进行设备筒体与封头的组合环封焊接焊后检查中，采用RT探伤，在RT报告显示局部未焊透；

原因分析：由于筒体与封头规格偏差，组焊时，环缝内部出现局部焊缝错口问题，未得到焊工重视，焊后RT探伤出现为焊透的质量事故。

4 结论

焊接过程中由于受人员、设备、材料、标准文件和环境等多方面因素影响，会导致气孔、未熔合、未焊透、夹杂等缺陷出现。设备焊接制造中必须遵循焊接工艺评定进行焊接制造，如果焊接工艺评定无法满足设计要求将无法保证焊接质量。监造人员要对制造厂人员、设备、材料、标准文件和环境等方面加强焊接管理，有针对性地采取严格控制措施，对设备制造中出现的焊接质量问题进行分析研究，并进行有效的解决。以达到焊接质量的预防和有效控制，避免类似质量缺陷再次出现。

参考文献

[1]法国压水堆核岛机械设备设计和建造规则.2000版+2002 年补遗.

[2]美国 ASME 第Ⅸ卷焊接和钎接评定.2004.

[3]NB/T 47014-2011承压设备焊接工艺评定.

[4]NB/T 47015-2011压力设备焊接工艺规程.

[5]NB/T 47016-2011承压设备产品焊接试件的力学性能检验.

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