核電用不銹鋼焊材標準適用性分析及采購要點

王 勇，姜亮亮

（1.中國核電工程有限公司，北京100840；2.中國中原對外工程有限公司，北京100191）

核電用不銹鋼焊材標準適用性分析及采購要點

王 勇1，姜亮亮2

（1.中國核電工程有限公司，北京100840；2.中國中原對外工程有限公司，北京100191）

評析了核電用不銹鋼焊材的適用標準，綜合眾多焊材采購技術(shù)規(guī)格書，分析了不銹鋼焊材的采購要點，對于核電用不銹鋼焊材的國產(chǎn)化起到一定的促進作用。

焊材標準；批的定義；焊材評定

0 前言

焊接在核電建造中有著舉足輕重的地位，一旦在焊接環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，將造成無法彌補的重大損失。焊接材料對焊接質(zhì)量的影響至關(guān)重要，直接影響機械設(shè)備和安裝的質(zhì)量，焊材的質(zhì)量關(guān)系到核電站設(shè)備的壽命和安全。

不銹鋼具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，所以在核電站中有著重要應用，在核電站建造中的核級設(shè)備、管道的母材材料大多為奧氏體不銹鋼，壓力容器內(nèi)表面的不銹鋼堆焊、蒸汽發(fā)生器下封頭的內(nèi)表面堆焊、穩(wěn)壓器等一回路設(shè)備，同時在三代核電站的堆芯補水箱和安注箱、非能動余熱排出熱交換器等設(shè)備上的均使用不銹鋼堆焊，可見不銹鋼焊材的質(zhì)量關(guān)系到核電站一回路和重要設(shè)備的壽命和安全。

1 核電用不銹鋼焊材標準的適用性

1.1 普通不銹鋼焊材的適用標準

我國焊材國家標準絕大多數(shù)是全國焊接標準化委員會歸口管理。碳鋼、低合金鋼和不銹鋼焊條國家標準是1967年首次制定頒布的，隨著我國金屬材料的不斷發(fā)展和焊接技術(shù)水平的日益提高，我國焊條標準已進行了多次修訂與補充，并逐漸向國際標準靠攏。

焊接標準化機構(gòu)所編制的鋼焊材標準受ASME SFA/AWS標準的影響很大，很多等效采用或參照了ASME SFA/AWS標準，如GB/T 17853-1999《不銹鋼藥芯焊絲》中特別提到“本標準在技術(shù)內(nèi)容上等效采用了ANSI/AWS A5.22-95《電弧焊不銹鋼藥芯焊絲及鎢極惰性氣體保護焊不銹鋼藥芯填充焊絲規(guī)程》”的說明，所謂等效采用即在焊材熔敷金屬化學成分、力學性能、型號分類和試驗方法等技術(shù)內(nèi)容與美國標準完全一致。

最近幾年，由于國家標準化方面有優(yōu)先采納ISO標準的要求，一些新制訂的標準多以ISO為主要參照標準，同時根據(jù)我國的工業(yè)實際進行適應性修改。如GB/T 25777-2010《焊接材料熔敷金屬化學分析試樣制備方法》等同采用ISO 6847：2000《焊接材料熔敷金屬化學分析試樣制備方法》；GB/T 25778-2010《焊接材料采購指南》采用ISO 14344：2010《焊接及相關(guān)過程渣保護和氣保護焊接材料采購指南》。

下述標準為一般性工業(yè)用焊材標準，在核電站常規(guī)島建設(shè)、安裝中以及核島的一些NC級設(shè)備中普遍應用，對于核島的核級設(shè)備建設(shè)安裝可作為一般性參考。

常用的不銹鋼焊材相關(guān)國家標準有：

GB/T 983-1995《不銹鋼焊條》

GB/T 17853-1999《不銹鋼藥芯焊絲》

GB/T 17854-1999《埋弧焊用不銹鋼焊絲和焊劑》

GB/T 4241-2006《焊接用不銹鋼盤條》

GB/T 25774-2010《焊接材料的檢驗》

GB/T 25775-2010《焊接材料供貨技術(shù)條件產(chǎn)品類型、尺寸、公差和標志》

GB/T 25776-2010《焊接材料焊接工藝性能評定方法》

GB/T 25777-2010《焊接材料熔敷金屬化學分析試樣制備方法》

GB/T 25778-2010《焊接材料采購指南》

對于不銹鋼焊材的相關(guān)特殊檢驗標準有：

GB/T 1954-2008《鉻鎳奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體含量測量方法》

GB/T 4334-2008《金屬和合金的腐蝕不銹鋼晶間腐蝕試驗方法》

GB11170-2008《不銹鋼光譜分析方法》

還有一些行業(yè)標準，能源局2011年發(fā)布執(zhí)行的NB/T47018.1-.7《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件》：

NB/T 47018.1-2011《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件第1部分：采購通則》

NB/T 47018.2-2011《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件第2部分：鋼焊條》

NB/T 47018.3-2011《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件第3部分：氣體保護電弧焊鋼焊絲和填充絲》

NB/T 47018.4-2011《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件第4部分：埋弧焊鋼焊絲和焊劑》

NB/T 47018.5-2011《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件第5部分：堆焊用不銹鋼焊帶和焊劑》

上述NB標準規(guī)定了承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件，包括焊材的批次要求和具體的檢驗項目。在上述各焊材標準的基礎(chǔ)上，針對承壓設(shè)備提出了更高的技術(shù)要求，如S、P的含量以及沖擊性能指標等。標準中提高后的技術(shù)指標要嚴于ASME第Ⅱ卷C篇相應的各SFA規(guī)格書中的要求。該標準未考慮核電規(guī)范(RCC-M，ASMEⅢ)的要求，可在標準制訂中作為參考。

其他行業(yè)標準如YB/T 5092-2005《焊接用不銹鋼絲》，可在標準制訂中作為參考。

1.2 核級不銹鋼焊材適用的國內(nèi)標準

NB/T20009.1-14是壓水堆核電廠核島機械設(shè)備用材料系列標準中的焊材標準，是在國內(nèi)多年的M310改進型電站建設(shè)的工程實踐基礎(chǔ)上，依據(jù)RCC-M 2007版規(guī)范[2]，并參考ASME要求制訂的核電焊材標準，該標準已發(fā)布。RCC-M是法國核電鍋爐設(shè)備設(shè)計、建造規(guī)則協(xié)會（AFCEN）負責編制的《壓水堆核島機械設(shè)備設(shè)計建造規(guī)則》，是用于法國核電站設(shè)計、制造、安裝與運行的具體實用規(guī)則。目前我國二代和二代改進型壓水堆核電站機械設(shè)備設(shè)計制造采用的是RCC-M 2000版和2002補遺，三代堆型華龍一號和EPR使用的是2007版。其中RCC-M S2000為焊材驗收的要求、S5000規(guī)定了焊材評定的要求。國內(nèi)針對三代非能動的核電焊材標準（依據(jù)ASME規(guī)范）正在制定中。

NB/T 20009《壓水堆核電廠用焊接材料》中不銹鋼焊材相關(guān)部分如下：

第3部分：1、2、3級設(shè)備用不銹鋼焊條

第4部分：1、2、3級設(shè)備用鎳基合金焊條

第11部分：1、2、3級設(shè)備埋弧焊用不銹鋼焊絲和焊劑

第12部分：1級設(shè)備用鎳基合金堆焊用焊帶和焊劑

第13部分：1、2、3級設(shè)備用不銹鋼堆焊用焊帶和焊劑

上述標準的不銹鋼焊材的化學成分與國標相比要求更為嚴格，如第3部分不銹鋼焊條E308L要求w（C）≤0.035、w（S）≤0.015、w（P）≤0.025、w（Mo）≤0.50以及其他元素總含量不超過0.5%，增加了Co、B的含量要求；GB/T 983的要求w（C）≤0.040、w（S）≤0.030、w（P）≤0.040、w（Mo）≤0.750以及其他元素總含量不超過0.75%。在機械性能方面，要求進行高溫拉伸，其抗拉強度和屈服強度下限的確定考慮了在工程中所焊接的母材的性能數(shù)據(jù)，以及工程實踐中使用的核電焊材的評定和驗收數(shù)據(jù)，提出了抗拉強度上限的要求。沖擊試驗只進行KV沖擊而無落錘試驗，其沖擊溫度依據(jù)M310型核電機組的廠房環(huán)境溫度提出，無RTNDT的要求。要求熔敷金屬中δ鐵素體含量的測定應采用鉻鎳當量法，并用Delong圖確定δ鐵素體含量。這些與ASME第Ⅲ卷有所差異，因而不可能在核電項目中直接照搬使用，可參考使用。

NB/T 20009的標準屬于壓水堆核電廠核島機械設(shè)備用材料系列標準。由國家能源局提出，隨著逐步推廣，對于今后壓水堆核電站的建設(shè)使用國家標準起到了良好的基礎(chǔ)作用。

另外，NB/T20002“壓水堆核電廠核島機械設(shè)備焊接規(guī)范”已正式取代EJ/T1027，同樣也是基于M310電站的建造經(jīng)驗，主要參考RCC-M 2007版制訂。目前已經(jīng)發(fā)布。該標準的第2部分“焊接填充材料的驗收”和第4部分“焊接填充材料評定”可作為焊材評定和驗收標準的參考[3-4]。

1.3 核級不銹鋼焊材適用的美國標準

國外西屋公司在AP1000設(shè)計中，根據(jù)ASME規(guī)范的要求，制訂了大量的焊材技術(shù)條件，供核電站建造中使用。

ASME規(guī)范是由美國機械工程師學會（ASME）的鍋爐和壓力容器委員會（BPVC）制定，是世界上應用最早的標準之一，現(xiàn)已被公認為是世界上技術(shù)內(nèi)容最為完整、應用最為廣泛的設(shè)計、制造、驗收標準。ASME規(guī)范總共有12卷，其中，ASME第Ⅱ卷C篇的各SFA規(guī)范是核電設(shè)備設(shè)計制造中使用的焊接材料主要參照的標準，其中不銹鋼焊材標準主要有：SFA-5.4-2007《手工電弧焊用不銹鋼焊條標準》、SFA-5.9-2007《不銹鋼光焊絲和填充絲標準》、SFA-5.22-2007《弧焊用不銹鋼藥芯焊絲和鎢極氣體保護焊用不銹鋼藥芯填充絲標準》。

在國內(nèi)AP1000堆型電站的建造中，針對不同核電設(shè)備的具體情況提出了一些特殊的要求而形成了一系列的專用焊材技術(shù)規(guī)范，同時美國西屋公司編制了近百份焊材技術(shù)條件，以ASME第II卷C篇SFA5.4、SFA-5.9、SFA-5.22為基礎(chǔ)，編制了適用于三代非能動壓水堆核電廠AP1000的用于不同焊接方法的不銹鋼焊材技術(shù)條件。其中根據(jù)ASME第III卷和AP1000相關(guān)參數(shù)（如最低工作溫度）等提出了很多附加要求。這部分技術(shù)要求部分高于ASME標準，如對于焊絲S含量的要求分別為不高于0.010，而ASME標準中要求為不高于0.015。ASME第III卷NX-2400中提出了對于核電焊材的通用要求、試驗項目、焊縫金屬試驗、焊接材料的貯存和保管等要求。這些要求是先進標準體系中制訂核電焊材標準以及驗收標準必須遵循的要求，適用于非能動壓水堆核電站的設(shè)計。

1.4 核級不銹鋼焊材適用的其他國際標準

國際標準ISO系列標準包括ISO工作文件、ISO標準和技術(shù)報告，不銹鋼焊材相關(guān)的標準有：

ISO 15792—1：2000《焊接材料試驗方法第1部分：鋼、鎳及鎳合金熔敷金屬試樣制備方法》

ISO 15792—3：2000《焊接材料試驗方法第3部分：焊接材料角焊縫根部熔深及承載力試驗分類》

ISO 544：2003《焊接材料焊接材料供貨技術(shù)條件產(chǎn)品類型、尺寸、公差和標志》

ISO 6847：2000《焊接材料熔敷金屬化學分析試樣制備方法》

ISO 14344：2010《焊接及相關(guān)過程渣保護和氣保護焊接材料采購指南》

上述國際標準ISO系列標準已經(jīng)轉(zhuǎn)化為國標，可直接參考使用。

EN系列歐標僅在歐盟范圍內(nèi)使用，EN 13479“Welding consumables-general product standard for filler metals and fluxes for fusion welding of metallic materials”及其支持標準EN 12074“Welding consumables-quality requirements for manufacture，supply and distribution of consumables for welding and allied processes”、EN 14532“Welding consumables-testmethods and quality requirements”在保證焊材質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性方面也提供了較為全面的要求。在EN 13479中明確提出了“原型鑒定”和“生產(chǎn)廠過程控制”的要求，EN 12074在ISO 9001的基礎(chǔ)上，專門針對焊材的特點提出了補充的質(zhì)量管理要求，包括對于原材料采購技術(shù)規(guī)格書內(nèi)容的要求。使用EN系列標準需要得到設(shè)計者的同意。

2 技術(shù)要求要點

2.1 焊材采購技術(shù)規(guī)格書

焊材采購技術(shù)規(guī)格書是核電站核設(shè)備制造、安裝單位采購焊材前必須編制的文件，焊材生產(chǎn)廠家根據(jù)焊材采購技術(shù)規(guī)格書的要求生產(chǎn)、供應相應的焊材。同時需要注意的是焊材的采購屬于Q1級質(zhì)?；顒樱细窆虘袷刭I方質(zhì)保大綱所規(guī)定的質(zhì)保要求。

2.2 “批”的選擇

首先焊接材料應進行要求的試驗必須按批進行，須明確“批”的要求；其次焊接材料評定的焊材牌號應是在批量條件下制造出來的，制造條件應保證和明確“批”的確切定義。

“批”在ASME和RCC-M中有不同的定義，綜合總結(jié)了眾多核電廠用焊材“批”的要求，GB/T25778中“批”的定義更為準確，有利于核電焊材采購的實施，并總結(jié)核電用焊材批次必須符合下列要求：

（1）藥皮焊條應符合GB/T25778的C3、C4或C5級。

（2）藥芯焊絲應符合GB/T25778的T2、T3或T4級。

（3）光焊絲和可熔化嵌條應符合GB/T25778的S3級。

（4）焊劑應符合GB/T25778的F2級。

批次的選擇要與圖紙中焊縫級別的要求相適應，同時也要注意焊材的批次對于焊材的采購量的影響，批次等級越高，意味著焊材每批量少、總的批次多，焊材評定多，焊材試驗多，要綜合考慮成本和采購周期。

2.3 試驗項目

核電用不銹鋼焊材所需的試驗包括射線檢驗、化學分析、焊縫金屬拉伸試驗、沖擊試驗、晶間腐蝕、δ鐵素體含量、角焊縫試驗。重點介紹晶間腐蝕和δ鐵素體含量測定。

晶間腐蝕試驗采用ASME規(guī)范時應按照ASTM A262 E法進行，晶間腐蝕試樣須經(jīng)675℃± 5℃下1 h的敏化處理，試樣彎曲后按ASTM A262 E法31條評定。當采用規(guī)范RCC-M或NB2 0002標準時，試驗按GB/T 4334-2008中方法E的規(guī)定進行。同時在RCC-M或NB20002標準中規(guī)定了不要求進行晶間腐蝕試驗的情況：對于308型焊接填充材料，w（Cr）≥19.00%；對于316型焊接填充材料，w（Cr）≥17.00%，對于堆焊過渡層所采用的309型材料。

δ鐵素體測量采用ASME規(guī)范時按ASME第Ⅲ卷NB-2433的規(guī)定，使用磁性法測量，另一種方法可用化學分析結(jié)合WRC-1992圖確定焊接材料的鐵素體含量，δ鐵素應在焊態(tài)下測量。當采用規(guī)范RCC-M或NB/T20002標準時，按Delong圖測定熔敷金屬中鐵素體含量，為此在化學分析中應測定每一相關(guān)元素（Ni、C、N、Mn、Cr、Mo、Si、Nb）的含量，當鐵素體含量超出Delong圖范圍時，可參照WRC-1992圖確定。不銹鋼焊絲、焊帶中的鐵素體含量應在5%～15%之間。但對于309L型焊帶，鐵素體含量為8%～18%。

2.4 焊材評定

采用規(guī)范RCC-M或NB/T20002標準時，焊材供貨商應在其實施的評定試驗（焊接材料的試驗，在稀釋區(qū)外平焊位置進行的熔敷金屬試驗）基礎(chǔ)上編制焊接材料評定卡片，并提供給買方[5]。焊材驗收規(guī)范的內(nèi)容應符合焊材評定卡片的規(guī)定。焊材評定的具體要求見NB/T 20002.4《壓水堆核電廠核島機械設(shè)備焊接規(guī)范第4部分：焊接填充材料評定》。

采用ASME規(guī)范時，雖然ASME規(guī)范不要求焊材評定，但在ASME規(guī)范NB-2410和NCA3800中有焊材供應廠/商應以書面形式向試驗機構(gòu)提供信息在AP1000的焊材技術(shù)條件中，對供應廠/商要求：焊材出廠前，供應廠/商應按照ASME第Ⅱ卷的規(guī)定及采購技術(shù)說明書的規(guī)定，對采購技術(shù)說明書所涉及的每一種規(guī)格及批次的AWS型號焊材進行生產(chǎn)和試驗，并出具焊接材料試驗結(jié)果報告及其他相關(guān)資料，在焊接材料交貨時一并提供給采購方。這些資料的內(nèi)容要求與RCC-M的焊材評定的要求類似。

下面實例是國內(nèi)核電安裝公司在焊材采購技術(shù)規(guī)格書中對供應商的要求：

供應廠/商應制定本采購技術(shù)說明書所涉及的每一種規(guī)格的AWS型號的使用說明卡片，使用說明卡片至少包含但不限于以下內(nèi)容：技

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Standard applicability analysis and procurement requirement of stainless steel welding materials for nuclear

WANG Yong1，JIANG Liangliang2
（1.China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Xichang College，Beijing 100840，China；2.CNNC China Zhongyuan Engineering Corp.，Beijing 100191，China）

The applicable standards of stainless steel welding materials for nuclear are analyzed，and by synthesizing many welding material procurement technical specifications，the procurement requirements of stainless steel welding materials are also analyzed，this promotes localization of stainless steel welding materials for nuclear.

welding material standard；DEFINITION；welding material assessment

TG446

：A

1001-2303（2015）09-0001-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.09.01

2015-02-16

王 勇（1971—），男，浙江寧波人，高級工程師，學士，主要從事核工程焊接設(shè)計與技術(shù)管理工作。