黄玉荣
福建福清核电有限公司 福建省 350300
摘要 “华龙一号”外穹顶吊装吊耳在焊后热处理中的降温速度与热处理工艺卡要求不一致，导致吊耳焊接质量不可确认。本文详细探讨该吊耳的处理过程：开启不符合项处理流程；核查标准关于该类钢材及厚度的焊后热处理中降温速度的要求，以作为问题处理的理论依据；制作同工艺模拟件，并对其进行无损检测和理化检测，作为吊耳的焊接接头质量的判断依据。
关键词 外穹顶 吊装吊耳 降温速度偏差 原因分析与处理
1 前言
“华龙一号”外穹顶钢模板（以下简称“外穹顶”），其结构形状为不规则的半球形带肋壳体，底部直径约为53m，高度约13m，安装标高约58m。外穹顶本身重400多吨，加上吊索具、操作平台、爬梯、风荷载等，最大起吊重量约600多吨。该部件不仅重量大，而且超高超宽，引风面大，就位位置高，吊装难度非常大。为保证外穹顶吊装过程的安全和平衡，在外穹顶上均匀设置16个吊点，吊耳的材质是碳钢，厚度为35mm，焊接在外穹顶本体的加强肋上。在吊耳焊接后，按要求进行了焊后热处理，以降低焊接接头及附近区域的焊接残余应力峰值，改善焊接的金相组织和力学性能。
2、问题概述
在外穹顶吊装前的检查中，发现外穹顶 吊耳热处理曲线中关于降温速度存在问题 ，根据热处理曲线的冷却起止时间及高低温度差，计算出降温速度为31.9℃/h，不满足热处理工艺卡中“将试件从600℃降温至350℃，降温速度为≤30.7℃/h”的要求。为确保焊接质量，在外穹顶吊耳焊接前，依据标准要求，特地制作了一份焊接工艺评定，在该焊接工艺评定所有的试验项目合格后，据此编制了一份吊耳的热处理工艺卡，以此指导吊耳热处理工艺。在焊接工艺评定所依据的技术规格书中，关于焊后热处理规定：“评定规定的升、降温速度有任何改变，工艺评定无效”。故吊耳的焊接接头质量不可确认。
3、原因分析
经仔细核对该热处理报告及热处理曲线图，访谈热处理操作人员、质量控制人员，结合其它正在进行的焊后热处理工作的升温/降温速度设置情况，分析该吊耳降温速度偏差的原因，其中直接原因有：
1）热处理设备自身的精度局限决定热处理曲线中的升温/降温时间的记录值与设置值会存在一定的偏差；
2）设置热处理工艺参数时，降温速度参数是按照热处理工艺评定适用范围的极限值30.7℃/h进行设置，未考虑留有一定的热处理设备的降温速度偏差裕度；
间接原因有：
2）不同的环境温度，如中午与晚上温度不同温度，会造成热处理过程中吊耳散热性能不一致，也会影响最终降温速度值；
根本原因有：
1）管理上，未提前识别热处理设备应有的精度偏差和环境温度影响，未进行相应模拟计算；
2）操作人员、质量监督人员未对其它热处理报告及热处理曲线进行认真核实计算，未能提前分析出该问题产生的可能性。
4、处理过程
4.1 开启不符合项处理
“华龙一号”为国产第三代具有自主知识产权的核电技术，若外穹顶出现吊装安全事故，不仅可能造成设备、人员安全方面巨大风险或巨大损失，影响“华龙一号”的形象和后续建设，甚至影响整个核行业的发展。故外穹顶吊耳降温速度问题引起现场各方的高度重视，各方一致同意外穹顶吊装工作暂停，就该吊耳降温速度偏差开启不符合项处理，由施工单位编制吊耳专项处理方案，如制作模拟件，确定对其进行无损检测和理化检测项目，专项处理方案报监理公司、设计单位、总承包公司、业主公司审核同意后实施；在处理的实施过程，接受监理公司、设计单位、总承包公司、业主公司的监督、验证；处理完成后，再由施工单位提交关闭流程，附上处理的各种证明书、试验数据、报告、图片等资料，提交各方审核。只有合格的结论，上述各方才会同意吊装，如是不合格的结论，则该吊耳需割除重焊或考虑其它处理方案。
4.2 标准关于焊后热处理的规定
在《压水堆核电核岛机械设备焊接规范 第6部分：产品焊接》NB T 20002.6关于降温速度的要求如下，在任何情况下，形状简单的设备，在350℃以上范围内，加热或（冷却）速度都不应超过下列数值：厚度大于25mm的焊接件，取下列两数中的较大者：或是220℃/h除以部件厚度与25mm的倍数（即157.14℃/h）；或者是55℃/h 。两者比较后，取值为降温速度不大于157.14℃/h；
在国内应用广泛的《火力发电厂焊接热处理技术规程》DL/T819中，升温速度、降温速度的控制要求为：焊接热处理升温速度、降温速度为6250/δ（单位为℃/h，其中δ为焊件厚度，单位为mm），且不大于300℃/h。两者比较后，取值为降温速度不大于178.57℃/h。
对比之下，该吊耳的实际降温速度31.9℃/h，与NB T 20002.6规定的157.14℃/h或DL/T819-2010规定的178.57℃/h相去甚远；查在欧洲核电标准RCCM相关规定，也是类似情况，因此，理论上该吊耳的焊接质量应该没有问题。
4.3 制作模拟件进行验证
为进一步验证吊耳焊接质量，现场制作模拟件，模拟件的降温速度稍微提高至35℃/h，其它内容保持不变，如执行原焊接工艺评定内容，模拟件焊缝两侧母材的材质、焊接材料选择均与吊耳的实际材料一致；模拟件焊接完成后进行焊后热处理；最后对其加工取样，按规范要求对其无损检测和理化检测。
模拟件的材质与母材为Q265与Q345，焊接材料选择E4315。长度选900mm,，板厚20mm，焊接坡口采用V型坡口，对口间隙、与钝边均为2±1mm，坡口情况见图1.
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图1 模拟件坡口图
为了评定所有位置，冲击试样应考虑取自热输入最高的焊接位置，硬度试样则考虑取自热输入最低的焊接位置，故综合考虑制作立焊位置的模拟件。
根据模拟件热处理曲线的冷却起止时间及高低温度差，计算得知实际冷却降温速度为34.6℃/h，符合预期目标。
无损检测的项目有：焊缝坡口外观检测（下称VT）、焊缝坡口渗透检测（下称PT）、焊缝组对VT、焊后VT、焊后PT和焊后射线检测（下称RT）。
理化试验项目清单见表1
表1 理化试验项目
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模拟件理化检测加工取样情况见图2。
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图2模拟件取样位置
各项无损检测和理化检测由有资质无损检测室检测，持核工业相应检测证人员进行初评，持核工业相关检测II级及以上人员审核，试验室主任人员审批，检测报告盖无损检测专用章，无损检测情况见表2，理化检测情况如表3
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5、结论
通过标准比对，吊耳的实际降温速度低于标准规定的焊后热处理温度，理论上吊耳的焊接接头质量应不受影响。在此基础上，专门制作除焊后热处理工艺稍高原工艺外的同工艺模拟件进行验证，通过对各种无损检测和理化试验，所有检测结果均满足规范要求，即模拟件的焊接接头是合格的，以此判断同工艺吊耳的焊接接头质量没有问题。
在随后实际吊装中，该吊耳承受住外穹顶吊装地考验；在外穹顶圆满吊装后，该吊耳也未发现任何裂纹痕迹，最终证明该吊耳的实际降温速度虽然略高于焊接工艺评定的要求，但焊接接头的质量是合格的。
通过处理外穹顶吊耳焊后热处理降温速度问题，在后续施工过程中需严格管理要求，加强技术监督，同时还需要从以下两点进行经验反馈：
1）焊接工艺评定阶段，热处理升温/降温速度应尽量按标准规范规定的极限值进行取值验证，在保证焊缝性能质量的前提下，焊接工艺参数适用范围尽量大些，确保焊接工艺适用于在现场各种环境下的适应性；
2）在焊接工艺执行阶段，工艺参数选取需要考虑一定裕度，不宜选用工艺极限值，以避免设备误差、环境因素、人为因素造成超出工艺或标准要求的情况。
参考文献
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