鄧峰，李哲，郭利峰

中國核電工程有限公司 北京 100840

1 序言

近年來，隨著我國浙江、山東、福建、海南等省數(shù)臺核電機(jī)組裝料運(yùn)行，截止2019年12月底，我國共有47臺商業(yè)核電機(jī)組在運(yùn)行，因此在役期間焊接修補(bǔ)的問題變得更加迫切起來。

核電站投運(yùn)后，受復(fù)雜工況和環(huán)境的影響（機(jī)械疲勞、熱老化、流體加速腐蝕等），在運(yùn)行期間可能產(chǎn)生缺陷，或?qū)е轮圃炱陂g原有缺欠擴(kuò)展為缺陷，因而在役檢查與維修處理是電站在役期間及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處置各類缺陷，保證核電站安全水平必不可少的手段，而焊接修補(bǔ)是在役期間一種非常重要的缺陷處理方法。在役期間的焊接修補(bǔ)具有其特殊性，不能簡單照搬電站建造期間的要求。目前，我國關(guān)于核電在役期間焊接修補(bǔ)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求還是空白，一些重要在役焊接修補(bǔ)技術(shù)方面嚴(yán)重依賴國外。

對于回火焊道技術(shù)及不銹鋼同質(zhì)堆焊返修技術(shù)應(yīng)用于核電廠在役返修，國內(nèi)已有初步研究應(yīng)用，在運(yùn)行和退役的標(biāo)準(zhǔn)體系研究中，核電在役期間焊接修補(bǔ)的研究是其不可或缺的一環(huán)。國內(nèi)對于在役期間焊接修補(bǔ)規(guī)范尚無系統(tǒng)、完整的研究。本文以ASME第Ⅺ卷相關(guān)條款為指引，研究核電站在役期間的焊接修補(bǔ)要求，從而形成完整、系統(tǒng)的核電在役期間焊接修補(bǔ)規(guī)范要求，為在役期間相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定提供堅(jiān)實(shí)支撐。

2 對比構(gòu)建

作為研究目標(biāo)，我們對ASME 2010版中建造期間要求的NB-4400[1]、NX-4453.4、NX-4622.9內(nèi)容和以在役期間要求的ASME第Ⅺ卷IWA[2]和非強(qiáng)制性附錄Q進(jìn)行了對比。

2.1 建造期間的要求

建造期間[3]缺陷的去除和焊接按照NB 4400的要求進(jìn)行，包括對缺陷的去除方法、缺陷去除后的無損檢測要求，以及焊接補(bǔ)修后的要求。

建造期間修補(bǔ)的檢測按照NX 4453.4要求進(jìn)行,包括磁粉檢測、液體滲透檢測、超聲波檢測和射線檢測等要求。

建造期間回火焊道返修技術(shù)要求在ASME第Ⅲ卷NX 4622.9中規(guī)定，包括一般要求、母材和焊縫的返修、堆焊層返修，以及帶有隔離層的異種鋼焊縫的回火焊道返修等內(nèi)容。

水下焊接技術(shù)要求和Overlay返修要求在ASME第Ⅲ卷未做出規(guī)定。

2.2 在役期間的要求

在役期間焊接、釬焊、金屬去除和安裝、檢測和試驗(yàn)要求、回火焊道返修技術(shù)，以及水下焊接技術(shù)、非強(qiáng)制性附錄Q（Overlay返修要求），分別在ASME第Ⅺ卷IWA-4400、IWA-4500、IWA-4600和非強(qiáng)制性附錄Q中規(guī)定，見表1。

表1 ASME第Ⅺ卷IWA在役部分框架結(jié)構(gòu)

3 對比分析

通過從缺陷去除、缺陷評價(jià)、去除后的檢測、焊工資質(zhì)要求、修補(bǔ)方法等幾個(gè)方面對比異同，發(fā)現(xiàn)總體上在役期間規(guī)范與建造規(guī)范的關(guān)系是：在役標(biāo)準(zhǔn)的缺陷去除、修補(bǔ)、修補(bǔ)后檢查等活動(dòng)是在建造規(guī)范基礎(chǔ)上的修訂或補(bǔ)充，在役標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容不足以支撐單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，獨(dú)特的焊接修補(bǔ)方法、回火焊道、Overlay等，整體可形成一份在役期間的焊接標(biāo)準(zhǔn)。

除了IWA-4600、附錄Q這些特殊的在役焊接技術(shù)要求外，IWA-4400與IWA-4500涉及的焊接、釬焊、缺陷去除、焊后檢測和試驗(yàn)只是建造期間制造及檢測內(nèi)容（NX-4000/NX-5000）的一部分。因此，在役期間的焊接修補(bǔ)規(guī)范必須以建造規(guī)范為基礎(chǔ)，而不是一個(gè)獨(dú)立的規(guī)范。

在役期間規(guī)范其基礎(chǔ)在于，通常認(rèn)為原建造規(guī)范是合理的，可以獲得滿足要求的質(zhì)量和安全水平（否則電站本身的質(zhì)量水平就存在問題）。此外，對于已建成的電站，將已有設(shè)備和系統(tǒng)升級到新的建造規(guī)范是耗資巨大且非常困難的。因此，在役期間使用原建造規(guī)范進(jìn)行的焊接、缺陷去除和檢測等也在邏輯上可獲得同樣滿足要求的質(zhì)量和安全水平。

同時(shí)，考慮到在役期間的特點(diǎn)，某些適用于建造階段的建造規(guī)范要求可能并不適用于在役期間的要求，因而針對這些情況進(jìn)行了修訂和補(bǔ)充。

總體來說，在役期間的焊接參數(shù)對于建造期間的焊接參數(shù)既有繼承，又有補(bǔ)充和修正。補(bǔ)充和修正的差異性和特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

（1）遵循的規(guī)范版本 在役期間規(guī)范需要考慮在電站服役壽命期內(nèi)采用不同規(guī)范版本的問題，在役標(biāo)準(zhǔn)IWA-4411中專門給出了使用規(guī)范以及版本的要求，按原建造規(guī)范和版本開展活動(dòng)無疑是允許的。同時(shí)與建造階段相比，電站服役壽命長達(dá)為40年甚至60年，在整個(gè)在役期間進(jìn)行的焊接等活動(dòng)，存在難以完全按建造時(shí)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范版本執(zhí)行的情況，例如，難以采購按早期的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范供貨的設(shè)備或者調(diào)用其他電廠按早期的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范生產(chǎn)的庫存設(shè)備等，需要考慮執(zhí)行與建造時(shí)不同的規(guī)范和版本，以及需要遵循的條件。使用不同規(guī)范，或者第III卷的不同版本需要考慮它們之間差異的影響，這一過程被稱為協(xié)調(diào)。其中IWA-4222明確只對影響材料、設(shè)計(jì)、制造、檢測，以及影響壓力邊界、堆內(nèi)構(gòu)件、設(shè)備支撐件功能的技術(shù)要求進(jìn)行協(xié)調(diào)。管理要求無需協(xié)調(diào)，可以使用被更換件的原建造規(guī)范的管理要求，也可以使用更換件的管理要求。IWA-4223中規(guī)定，對于部件（容器、熱交換器、泵、閥門等），如果使用更新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，無需進(jìn)行規(guī)范的協(xié)調(diào)。

（2）焊接工藝評定和焊工資格 在建造規(guī)范中，制造商或安裝公司應(yīng)評定其使用的焊接工藝，不允許使用其他單位的焊接工藝評定。對于在役期間，可能存在下面這種情況，即修理/更換時(shí)間窗口短，而修理/更換單位沒有工作所需的焊接工藝評定，重新評定所需要的時(shí)間較長，可能難以滿足電廠的計(jì)劃，而其他單位具有所需的焊接工藝評定。這種需求是由于在役期間返修往往對于時(shí)間具有嚴(yán)格要求所產(chǎn)生的。

在役期間規(guī)范允許在滿足一定條件的前提下，業(yè)主可使用由其他業(yè)主轉(zhuǎn)移的焊接工藝評定。這些條件，包括使用轉(zhuǎn)移的焊接工藝評定的業(yè)主為了證明其具有實(shí)施能力，要使用該焊接工藝評定支持的焊接工藝規(guī)程完成一個(gè)演示試件?？偟膩碚f，在役期間的特點(diǎn)，使得建造期間的有些規(guī)定無法或難以實(shí)施。然而它又并非簡單地放松，為了保證質(zhì)量，又增加了一些條款，提供了另外的途徑，使得其達(dá)到類似的作用。

對于焊工也存在類似問題。規(guī)定允許在滿足一定條件（包括接受焊工的業(yè)主要對焊工進(jìn)行資格更新試驗(yàn)）的前提下，業(yè)主使用其他業(yè)主考核的焊工。

（3）缺陷去除 缺陷去除要求內(nèi)容與建造規(guī)范存在巨大的差異，這一部分在IWA-4412中被明確為按IWA-4420執(zhí)行，而不是在建造規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正、補(bǔ)充。

第一個(gè)明顯的差異就是IWA-4421中規(guī)定了缺陷去除方法。在建造規(guī)范中，缺陷應(yīng)通過機(jī)加工或熱加工方式去除，如果去除的厚度不滿足要求，還要求進(jìn)行補(bǔ)焊。而在役期間，采用機(jī)加工方式或熱加工方式去除缺陷后，可以保留一定尺寸的缺陷（部分去除缺陷），在焊接時(shí)可以采用缺陷緩解（Mitigation）的方式（如Overlay），還可以通過IWA-4340改造（Modification）的方式，對于缺陷緩解和改造的情況，原缺陷可以仍然保留。這些方式為在役期間的缺陷處理提供了更多選項(xiàng)，有利于在保證安全的前提下以更方便快捷的方式處理缺陷。實(shí)際上，“缺陷去除”（Defect Removal）改為“缺陷處理”（Defect Treatment）可能更為合適。

第二個(gè)差異是關(guān)于缺陷的評價(jià)。IWA-4422.1a規(guī)定允許缺陷減小到可接受的尺寸，對于一定深度的表面缺陷，可以將缺陷完全去除（假設(shè)此時(shí)不滿足最小壁厚）再焊接（這是建造規(guī)范中的做法），也允許去除部分缺陷，使得剩余缺陷滿足在役檢查的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，且剩余厚度滿足最小壁厚要求，這樣就給了業(yè)主更多的處理選項(xiàng)。另外是使用Overlay，通過在外壁增加承壓邊界厚度的方式，使得原來不滿足要求的缺陷變成符合在役檢查的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。此外，對于剩余壁厚小于最小壁厚的情形，IWA-4422.1b規(guī)定可以采用評價(jià)的方式，判斷其是否可以接受。

第三個(gè)差異是缺陷去除后的檢測要求。對于缺陷去除后無需后續(xù)焊接的操作，缺陷去除后的狀態(tài)就是最終狀態(tài)，此時(shí)要求采用最初發(fā)現(xiàn)缺陷的檢測方法進(jìn)行重新檢測。由于最終允許采用建造規(guī)范的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)或在役的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，所以不要求缺陷完全去除，可以是部分去除。除此之外，還要進(jìn)行IWA-4530要求的役前檢查。

對于缺陷去除后進(jìn)行后續(xù)焊接的操作，IWA-4422.2.2規(guī)定了缺陷去除后、焊接前的檢查要求是表面檢測，并允許在3種情況下可免除。第1種情況是去除缺陷處全部壁厚，這一要求同建造規(guī)范。第2種情況是去除后的表面檢測不可行或不能提供有意義的結(jié)果，例如，管道存在穿透性漏孔，而維修后僅去除部分壁厚（此時(shí)漏孔仍存在，表面檢測總有顯示，不能提供有意義的結(jié)果），后續(xù)的補(bǔ)焊厚度能保證足夠的承壓邊界。第3種情況是補(bǔ)焊后的檢測與發(fā)現(xiàn)缺陷的方法相同。

需要注意的是，此處僅規(guī)定的是缺陷去除后、焊接前的檢測要求，且規(guī)定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)可以滿足建造規(guī)范或在役規(guī)范要求。由于焊接后的檢測要求還需要按IWA-4520進(jìn)行，IWA-4520通常要求驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)滿足建造規(guī)范的要求（規(guī)定了例外情況除外），所以缺陷去除后的驗(yàn)收要求與焊接后的檢測要求存在不一致的情況。對于缺陷去除后、焊接前的檢測要求，除了IWA-4520規(guī)定的特殊情況（以及附錄Q）外，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按建造規(guī)范執(zhí)行為宜。

（4）檢測 IWA-4520規(guī)定了在役期間制造、安裝、修理、更換等涉及的焊接，應(yīng)按建造規(guī)范的要求進(jìn)行檢測。同時(shí)，并針對在役期間的特點(diǎn)增加以下差異。

首先，如果在同樣部位的全焊透對接焊縫無體積檢測要求時(shí)，可以免除3級設(shè)備母材補(bǔ)焊后的檢測要求。這個(gè)條款是合理的，但是涉及面很小，可以不用保留。其次，對于IWA-4600的特殊焊接方法（回火焊道、水下焊接等），使用其相應(yīng)的專門要求，而不是使用這里的通用要求。最后，在IWA-4520b和IWA-4521中規(guī)定了一定條件下可以使用其他檢測方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)代替建造規(guī)范中的要求，例如使用UT代替RT（源于Code Case N-587）。需要注意的是，IWA-4520b和IWA-4521的這些規(guī)定，NRC在10CFR50.55a中并未認(rèn)可。

總體看來，除了個(gè)別特殊情況外，焊接后的檢測項(xiàng)目和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要滿足建造規(guī)范的要求。

IWA-4530規(guī)定，對于在役期間的修理/更換活動(dòng)（包括僅去除缺陷、無后續(xù)焊接的情況），如果涉及需要在役檢查的部位，那么需要在投入使用前，重新進(jìn)行役前檢查，從而為后續(xù)的在役檢查提供一個(gè)比較的基準(zhǔn)，顯然這是在役期間特有的。規(guī)范允許焊接后檢測與役前檢查同時(shí)進(jìn)行，例如焊接后要求進(jìn)行PT檢測，而役前檢查也要求進(jìn)行PT檢測，那么可以進(jìn)行一次PT檢測而不要求重復(fù)進(jìn)行兩次。注意此時(shí)，PT檢測要同時(shí)滿足建造和役前檢查的要求（例如，檢測區(qū)域）。

（5）回火焊道 回火焊道的差異不能被理解為因在役實(shí)施的條件而產(chǎn)生的差異，建造階段的回火焊道（ASME III）和在役期間的回火操作（ASME XI）目的都是通過精確控制焊接的能量和位置，使用焊縫金屬來對于母材熱影響區(qū)的粗晶區(qū)進(jìn)行回火處理，使得其沖擊性能滿足要求。由于在役期間的回火焊接具有非常廣泛的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，如前所述，1973版的XI補(bǔ)遺就引入了焊條電弧焊的半焊道回火返修條文。后期也在電站在役中不斷研究應(yīng)用，ASME XI卷 1991年補(bǔ)遺按規(guī)范案例N-432引入了GTAW方法，2015版的XI卷增加了室溫下的回火返修技術(shù)，從而可以在設(shè)備不排空水的條件下開展返修等，而建造期間的應(yīng)用相對較少（且建造規(guī)范中有限制性條款），所以來自現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用需求和反饋，使得第XI卷的回火返修技術(shù)內(nèi)容較建造規(guī)范更加細(xì)致、完善。對比標(biāo)準(zhǔn)表中內(nèi)容也體現(xiàn)了這一點(diǎn)。

需要注意的是，與缺陷去除類似，挖除缺陷后的無損檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是ASME XI，而回火焊道返修后的無損檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是建造規(guī)范，存在不協(xié)調(diào)。

后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)草案中的處理方式：回火焊道的總體要求應(yīng)符合ASME第XI卷，對于缺陷去除后、焊接前的檢測要求，除了IWA-4520規(guī)定的特殊情況外，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按建造規(guī)范執(zhí)行。

4 結(jié)束語

通過A S M E對比在役期間規(guī)范和建造期間規(guī)范，可以得到以下結(jié)論。

1）在役期間的焊接參數(shù)不是獨(dú)立成篇的，而是在建造規(guī)范的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的補(bǔ)充和修訂。

2）這些補(bǔ)充和修訂是考慮到在役期間的特點(diǎn)而確定的，主要包括：①允許采用不同于建造期間的要求。這是由于電站運(yùn)行壽命期很長，所以在整個(gè)在役期間進(jìn)行的焊接等活動(dòng)，存在難以完全按建造時(shí)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范版本執(zhí)行的情況。②焊接工藝評定和焊工資格允許在滿足一定條件下，從一個(gè)業(yè)主轉(zhuǎn)移到另一個(gè)業(yè)主。這種需求是因在役期間返修往往對于時(shí)間具有嚴(yán)格要求而產(chǎn)生的。③在役階段缺陷去除包含更豐富的方法，甚至允許保留原缺陷。實(shí)際上，“缺陷去除”（Defect Removal）改為“缺陷處理”（Defect Treatment）可能更為合適。缺陷處理后的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)可以使用建造的標(biāo)準(zhǔn)，也可以使用在役的標(biāo)準(zhǔn)。需要注意的是目前ASME XI中使用機(jī)加工或熱加工方法去除缺陷后、補(bǔ)焊前的無損檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與補(bǔ)焊后的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)存在不協(xié)調(diào)的地方。④除了個(gè)別特殊情況外，焊接后的檢測項(xiàng)目和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要滿足建造規(guī)范的要求。另外，需要注意的是，IWA-4520b和IWA-4521規(guī)定了一定條件下可以使用其他檢測方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)代替建造規(guī)范中的要求，這并未被NRC認(rèn)可。⑤在役階段的回火焊道返修內(nèi)容更為豐富、細(xì)致，這可能是由于在役期間豐富的應(yīng)用反饋和需求造成的。例如，室溫下的GTAW回火返修技術(shù)，使得在設(shè)備不排空水的情況下也可以進(jìn)行。需要注意，挖除缺陷后的無損檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是ASME XI，而回火焊道返修后的無損檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是建造規(guī)范，存在不協(xié)調(diào)。