核电焊接材料的国产化与标准化探讨

核电焊接材料的国产化与标准化探讨

摘要：目前用于核级设备制造和安装过程的关键焊接材料，无论在核电用焊材研发投入还是在技术储备方面均落后于欧美等发达国家，核电用焊接材料的技术水平及质量稳定性与核电国产化建设需求尚有一定差距。由于采用进口焊材存在供货周期长、生产过程中沟通和监管困难、价格高昂等缺点，所以已成为影响我国核电发展速度的瓶颈之一，一定程度上影响了我国大力发展核电及实现核电全面国产化的目标。

关键词：核电焊接；材料；国产化；标准化；分析

引言：影响国产核电焊材广泛应用的因素之一，在于厂家对于核电用焊材的技术特点、要求等还不够熟悉，使得国内焊材厂家在提供符合标准规范要求并且性能稳定可靠的定型(标准化)核电焊材方面还存在一些困难。

1.核电焊接材料的特点

核电用焊接材料主要用于与核安全有关的核l、2、3级设备，形成的焊接接头与母材共同构成了防止核泄漏的屏障，保证电站安全运行，保障人员和环境不致遭到超过国家规定限制的辐照照射和污染。因而核电焊接材料较一般工业用焊接材料的要求要严格得多。

1.1高温拉伸

目前，中国典型的压水堆核电站一回路反应堆压力容器的设计温度为343℃。为了保证运行时一回路承压边界的完整性，对于母材和焊接材料都有高温拉伸性能的要求。

1.2晶间腐蚀

不锈钢的晶间应力腐蚀裂纹(IGSCC)是核电站运行中要重点防范的一类失效形式，试验数据和运行经验表明，这类缺陷的出现是与材料制造时的敏化过程(主要是焊接以及超过400℃的热处理)密切相关的。晶间腐蚀试验对于考核材料在敏化状态下发生晶间腐蚀的倾向是必要的。

2.核电用焊材国产化研究与应用现状

2.1核电用焊材国产化进展

2.1.1核级焊材

核电站中使用的焊接材料，由于质保等级和性能指标的不同，分为核级焊材和非核级焊材，核级焊材主要用于核级设备的制造和安装过程中。由于国内核级焊材的生产起步较晚，目前主要由国外的制造商供货。但近年来随着国家的大力推动和相关企业研发投入的加大，核级焊材的研发和生产均获得了较大的突破。2009年7月，大西洋焊材公司生产的核级焊材成功通过了ASME质保审查并报西屋公司认可，同年9月首批用于AP1000钢制安全壳焊接的E9018焊条运抵三门核电站工程（国内首个AP1000项目）建设现场，标志着核级焊材国产化进程取得突破。2013年8月，上海电力修造厂有限公司的“核级镍基焊接材料国产化研发及实验平台”通过验收，平台旨在不断完善核安全质保体系，继续深化核级焊材的系列化产品研制，积极探索创新商业模式。经过两年多的技术攻关，国家能源应用技术研究及工程示范项目“核级焊接材料国产化开发及应用研究”课题组成功研发出适用于ACPR1000机组用碳钢系列的焊条、实芯焊丝、药芯焊丝、埋弧焊丝焊剂，不锈钢系列的焊条、焊带焊剂，低合金钢系列的焊条、金属粉型药芯焊丝、镍基合金系列的焊条和焊丝等核级焊材，其中9个品种已于2014年3月和7月分两批通过中国核能行业协会和中国焊接协会组织的科技成果鉴定，其余品种正在进行第三方试验验证。CAP1400机组国家核电重大专项“核电设备用焊接材料研制”课题已取得积极进展，涉及奥氏体不锈钢堆焊焊接材料、堆内构件吊篮筒体用不锈钢焊接材料、690镍基合金焊接材料、低合金钢焊接材料等五个子课题通过阶段评审，完成里程碑节点，具备开展后续第三方评估试验研究的条件。

2.1.2常规岛焊材

常规岛焊接材料目前已经基本实现国产化，但一些特殊品种的焊材，仍然依赖进口。近年来国内联合通过项目攻关的形式，针对一些特殊用途的焊材开展了技术研发，例如“核电常规岛抗流体冲刷腐蚀用焊接材料研制”项目参与单位成功研制了与钢材完全匹配的WB36C N1

钢及20控铬钢专用焊材，焊材的成分、力学性能、工艺性能等各项指标均与母材匹配良好，此外，项目参与单位研究制定了国产化抗流体冲刷腐蚀焊材生产制造工艺规范和质量控制技

术要求，形成了企业技术标准。

2.2核电用焊材国产化的基础与不足

我国在开展核电用焊材国产化方面具有一定的基础，主要体现在焊材生产企业积极性高、相关配套工业体系较为齐全、企业的研发检测能力不断提高、焊材生产企业的规模效应以及

长期以来对进口核级焊材的应用经验反馈等方面。但是，与国外的先进技术相比，目前我国

核电焊材在质量稳定性、产品性能和使用性能等方面仍与国外焊材存在较大差距，主要体现

在产品质量稳定性不足，部分产品的外观、物理性能、焊接工艺性、使用性能等与国外一流

产品存在差距，产品在役性能数据缺乏积累等方面。

3.中国核电焊接材料标准化工作和建议

中国的核电焊接材料标准化工作开展相对较少，近几年来，为适应核电建设的需要，各

方对于核电焊接材料标准化工作也非常重视。在核电标准体系规划中，将焊接材料集中放入NB／T20009“压水堆核电厂用焊接材料”中，目前安排了14项分标准，基本覆盖了核电中的

全部焊接应用。这些标准在满足设计规范要求的前提下，为国内众多焊材厂进入核电领域打

开了大门，有利于保证焊材供应和焊材质量，对于提高核电焊接材料的国产化及其应用将起

到积极的作用。然而，目前的核电焊接材料标准只是对于焊接材料的最终产品性能作出了规定，缺乏对于从焊接原材料、焊材生产过程的中间控制要求，这对于保证焊材质量及其稳定

性是不利的。建议参考国外的有益实践，对核电焊材的“原型鉴定”以及“生产厂过程控制”方

面提出要求，从而保证国产核电焊接材料具有符合要求的、稳定可靠的质量水平。在这方面，EN13479。EN12074和EN14532提供了较为全面的要求。在EN13479中明确提出了“原型鉴定”和“生产厂过程控制”的要求，EN12074在ISO9001的基础上，专门针对焊材的特点提出了补

充的质量管理要求，包括对于原材料采购技术规格书内容的要求，而EN14532则与前面介绍

的KTAl408系列标准内容非常相似。如能将上述标准转化为相应的国内等效标准并在核电焊

材中强制执行，相信会对提高国产核电焊材的性能稳定性，形成标准化的核电焊材产品发挥

巨大的促进作用。

总结：各焊材研发平台仍需掌握核级焊材的合金系统及配方设计原理及对性能的影响根

本机理，提升核级焊材后续推广应用所需的技术服务能力。加快建立和完善针对高端焊接材

料的生产质量保证体系，并切实保证体系有效地运行，提升其焊材品质管理能力。各方应创

造有利条件，促使焊材应用单位能更深入地介入到焊材的整个研发及性能评价中，将使研发

生产过程更加透明，必将增强最终用户实际应用的信心。

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