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核级焊材研制成功 国产焊材的机会来了!
2017-8-15

核级焊材研制成功 国产焊材的机会来了!

       目前,我们已成功研发出适用于ACPR1000机组用碳钢系列的焊条、实心焊丝、药芯焊丝、埋弧焊丝焊剂,不锈钢系列的焊条、实心焊丝、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。

      “核电重大专项实施之前,所有的核级焊材都是引进的。通过核电重大专项的实施,很多材料,包括像换热器里面U形管,原来都是要从国际上进口,而且人家经常卡我们,现在U形管全部实现了自主化。”此前,在7月2日举行的第二十五届国际核工程大会媒体见面会上,国家核电技术公司副总经理、上海核工程研究设计院院长郑明光称,中国引进的三代核电AP1000全球首堆——三门核电站1号机组即将进入装料阶段,这标志着中国引进的三代核电机组逐渐成形,接下来可以批量化推广。

三门核电焊接作业现场

       采用进口焊材由于存在供货周期长、生产过程中沟通和监管困难、价格高昂等缺点,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核电全面国产化目标的实现。近年来,由国家能源局、科技部等单位发起,由中广核、国核技等核电单位牵头,联合焊材产业的产学研用相关企业,集中了国内焊接材料的原材料供应、研发、生产、应用、评价等领域专家的专业团队,围绕核电用焊材的国产化开展了一系列技术攻关,取得了较好的效果。

小小焊材“捍卫”核电机组国产化

        核电站中使用的焊接材料,根据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。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的加大研发投入,核级焊材的研发和生产均获得了较大的突破。

        2009年7月份,大西洋焊材公司生产的核级焊材成功通过了ASME(美国机械工程师学会)质保审查并报西屋公司认可;同年9月份,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建设现场,标志着核级焊材国产化进程取得突破。

        2013年8月份,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。该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、实心焊丝、药芯焊丝、埋弧焊丝焊剂,不锈钢系列的焊条、实心焊丝、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月份和2014年7月份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型压水核电机组亮相科博会

        目前,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5个子课题通过阶段评审,具备开展后续第三方评估试验研究的条件。

       核电站常规岛是指核电装置中汽轮发电机组及其配套设施和它们所在厂房的总称。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,国内有关单位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WB36CN1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,该项目参与单位研究制订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,项目获2014年全国电力职工技术成果一等奖。

国产焊材质量在提高增强终端用户信心

        由于焊材产业的蓬勃发展,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、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。然而,目前我国核电焊技术与国外的先进技术相比仍存在较大差距,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。

        自2011年开始,国内设计院、研究机构、焊材生产企业等通过不同的研发平台组建研发团队,积极攻克核级焊接材料研制的技术难点,研发焊材在技术上已达到相应设计指标和焊材标准的技术要求,但要实现真正意义上的全面国产化还存在一些问题。

“核电设备用不锈钢、镍基合金焊接材料”通过鉴定

        一是部分焊接材料的性能设计指标(如部分微量元素的含量控制)非常严格,小批量研发阶段存在盘条采购困难的情况,仍需要进一步通过试验来优化调整设计指标,使得设计要求与批量化生产的质量稳定性要求达到更优的结合点。以强辐照区的焊材为例,该材料需要进行入堆辐照试验来验证,而入堆辐照试验受制于庞大的支出成本和不确定的试验周期,因此,当前很多团队要么未涉足该类焊材的开发,要么缺少足够的入堆辐照试验数据支撑。

        二是焊接材料企业的质量保证体系监查是由使用单位实施,国内只有少数几家企业依据相关ASME标准、RCC-M(法国《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》)标准、HAF003核电厂质量保证安全规定文件等编制了企业针对核电焊接材料的质量手册或质量保证大纲。但很多涉及核级焊材生产的企业未建立针对核级焊接材料的生产质量保证体系文件,难以通过质保监查,使得用户对焊材多批次的质量稳定性缺乏足够的信心。

        三是我国研发的焊材已经达到针对压水堆不同的核电机型的焊材设计技术指标要求,部分焊材逐步通过应用单位的评价,且碳钢焊材、低合金钢焊材已实现供货,但核一级设备用的焊接材料在推广应用方面还存在很大的困难。一方面是因为近几年国内批复开工建设的核电机组较少,进口焊材供应紧张的状况得到一定缓解;另一方面是因为应用单位对没有核电工程应用业绩的核一级焊材持谨慎保守的态度。

来源:中国冶金报社

  
 
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