核电焊接材料的国产化与标准化探讨
第三代核电AP1000反应堆压力容器焊接技术解析
向心 环焊 缝 。均 属 于 核 岛 一路 压 力 边 界 ．这些 焊缝 采 用 低 合 金 钢 窄 间 隙 自动 焊 接 技 术 完 成 焊 接 任 务
出 水 接 管
最 重 要 和 制 造难 度最 高 的核 承 压 设 备 之 一 ［ 在 其
６ ０年 设 计 寿命 的运行 期 间 内将 长 期 承受 着 高 温 、高
压 和 强 中子 辐 照等 作 用 ，材 料 易 产 生 脆 化 。 因此 。 核 反应 堆压 力容 器 的焊 接质 量 引起 人们 极 大 的重 视 ． 对 焊接技 术提 出严格 要求
金 属 焊 接 、顶 盖 与 管座 Ｊ 形 坡 口焊 接 ，试 图成 功 解 析 第 三代 核 电反 应 堆 压 力容 器 的 焊接 技 术 。 关 键 词 ：压 力 容 器 焊 接 ； 核 反 应 堆 ；Ａ Ｐ Ｉ Ｏ ０ ０；焊 接 技 术 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｇ ４ ５ ７ ． ５ 文 献标 志 码 ：Ｂ
设 备 。其 主要 设 计 参数 ：设 计 压 力 为 １ ７ ． ２ ＭＰ ａ ；工 作压力为 １ ５ ． ５ ＭＰ ａ ：设 计 温 度 为 ３ ４ ３℃ ：简 体 内径 为４ ０ ３ ８ ｍｍ：筒 体 外 径 为 ４ ４ ７ ７ ｍ ｍ：法 兰 外 径 为 ４ ７ ７ ５ ｍｍ：容器 总高 为 １ ２ ２ ０ ９ ｍ ｍ：容器 自身质量 为
一
图 １
压 力 窨 器 结 构
１ ． ２ 压力 容器设 计参 数
反 应 堆 压力 容 器 包 容 并 支 承 整 个 堆 芯 部 件 ．是
回路冷却 剂 系统 的压力 边界 （ 即第 二 道 安 全 屏
中国焊接材料发展历程
中国焊接材料发展历程解放初期，国产的电焊条采用手工制作，只能用来进行修补工作，工业上使用的焊条基本全部从美国、英国、德国和荷兰等国家进口。
中国于上世纪50年代开始进行螺旋机的研制使用，结束了中国手工制作电焊条的历史。
1962年国内电焊条产量为3.1万吨，随着国民经济的发展，焊条产量逐渐增加，1965年研究采用还原钛铁矿来代替金红石和钛白粉等高价位原材料。
20世纪80年代后开始全国推广，降低了电焊条的生产成本。
1996年中国粗钢产量突破1亿吨，电焊条的产量达到近60万吨。
最近20多年来，中国的经济建设得到了突飞猛进的发展，电焊条产量高峰时突破了200万吨。
实心焊丝是在20世纪80年代发展起来的产品，经过10余年的努力，逐渐地解决了焊丝生产中遇到的主要问题，在90年代末转入批量化生产。
80年代末90年代初进口的镀铜生产设备基本被淘汰，取而代之的为国产设备。
由于实心焊丝具有焊接效率高、质量好、烟尘低等优点，从一问世便受到青睐，发展非常迅速，目前生产企业大约200余家，集中产地为江苏、天津、山东、河北等地。
埋弧焊材包括焊丝和焊剂两类产品。
埋弧焊工艺是一种传统的高效优质焊接方法，所占市场份额比较稳定。
生产实心焊丝的企业大部分都能生产埋弧焊丝，目前其生产企业数量大约100家。
埋弧焊焊剂的产量近几年和埋弧焊丝一样呈上升趋势，其中烧结焊剂产量提高较快。
埋弧焊剂主要产地在河南和湖南，湖南的生产企业数量虽多，但大多数企业产量为几千吨，相对来说，河南省的企业生产规模较大。
20世纪60年代国内开始研制药芯焊丝，限于当时参与单位和技术人员较少，技术条件落后，钢带和适用于药芯的粉料缺乏，国际交流欠缺，致使研发工作在几年内没有进展。
到20世纪80年代，造船业为了提高生产效率，开始使用药芯焊丝，主要从日本、美国以及后来的韩国进口。
20世纪80年代末由原机械部出资，委托北京电焊条厂从英国引进1条生产线及2个焊丝配方，宣告中国药芯焊丝进入正式生产阶段。
三代核电蒸汽发生器接管安全端焊接技术
接质量要求 很高 ， 其焊接工艺难 度非常大 。文 中对蒸汽发生器安 全端结构进行 了介 绍 ， 合焊接 工艺评定 ， 结 对焊接 坡 口的设计 、 焊接材料 的选 择和窄间隙焊接 的工艺参数进行 了试 验研究 ， 将试验结果 应用到产 品焊接 中 ， 到了 并 达
良好 的 效果 。 关 键 词 ： 三代 核 电 蒸汽发生器 安全端焊 接 异 种 钢
量 ， 用无 隔离层 堆焊 窄 间隙直 接对 接形 式 。 采 １２ 焊接 材 料 的选 择 ．
由于 奥 氏体 母 材 和 铁 素 体 母 材 的膨 胀 系数 差 别
较 大 ， 受 热 循 环 时 会 产 生 较 大 应 力 ＿ 等 。 对 于 经 ２
在 高 温 高 压 、 作 条 件 苛 刻 的情 况 下 ， 选 用 膨 胀 系 工 应
１ ３ 焊 接方 法 的选择 ．
安 全端 异种 金属 焊接 的 困难 主要 在 于 镍 基合 金 是
一
目前 接管 安 全端 焊接 工 艺 主要 包 括 采 用 手工 药 皮
种 焊接 性 较差 的金 属 材料 。这 种金 属 材 料 的 纯度 要
焊条 电弧焊 、 弧 自动 焊 或 自动脉 冲钨极 氩 弧焊 。 埋
中图 分 类 号 ： Ｔ ４ ７ Ｇ ５
０ 前
言
全等 级为 核一 级 ， ｃ Ｍ 规范 等级 为一 级 。 Ｒｃ — 该 设 备下 封 头 有 １个 进 口接 管 和 １个 出 口接 管 ，
需焊 接安 全 端 。管 座 材 料 为 ２ ＭＮ ５， 全 端 材 料 为 ０ Ｄ 安 Ｚ Ｃ Ｄ ８—１ ２Ｎ １ ２控氮 不 锈 钢 ， 于 典 型 的 安 全 端 异 种 钢 属 焊接 结构 。
１ ４ 评 定试 板母材 的成 分 和性能 ．
S4000焊工和焊接操作工的考核RCCM中文版法国民用核电标准
S4000焊工和焊接操作工的考核RCCM中文版法国民用核电标准S4100总则S4110目的本章含盖合格焊工和焊接操作者的有关规定，本章所述的焊工和焊接操作工的各项考核试验应在制造前进行，以便确保焊工和焊接操作工具有完成合格焊缝的能力。
在以下章节，“焊工”那个词汇同时包括使用机械或自动操作程序的操作者。
焊工和焊接操作工通过各项考核试验并合格后取得按照本焊接程序实施本章各节范畴焊接的资格。
运用的通则的范畴请参见S4200。
使用于专门情形下的规则，参见S43 00。
S4120制造商的责任制造商应按照本章的要求制定焊工和焊接操作工的考核程序。
只有通过考核的焊工和焊接操作工才能进行产品焊接。
当不存在其它条件时（例如在S4200中的规定），焊工的考核试验的责任由制造商承担。
焊工的技巧是制造商的责任。
S4130需要编制的文件焊工和焊接操作工的全部考核应按运用的焊接程序描述进行(例如按照法国标准NF EN288—2)并增加以下条款：——考核的有效范畴。
——实施试验的同时，考虑专门情形的相应验收规范。
S4140重新评定操纵重新评定的条件规定在S4200中，同样适用于试料和按照S4 300中规定的评定。
S4200—般情形S4210导言本节规定实施氧乙炔焊接操作焊接钢和镍基合金的焊工考核的原则。
这些焊工考核试验将讲明焊工能够按照讲明书进行焊接，具有必要的技术并能达到要求的质量水平。
考核试验用试料和条件是相同的并与使用的焊接技术无关，即使测试的某种专门人工技术是与使用的焊接技术有关的。
在条件方面所有有关要求均应符合要求（例如考核试料的尺寸），应使用相同的焊接装配用以同时证明焊接程序和焊工是否合格。
焊工是否合格应通过按照NF EN287—1标准规定的要求进行钢的焊接和按照NF EN ISO 9606—4进行镍基合金的焊接来证明。
通过制造商对试样的检验和承包商的认可来认可这些考核试验的结果。
S4220技术要求S4221总则在考虑下列规定完善和扩大所用标准的内容时，应使用NF EN28 7—1和NF EN ISO 9606—4标准。
S2021焊接填充材料的验收RCCM中文版法国民用核电标准
S2021焊接填充材料的验收RCCM中文版法国民用核电标准S2100概述S2110总则本章规定了碳钢、低合金钢、不锈钢和镍基合金焊接填充材料验收技术条件一样原则。
这些焊接填充材料用于承载焊缝、隔离层、堆焊层。
密封焊缝和补焊焊缝。
验收试验的要紧目的是保证制造中所用的批量焊接填充材料与评定试验中的焊接填充材料具看相同的质量。
因此，当按照S5000评定时，这些验收试验必须在重复的条件下进行，同时与稀释区之外的焊接填充材料的评定试验有关。
上述验收试验必须在焊接填充材料供货商和（或）制造商的质量操纵部门在场时进行。
S2120验收技术条件制造商应制定一个关于这些焊接填充材料的供货验收技术条件。
该技术条件应按本章规定起草。
当要求按S5000进行焊接填充材料评定时，应参考和遵守在S5142中规定的焊接填充材料评定工艺数据卡片中的要求。
这一文件的内容只限于本章的补充条款，专门是在验收焊缝熔敷金属的情形下，应包括：——焊接参数；——层间温度和可能规定的焊后热处理；——取样示意图；——S2800或S2900中某一数据卡片的编号（或者可用一张内容符合S2700要求的数据卡片代替）。
S2200名称焊接填充材料应按常规进行标识。
能够使用AFNOR标准的标识规定，也可使用其它或附加外国标识，诸如AWS，JIS，DIN等。
涉及这些标准并不意味着使用它们的技术规定（专门是针对尺寸），仅仅是为了方便地使用产品的名称。
S2210焊丝S2211碳钢和低合金钢a）气体爱护焊焊丝，按照AWS A5.18、NF EN440和NFA81—312进行标识。
b）埋弧焊焊丝：按照AWS A5.17和5.23（NF EN756和NF A81—31 7）进行标识。
S2212不锈钢按照与焊丝化学成分有关的法国标准NF A 35—583进行标识，也可用AWS A5.9（NF A 81—318）作为补充。
S2213镍基合金按照AWS A5.14进行标识。
S2220药芯焊丝S2221碳钢和低合金钢按照AWS A5.20进行标识。
核电设备中的焊接要求
RCC-M
Section
Ⅳ
—— 焊接工艺评定的有效期： 除非出现下列几种情况，焊接工艺评定 一直有效： （1）经常或非常有规则性地出现补焊，检测 到的焊接缺陷可证明焊接工艺或焊接工艺评
定本身无效。
（2）产品焊接见证件出现不合格的结果（除 非制造商能证明工艺评定没有错误）。
RCC-M —— 接头形式：
Section
Ⅳ
在下列情况下，作新的工艺评定是必要的：
（1）多道焊改为单道焊或相反； （2）坡口形式的改变：
V 型 X型
U型
K型
双U型
I型
（3）增加或取消衬板； （4）取消根部焊道的清楚；
（5）坡口加工方法的改变；等
RCC-M ——焊接方法：
Section
Ⅳ
增加、取消或焊接方法的改变或焊接方式的 改变均需重性评定。
焊接的应力和变形
2. 焊接变形的产生和防止 焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形引起的，表现 在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。 表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、 波浪变形、扭曲变形等。
焊接的优点及局限性 焊接的优点：（与铆接、螺钉连接、铸件和锻件比较）
1、节省金属材料、减轻结构重量；
熔化极气体保护焊
定义：利用外加 气体作为保护 介质的一种电弧焊, 采用熔 化的填充焊丝金属电极。 原理：采用可熔化的填充焊丝 与被焊工件之间的电弧作为 热源来熔化焊丝与母材金属， 并向焊接区域输送保护气体， 防止其对电弧、熔化的焊丝、 熔池和热影响区造成有害影 响。连续送进的焊丝金属不 断熔化并过渡到熔池，与熔 化的母材金属融合形成焊缝 金属。
核电厂不锈钢钨极氩弧焊焊接的背面保护
核电厂不锈钢钨极氩弧焊焊接的背面保护摘要：随着我国核电行业的蓬勃发展，特别是国家碳达峰、碳中和的发展战略的提出，我国核电发展势头将更加高涨；不锈钢作为一种优良的耐腐蚀金属材料被广泛的应用在核电厂中，同时不锈钢的焊接工作也是电厂设备和管道制造、安装和检修工作的重要组成部分，其中又以钨极氩弧焊应用最为广泛；由于核电厂运行的特殊性——核电站运行的连续性，停堆维修的金钱成本和社会影响特别重大，不可能随意停堆维修；同时国家法律、社会大众以及行业自身对核安全文化有着严苛要求；又由于施工质量是核安全的重要组成部分，焊接质量又是施工质量的重要组成，因此对于提高不锈钢钨极氩弧焊焊缝焊接质量的研究是迫在眉睫的。
在核电工程中由于不同标准对不锈钢焊接工艺背面保护要求不同，从而导致广大技术人员对其理解产生了异议，异议主要在以下两个方面：1.对“背面充氩保护”中“背面”的理解；2.对背面保护氩气流量和其保护效果是否有必然关系的争论。
关键词：核安全文化Nuclear safety culture、碳达峰Peak carbon dioxide emissions、碳中和Peak emissions、不锈钢Stainless steel、钨极氩弧焊Argon tungsten-arc welding、背面保护Protection at the back、氧化To oxidate。
正文：1.对“背面”的理解根据焊接标准：不锈钢钨极氩弧焊（TIG）焊接时当焊缝熔覆金属小于等于4mm或母材小于等于5mm时要求对不锈钢背面进行充氩保护，由于各种核电堆型所使用的焊接标准不同，各个标准对“背面保护”的要求有所不同，现场焊接技术人员对标准的理解也有所差异，特别是对“背面”的理解争议最大，有些人认为“背面”就是字面意思“反面”，而另一些人认为不止“反面”还包含“侧面”。
“背面保护”是由于焊接热输入会导致焊缝或焊缝附近母材过热其合金元素会跟氧气反应生成黑色氧化物，导致重要合金元素烧损同时破坏不锈钢耐腐蚀钝化层，致使其易在腐蚀性环境中产生腐蚀导致材料或部件功能失效；为了解决这个问题而采取的一种措施。
核电站反应堆焊接防腐施工工艺
核电站反应堆焊接防腐施工工艺核电站是一种重要的能源发电设施，在保障能源安全和环境友好方面具有重要作用。
核电站中的反应堆是核能发电的核心部件，而焊接是反应堆建设过程中必不可少的工艺之一。
为了确保反应堆的安全运行，焊接防腐施工工艺显得尤为重要。
本文将介绍核电站反应堆焊接防腐施工工艺及其关键要点。
一、焊接防腐施工工艺概述焊接防腐施工工艺是指在焊接过程中采取的一系列措施，以保护焊缝和焊接接头的材料性能，延长其使用寿命。
在核电站反应堆建设中，焊接防腐施工工艺起到了至关重要的作用。
正确选择施工工艺和使用适当的防腐材料可以减少焊接缺陷和腐蚀破坏的风险，确保反应堆的安全运行。
二、焊接防腐施工工艺关键要点（一）焊接材料的选择在核电站反应堆焊接防腐施工中，焊接材料的选择是关键的一步。
一般情况下，应选用高强度、耐腐蚀性好的材料，以确保焊接接头的牢固性和耐久性。
同时还需考虑材料的适用温度范围和化学稳定性，以满足反应堆特殊的工作环境要求。
（二）焊接工艺的控制焊接工艺的控制是保证焊接接头质量的重要环节。
在反应堆焊接防腐施工中，应严格按照相关标准和规范进行焊接操作，确保焊缝的强度和密封性。
焊接工艺中的预热、焊接速度、焊接参数等关键要素应严格控制，避免产生焊接缺陷。
（三）防腐材料的使用核电站反应堆在运行过程中会受到辐射和高温的影响，因此对防腐材料的选择有严格要求。
一般情况下，应选用具有较好耐辐照和耐高温性能的防腐涂料或防腐膜。
防腐材料的涂敷应均匀、牢固，确保其与焊接接头之间有良好的兼容性和粘结性，以起到有效的防腐效果。
（四）质量监控与检验为了确保焊接防腐施工的质量，需要进行质量监控与检验工作。
这包括焊接接头的可视检查、尺寸测量、焊缝无损检测等环节，以发现并及时修复焊接缺陷。
同时，还需要对防腐涂层或膜进行厚度测量和质量检验，确保其符合设计要求。
三、总结核电站反应堆焊接防腐施工工艺的正确应用对于保障反应堆的安全运行至关重要。
通过选择合适的焊接材料、控制好焊接工艺、使用适宜的防腐材料，并进行质量监控与检验，可以有效地减少焊接缺陷和腐蚀破坏的发生，提高反应堆的安全性和可靠性。
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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。
参考文献：
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