加强核电厂紧固件采购质量保证的几点建议

王冶

中图分类号：F253.2 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2017）09-115-05

摘要 核电厂紧固件的質量会影响到核电厂系统设备的安全运行，应该视为与其所属的核安全设备具有同样等级的零部件，核电厂紧固件的质量性能指标多，且检验项目多为破坏性试验，为降低抽样检验风险，保证不合格紧固件不会进入核电厂，建议通过实施零缺陷抽样检验，增加细化检验项目，增设质量控制点，实施集中采购，扩大采购渠道等多种方法提高核电厂紧固件采购质量保证工作。

关键词 核电厂 紧固件 质量保证 抽样检验 风险控制

高强紧固件在核电厂应用十分广泛，在核电厂的构筑物、系统管道、设备及设备支撑上都有使用。2015年国内某高强紧固件厂质量事件发生后，从国家主管部门到核电厂，投入了大量人力物力排查其带来的安全隐患，付出了巨大代价，教训极其深刻。该事件的主要责任者是制造厂，但是，核电厂和采购单位对核电厂安全重要物项紧固件（以下简称核电厂紧固件）采购过程质量控制存在的薄弱环节也是不可忽视的。国家核安全局发布了《关于进一步加强核电厂紧固件等大宗材料质量管理的通知》（国核安发[2016]195号，以下简称195号文件），对核电厂营运单位及设计单位提出了10项管理要求，并在附件《核电厂紧固件入厂（场）复验指南（试行）》（以下简称“复验指南”）中明确规范了核电厂紧固件入厂复验的检验项目和抽样方案及其他质量控制要求。设计单位也针对核电厂紧固件编写了专用的技术条件。但是，对核电厂紧固件采购、制造过程如何进行质量控制和检验验收尚未作出具体要求。因此，研究核电厂紧固件采购和制造过程的质量风险和控制措施非常必要。本文分析了核电厂紧固件制造过程抽样检验和验收判定存在的风险，提出防控方法和措施，供同行探讨和参考。

一、核电厂紧固件特殊性能和抽样检验特点

用于核电厂安全重要物项的高强紧固件，其产品技术要求、性能和产品质量指标已经不同于一般意义上的高强紧固件，从核电厂系统设备角度看，它应是一个与所属的核安全设备具有同样安全等级、质量保证等级和抗震类别的重要零部件，与所属系统设备共同执行安全运行功能。用于核安全设备的紧固件（以下简称核安全紧固件）的技术规格书也是一个突出核安全特殊要求的技术文件，其内容重点强调的是紧固件的安全质量特性。核安全紧固件所具有严格的原材料选材要求，性能检验项目繁多，检验指标和试验要求严格构成了核电厂紧固件区别于一般高强紧固件的显著特点。

紧固件就本身结构复杂性而言，它是一个很普通的机械零件。核电厂紧固件因其在核电厂安全重要设备中扮演着与安全设备同样的安全重要功能，使得它已经超出一般高强紧固件的意义，更重要的意义是它在伴随系统设备共同执行核安全功能中扮演的重要角色决定了它从出生到服役的整个过程都需要与质量性能检查、检验、抽样检验等诸多检验方法相伴终生。

表1列举了M310堆型二代加核电站核安全级设备用紧固件技术条件中给出的质量检验项目中应用抽样检查项目和判定方案。

从表1可以看出，核电厂紧固件从原材料到产成品，抽样检验和判定方案贯穿于在产品质量的原材料检验、产品制造过程的质量检验、产品最终验收检验各个环节。从被检验项目性质角度分类，可以分为非破坏性检验项目和破坏性检验项目两大类。整个制造过程的检验应用了统计抽样检验、百分比抽样检验、全数（100%）检验和经验抽样检验等方法。

抽样检验国家标准是协调或平衡供需双方经济利益的桥梁。采用抽样验收方法的主要动力是经济性，供需双方可以节约主观讨论的时间，既保证被接收批具有一定质量，又可显著节约检验工作量和检验费用。抽样检验国家标准在我国应用近二十年，广泛用于各个行业。这些标准适用于批产品（如材料、零件、部件、整件和系统）的质量检验，也可用于产品在制品的检验。本文关注的问题是应用统计抽样检验技术过程的风险及其控制。抽样检验国家标准已经明确告知应用者，抽样检验验收要接受风险的，供需双方都希望使自己的风险最小。这就需要供需双方合理地选择抽样方案，控制各自的风险。适当利用抽样验收国家标准，对双方都有利。统计抽样检验与过程控制技术的国家标准有可靠的理论依据。非国家推荐的抽样方法（如百分比抽样等）往往缺乏理论依据，目前已经被淘汰。当前技术文件中应用百分比抽样检验方法应该停止使用。

鉴于核电厂紧固件的失效会直接影响核电厂系统设备的安全功能，任何不合格的紧固件都不应该接收。所以，核电紧固件采购和制造过程应用抽样检验技术时应该注意这些风险与核安全可靠性指标的关系，注意这些核电紧固件与所属系统设备共同执行安全运行功能时是否能够接受这些风险？进一步防范这些风险需要采取哪些措施？尽量减少核电厂设备维修、大修等活动中因紧固件不合格带来延误工期和经济损失。本文对非破坏性检验项目的抽样方案和破坏性检验项目抽样检验两个方面存在的风险进行分析并提出应对措施。

二、非破坏性检验项目抽样方法风险及其防范措施

（一）非破坏性检验抽样方案的风险分析

核电紧固件采购制造过程的非破坏性检验项目主要包括紧固件几何尺寸检验、产品形位公差检验、硬度检验，无损检验，螺纹尺寸和公差等项目的检验。这里研究和分析抽样检验风险，目的是为了找出减少风险的措施。

按照统计抽样检验的理论，只要抽样检验就有风险。目前我国尚没有专用于核电紧固件的检验验收标准，国内紧固件件行业常用的紧固件检验验收标准是GB/T 90.1《紧固件验收检查》。通用的抽样检验标准是GB/T 2828.1-2012《计数抽样检验程序第1部分按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划》、GB/T 2828.2-2008计数抽样检验程序第2部分按极限质量（LQ）检索的孤立批检验抽样方案》等标准。这些国家标准都是与ISO国际标准、和美国军用抽样检验标准接轨的标准，广泛用于各行业的非破坏性抽样检验和判定。本文关注的是，这些国家标准在适用范围中对应用的条件和用户接收概率均作出了明确说明。

GB/T 90.1《紧固件验收检查》在文件应用范围中阐述了该标准不适用于高速机械和有特殊要求场合使用的紧固件。该标准在术语和定义章节的3.13合格质量水平（AQL）、3.14极限质量（LQ）中已经告知用户，在一个抽样方案中同一高的接收概率对应的质量水平（AQL），其接收概率大于或等于95%。同一低的接收概率对应的质量水平（LQ），其接收概率小于或等于10%。也就是说用户接收不合格批紧固件产品的概率为10%。

GB/T 2828.1《计数抽样检验程序第1部分按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划》、说明了使用方风险质量（consumers risk quality）。对抽样方案，相应于某一规定使用方风险的批质量水平或过程质量水平。该标准注明的“使用方风险通常规定为10%。”

GB/T 2828.2-2008《计数抽样检验程序第2部分按极限质量（LQ）检索的孤立批检验抽样方案》是为孤立批设计的，较适合用于核电厂紧固件的成品检验。但是该标准也是按极限质量（LQ）的接收概率为10%设计的。

上述国家标准中告知了应用本标准使用方接受不合格产品的风险是10%。核电厂作为用户在控制采购、制造过程的质量时应用本标准时用户需要考虑接收风险。目前我国尚没有专用于核电紧固件的检驗验收标准。应用这些标准意味着接受这些风险。10%的不合格品批接收风险会在后续核电厂大修中出现再次检验确认合格的工作量，存在贻误大修进度的风险，也增加紧固件使用过程的再检验、再鉴定和合格判定工作，给核电运行维修造成直接损失。更严重的是这个风险数值与核安全紧固件所在安全重要系统设备的安全可靠性指标不相匹配的，给安全重要系统设备运行带来安全隐患，直接威胁到核电厂的安全稳定运行。核安全重要相关系统设备和零部件的可靠性要求一般在10E-6＼10E-5量值之间。笔者认为：两者之间差距很大，是数量级的差别。作为通用的紧固件行业来说是可接受的。但是对于有特殊要求的核电厂紧固件来说，无论从核电工程或大修工作过程进度控制角度、还是从设备安全可靠性指标匹配角度和安全稳定运行角度，核电行业不可能接受这么大的风险数值。应积极采取措施尽可能减少和防范这些风险。

（二）防范措施建议

目前核电有些核级紧固件技术文件给出的非破坏性抽样检验方案是先按一定的样本空间实施抽样检验，抽样检出不合格后再进行100%检验，把100%检验作为最后的无奈之举。笔者建议：对于抽样检验原理和国家标准中已经明确的风险，应采取的主动防范风险措施。抽样、检验与判定是产品检验验收工作的三个要素。防范措施也从三个要素着手进行。

建议之一，针对应用抽样检验标准存在10%不合格批接收概率，对非破坏性项目无论在产品制造过程中还是在出厂验收检验中不采用抽样检验方案，直接进行100%全数检验。

对非破坏性检验项目直接进行全数检验的优点是，提高核电紧固件可靠性，把抽样检验带来的风险降至最低。提高非破坏性项目质量标准，对不合格品“零接收”。努力把紧固件的可靠性与核电安全重要系统设备的可靠性设计理念相匹配。保证核电紧固件与核电厂安全重要设备同样执行安全运行功能，使得核电紧固件不能成为安全重要设备的短板。努力采取措施提高核电紧固件可靠性与核安全文化和理念高度一致。

对非破坏性检验项目直接进行全数检验的缺点是增加了检验费用。是用经济代价减少了安全风险。从产品制造成本角度分析，非破坏性检验工作主要增加的是检验人工工时费用和测量设备使用费用。相比破坏性检验项目来说这些费用所占检验费用的比例是很小的。

更重要的意义在于消除了以10%的概率接收批不合格品的风险，可保证后续紧固件的安装、替换工作节约宝贵的时间，不再因为这些风险造成工程、大修工期延误，免去了再检验、再鉴定工作。换取来经济效益更大。从核安全角度看，消除安全隐患带来的核安全效益是巨大的，无法用经济指标衡量的。

建议之二，是在检验之前，确认检验设备、检验量具、检验人员满足检验条件。一般制造单位都应具备这些条件，计量误差和测量误差应该在所用的设备和量具给予保证。采购合同订立之前，核电厂采购人员应对制造商这些要素予以确认。

建议之三，是针对单件紧固件检验采取“0收，1拒”的判定方法，在进行100%检验过程中作为单个紧固件检验验收的判定原则。在100%检验方案中，批质量合格的概念变成了单件紧固件合格的概念。这里所说的“0收，1拒”的判定方法是指，一个单件紧固件产品包含多个被检验的几何参数、形位公差、表面质量、硬度等，只要其中一个参数不合格，则判定为该单件紧固件不合格。

严格的判定方案、100%检验方案、合格的检验员和设备三者同时并用构成非破坏性检验抽样方案的风险防范措施的整体。用三个措施保证紧固件非破坏性检验项目合格验收顺利进行，把采用抽样检验带来的约10%的风险减到最低。努力实现不合格紧固件不进场（厂），也为后续执行《核电厂紧固件入厂（场）复验指南（试行）》打下基础。保证紧固件非破坏性检验项目有复验合格的把握。针对我国出现的浙江高强紧固件事件，和国内制造行业实际情况，核电厂作为采购方，结合实际做出非破坏性检验验收方案十分必要。

三、破坏性检验抽样方案的风险及防范措施

（一）破坏性检验抽样方案的风险

核电紧固件的破坏性检验项目较多，如：拉力试验；保证载荷试验；冲击试验；表面硬度试验材料的化学成分（杂质含量）测定；金相试验，包括芯部淬火组织检查、表面脱碳或增碳检查；镀层的厚度、耐蚀性和氢脆等试验。破坏性检验项目的一个特点是检验费用大，成本高，抽样数量有限。用少量的样本的破坏性检验来验证整批产品的质量，其抽样方案的风险肯定大于非破坏性抽样检验，既理论上远大于10%。需要技术人员根据应用功能制定出比较科学的抽样方案是具有很大难度的。目前我国尚无产品破坏性抽样检验国家标准。核电紧固件技术文件给出的抽样检验方案，基本上属于经验抽样检验方法。

从表1可以看出，为了保证核电紧固件满足核安全功能需要，设计单位在技术层面上设计了多个破坏性检验项目，这些破坏性检验项目设计在不同的制造工序中，体现了一定的多样性、多重性。用多样性和多重性相互比较参考，使其具有一定的沉余度。尽管这样，抽样检验本身固有的风险是无法消除的。但是在技术上应对经验抽样比例与核电紧固件执行安全功能进行可靠性数学计算，验证经验抽样比例的合理性。这个计算过程应写入技术文件，共使用者参考。

（二）防范措施建议

即要使接收批不合格品的概率风险尽量低，又要尽可能选取较低的样本量，是核电厂紧固件破坏性抽样检验面临的难题。在技术上层面无法消除的风险需要依靠管理措施加以补充。本文从质量管理角度提出防范措施建议，供讨论和参考。

1.采用零缺陷抽样检验方法，提升制造商质量管理体系。建议核电厂紧固件的破坏性检验项目采用零缺陷抽样检验方案。该方案采用“0收，1拒”的判定原则对样品进行检验，只要发现一个不合格就拒收整批交验产品。它的优点是简化了采用其它抽样检验方法的复杂性，降低了对样本量的需求。特别适用于有特殊目的要求的航天、航空、汽车军工等行业的破坏性检验项目。该方法已在我国汽车行业得到广泛应用。该方案要求制造商建立预防性的质量体系和有效的质量过程控制系统，强调以事先的预防代替事后的检验。

抽样检验的局限性在于，因为无论样本量取多大，都不能使产品的批质量水平达到零缺陷的水平（1-100PPM的范围）。要达到零缺陷的目标，通过抽样检验是不可能实现的。何况对于破坏性检验，样本量只能取很小的数量。

所谓“质量是干出来的，而不是检验出来的”，制造商要達到产品零缺陷的目标，制造商只有建立相适应的质量体系并使之有效运作才是最可靠的。美军标MIL-STD-1916《国防部推荐的产品验收方法》给出了零缺陷抽样方案理念的解释：当一个质量体系是有效的话，那么抽样检验就是多余的，没有价值的。因为抽样检验既不能控制质量也不会改进质量。

“0收，1拒”的判定验收理念更鼓励制造商在完善自身质量保证体系上下工夫，依靠自身质量保证体系的有效运行来保证生产出合格产品。检出的产品不合格，鼓励制造商首先从体系上查找原因。核电厂紧固件采购时，在完成供方评价工作中，应重点关注制造商质量保证体系执行的有效性。质量保证体系是产品质量的源头，核电紧固件从产品诞生到服役与检查、检验相伴终生，从源头开始控制风险是正确的选择。

在保证质量体系有效运转的基础上再使用较小样本量的抽样检验方案，验证批产品的合格与否，是解决核电厂紧固件破坏性试验项目检验难题的先进方法。美国标准ASTM F1470-12《用于特殊机械性能检验的紧固件抽样标准方法》正是基于这一理念，在强调买方在监查制造厂质保体系的前提下，给出一个适用于紧固件破坏性检验样本空间的零缺陷抽样检验标准。国家核安全局发布的“核电厂紧固件复验指南”中即引用了该标准中的抽样水平。笔者建议在核电厂紧固件检验检验阶段同样可以参照该标准实施。

2将每项破坏性检验验收设置为质量控制点（H点）。核电厂紧固件的检验验收指标从原材料开始贯穿制造全过程。技术文件要求的每一项破坏性检验指标的不合格都将拒收整批产品或半成品，这一特点决定了供需双方质量计划控制点的设置。核电厂紧固件质量计划中应尽量多设质量控制点，尤其对破坏性检验项目必须设置“H”点，确保核电厂技术和质量人员亲自验证关键指标特性的检验过程。“0收1拒”的抽样检验判定方法需要在计划检验破坏性项目时，应按照检出不合格概率和风险合理安排项目的检验顺序，一项检验完成之后在进行下一项，尽量避免同时检验不同的项目，以免造成不必要的损失。每一个破坏性检验项目的检验，需要大量的设备准备，人员和管理准备，质量保证和技术准备工作，从试验样品或试件的制作，到完成检验，提交检验报告，历时较长。在采购交货进度上应留有充足的时间。核电厂质量见证人员在见证质量控制点时，应熟悉各项检验项目执行的标准，不断要关注试验结果，还必须关注检测设备状态、人员资质状况，以及记录的有效性。

3.实施集中采购，扩大采购批量，减小抽样检验风险。核电厂紧固件的高质量要求和破坏性检验项目较多的实际情况直接关系到采购批量和价格。核电厂紧固件大多是非标准产品，没有专用的流水线，生产方式属于小批量生产，需要生产单位提前准备，单独组织生产。核电厂应提前计划采购批量，采购的最小批量要满足制造过程破坏性检验的最低要求。制定采购计划时，需要技术人员针对破坏性检验项目计算破坏性抽样检验的损失数量，包括入厂复验的抽样的损失数量，并留有足够的余量。建议对同一规格、材料和技术要求的高强紧固件产品，可以采用几家核电厂联合采购的模式进行。也可以建立更大的采购平台，由集团统一计划，尽可能扩大采购批量。采购批量足够大时，供需双方都可以获得较好的经济性。这样有利于保证产品质量，降低成本，也有利于生产单位组织生产。有利于降低破坏性抽样检验的风险。

提高核电厂紧固件采购的经济性，还可以多行业比较参考，扩大采购和供货范围。就高强紧固件而言，在核电领域应用时比较特殊，是一个新问题。但是，在船舶兵器军工、航天航空导弹发射、高铁等领域广泛应用，是一个比较常规的零部件，制造工艺、装备早已定型。应积极参考其他行业高强紧固件的制造采购解决核电厂高强紧固件采购的问题。如常规兵器坦克、装甲装备中的高强连接件、紧固件制造，大部分是特殊合金牌号，性能要求严格。在工艺装备方面，这些高强连接件和紧固件的金属冶金、锻轧、热处理和后期加工都相对成熟，积累了丰富的经验，制造过程的检验试验设备，测量手段齐全。在质量保证方面，这些单位都是国防质量保证体系，产品的安全可靠性有保障。只要采购批量合理，质量和经济性比较都会比一般螺栓制造企业好得多。因此做好行业类比也是提高核电高强紧固件采购质量和经济性的手段之一。

4.做好核电厂紧固件的入厂（场）复验。核电厂紧固件的验收检验由两大部分组成，即制造过程出厂验收检验和国家核安全局195号文件要求的入场复验。入场复验应委托第三方有资质的检验机构进行。从核电厂紧固件核安全特性上看，出厂验收检验投入使用前的入场复验独立进行可以进一步体现检验的多重性，进一步降低抽样检验带来的风险，多了一道产品质量把关屏障，有利于提高产品可靠性。从检验设备和技术角度看，出厂验收检验投入使用前的入场复验独立进行，入场复验可以进一步验证供应商生产过程检验的可靠性，起到验证和监督紧固件制造厂质量控制、检验技术、管理水平的作用。客观上，第三方独立检验验证更鼓励生产单位投入精力，致力于产品质量的持续改进，不断完善质保体系，保证产品质量合格的作用。

四、结语

本文针对核电厂高强紧固件的性能指标特点，从非破坏性抽样检验项目和破坏性抽样检验项目两个方面分析了核电厂高强紧固件采购过程抽样检验提出控制和防范风险的建议。这些措施和建议结合了工作实际，具有较强的操作性。尤其是将非破坏性抽样检验项目改为100%全身检验、破坏性检验项目采用零缺陷抽样检验的建议，将质量控制关口前移，可以最大程度降低抽样检验带来的风险，使核电紧固件与所在安全重要系统设备的安全可靠性指标相匹配，消除紧固件给安全重要系统设备运行带来安全隐患，有较高的应用价值。强调提高核电厂紧固件质量不应着重在事后的抽样，希望引用零缺陷的理念，使制造商致力于建立持续改善的质量管理系统，使交付的核电紧固件产品均为合格品，达到预防于先的效果，提出核电紧固件采购制造质量控制工作思路，对防范抽样检验风险，加强核电厂紧固件采购质量保证有积极的参考价值。上述观点和建议不妥之处，请同行不吝指正。