★北京廣利核系統工程有限公司張海軍，張子強，曹宗生

關鍵詞：機柜；設計；生產工藝；質量管控要素

隨著我國核電站在建數量日益增多，核電站相應配套設備的產能也日益緊張，面對供求關系之間的矛盾也越來越大，隨之而來引申出產品質量下降的風險。一旦有質量問題的安全級機柜結構件產品流入到核電站中，會給核電站帶來極大的安全隱患和維護成本，主要體現在以下幾個方面：（1）縮短設備使用壽命：在結構件生產過程中，如果某一工序做得不到位，可能會影響整個產品的使用壽命，如：噴漆前處理噴砂、打毛沒有按要求執行，可能會使機柜相應的零部件在短期內發生生銹，從而縮短整個機柜的使用壽命。（2）機柜的安全功能喪失帶來安全隱患：如果機械結構件焊接強度不高或設計不當，可能滿足不了抗震要求，給系統運行帶來安全隱患。（3）增加返修成本：由于設計不合理，可能會導致機柜的使用功能不達標，如：機柜的線槽容量不達標，增加維修成本。為了解決核電站DCS安全級控制系統機柜結構件產品因各種客觀因素導致的質量下降的問題，我們從設計環節和供應商生產監督環節兩個方面進行了多維度質量管理分析，同時結合工程實際應用，有效地避免了質量下降風險。

1　安全級機柜結構件設計過程中的管控要點

安全級機柜結構件主要由機柜側片、機柜底座、機柜頂架、機柜蒙皮、機柜門板和機柜相關附件共六部分組成，如圖1所示。

機柜設計是整個結構件產品的龍頭，設計圖紙和考慮因素的顆粒度大小直接影響結構件產品在后期使用的效果。一個好的結構設計會從客戶的多個需求點出發，統籌考慮，如：機柜IP防護設計應與散熱設計、電磁屏蔽設計等同步進行，在滿足IP防護等級的同時，還要滿足通風散熱和電磁屏蔽等要求，這樣才能設計出符合要求的結構產品。

圖1機柜結構框架示例圖

1.1　設計階段的質量管控要點

在滿足基本設計要素的情況下，結構件設計總體應遵循以下幾個原則：

（1）盡可能減少零件加工的種類及數量。零件數量多不僅成本高，而且極容易出錯；

（2）從機柜整體考慮設計，簡化零件結構，充分考慮加工的實用性；

（3）機柜設計的標準化和通用化。盡可能使用模塊化設計，模塊應標準化，如：不同的機柜采用相同的電源模塊進行裝配，可以提高裝配效率和生產效率；

（4）機柜設備維護的方便性和可操作性。機柜在使用過程中，所裝配的各種電器元件都有可能損壞，需要進行維修，因此設計人員在設計機柜零部件結構時，除應考慮滿足使用性能要求外，還應考慮將來維護的方便性和可操作性。

如上所述機柜結構件的設計應充分考慮零件加工工藝要求，盡可能采用少的加工零件、簡潔的結構形式、模塊化的結構和合適的公差技術要求，使其在現有生產條件下易于制造保證質量。表1從17個維度對整個安全級機柜的設計要素進行了相關總結。

表1設計要素及質量控制關鍵點表

1.2　設計技術交底、設計產品技術變更控制

設計人員對設計產品由理論轉化到供應商的生產環節，需要與供應商生產人員進行相應的技術交底工作，以便供應商生產人員能夠充分地解讀設計人員的設計思路和設計理念。供應商按照甲方提供的采購技術規格書、工程圖紙、三維模型、材料明細等產品技術文件，開展相應的加工工作。對于供應商有疑問的環節，或生產無法滿足圖紙要求時，雙方需共同討論解決，確定最終的生產方案。另外，供應商的施工圖紙及工藝文件需經甲方技術人員確認，交底雙方需形成交底記錄單和問題溝通單并經相關人員簽字確認文件受控。產品在生產過程中因各種原因發生變更時，設計方需經正式通道及時發起設計變更，并進行相應的變更控制，形成變更清單管理。

1.3　設計關鍵工藝控制

對采購技術規格書中明確的關鍵工藝，供應商需按照已取得的質量保證體系認證要求進行控制。安全級機柜主要涉及焊接和噴涂兩大關鍵工藝。

1.3.1　焊接關鍵工藝

（1）認證體系：供應商應取得甲方要求的焊接認證體系（如：EN15085焊接體系），并且加工核電產品期間認證持續有效。供應商若取得其他焊接體系認證，需進行評估后報甲方進行確認。

（2）工藝控制：供應商根據自身制造能力以及以往加工產品，需要建立符合ISO標準的焊接工藝評定體系，包括工藝評定大綱及第三方出具的焊接工藝評定報告。供應商根據甲方產品技術文件中焊接接頭的等級劃分，對特殊焊接接頭按ISO相關標準進行焊接工藝評定，并向甲方報備焊接接頭的工藝評定大綱及報告，保證第三方提供的焊接工藝評定報告的真實性。

1.3.2　涂裝關鍵工藝

（1）認證體系：目前噴漆行業認證存在一些難點和問題，現有認證的標準不統一。目前沒有強制供應商取得相應的體系認證，業主有強制要求除外（如：NACE認證）。

（2）工藝控制：供應商需根據甲方提供的采購技術規格書中的要求編制噴漆工藝相關文件，并進行噴漆工藝驗證，噴漆工藝及工藝驗證結果需經甲方的技術人員確認。如委托第三方進行檢測，需保證提供的第三方檢測報告的真實性。產品噴漆前，供應商根據甲方確認完成的工藝驗證編制指導實際產品的噴漆工藝文件，并報甲方技術確認。

2　安全級機柜結構件生產過程中的管控要點

2.1　安全級機柜結構件主要生產工序

根據安全級機柜結構件加工的工序以及質量控制流程，其大致可分成如下8個工序，如圖2所示。

圖2生產工序示例圖

2.2　安全級機柜結構件生產工序要點分析

2.2.1　開工條件、重要原材料檢查要點

開工條件主要是從供應商的人、機、料、法、環等5個方面進行全方面的檢查，看是否具備開工條件。人員檢查主要有以下幾點：（1）重要生產工序的人員是否有相應的授權持證，是否是合格的生產人員，如：焊接人員資質、檢驗人員資質等。（2）生產工器具檢查：主要檢查生產所需的設備、檢具等是否經過校驗，是否有內部批準受控的設備操作規程等。（3）工作程序檢查：主要檢查關鍵生產工序是否取得了相應的工藝評定以及有質保大綱和質量計劃控制的工藝驗證，如：焊接工藝評定與之相匹配的工藝驗證以及相應作業文件（WPS）要求等。（4）重要原材料檢查主要核查采購技術規格書定義的關鍵原材料的實物以及相應的質量證明書，原材料實物如果需要第三方檢測需定期進行檢定。質量證明書主要核查物項描述是否清晰、物項相應特性、指標、時效、試驗數據完整性、參數是否滿足要求、物項批次等。（5）生產環境檢查主要是核實重要生產工序是否在規定的生產環境中去作業，如：噴涂前的環境溫濕度要求，以及相應的時間要求。

2.2.2　零件成型工序工作要點

零件成型主要包括拆彎、壓鉚、電鍍這三個主要工藝：

（1）折彎：首先要檢查相應圖紙、工藝流程卡是否正確齊全，有無變更，是否為最新版本，尺寸標注和加工要求是否標注清楚明確。工藝流程卡、展開圖、零件圖的產品號、零件圖號和名稱必須對應一致。其次需注意折彎方向、折彎尺寸、折彎角度檢驗，檢驗時要注意產品是否為對稱件，根據圖紙的視圖方向確定產品的折彎順序、折彎方向、壓死邊方向、壓段差方向。特別注意折彎（一道彎或幾道彎后）的剩余折彎展開尺寸要滿足圖紙和折彎要求，圖紙標注折彎后的孔到邊尺寸和孔距尺寸必須要保證，對于裝配尺寸，如：盒體、機箱等裝配的零件，生產時可以進行適配或用檢具來檢驗。對于折彎角度除圖紙特殊要求外，均按產品實際裝配情況來控制。圖紙上有公差要求的按要求公差進行管控，未注公差通常按文件GB/T1804-M管控，未注折彎角度通常控制在±0.5°，包容性角度控制在+0.5°之內（即走正公差），被包容性角度應控制在-0.5°之內（即走負公差）。另外，需著重關注折彎后的零件外觀檢驗。對于鋁件、電解板等外觀要求較高的產品，為防止劃傷，必須貼膜隔離保護，折彎后無手感刀痕，如手感刀痕無法避免，盡量使刀痕處于可接受位置。對于折彎加工過程中形成的正常模具，必須保證其與邊緣輪廓平行或者具有一定的規律性。對于拉絲后再進行折彎的，容易在折彎變形部位出現裂紋，應控制裂紋深度。壓死邊后產品表面不得斷裂變形，壓線時不能壓得過深，防止成型時斷裂。折彎后產品表面的平面度即變形的大小要符合圖紙的要求，圖紙無規定時盡量控制在0.5mm范圍內。最后電鍍件產品要在24小時內加工完并轉序，如不能及時加工完成的則需做好防銹保護措施，如：涂油。

（2）壓鉚：根據板材規格厚度、導向孔尺寸、壓鉚件的品種和規格設置荷載參數，選擇壓制工裝和壓制壓力。在壓制沖頭和砧座表面平行的情況下，應用壓鉚件推薦的擠壓力，直到沖頭推壓將壓鉚件緊固到孔中，以便壓鉚件的肩部完全與板材接觸。壓鉚螺釘、螺柱不得出現壓偏現象，必須保證螺紋與其所對應的孔是同心的，不得有透光、松動、脫落，必須檢測其牢固性。壓鉚件四周不得凸起、凹陷或明顯變形，表面不能有明顯的無法遮蓋的壓印或模印。對于離產品邊緣或孔周邊較近的壓鉚件會產生邊緣變形或孔周邊明顯變形，根據變形情況采取相應的措施（比如校形或打磨）來達到圖紙尺寸、外觀要求。對于處在折彎邊或模具成型邊較近的壓鉚件要重點關注，尤其是螺紋，外觀（變形）要重點檢測。壓鉚完成后需檢測其平面度是否在合格范圍內，若超標需轉入鉗工處理。壓鉚后的螺紋必須合格，可以使用配套的緊固件螺絲進行旋進旋出驗證。壓鉚件應進行扭矩測試，以驗證其符合制造商公布的性能數據。

（3）電鍍：電鍍件加工屬于成熟工藝，供應商通常委外加工。電鍍件主要是外觀檢查，不能有如下情況：局部未鍍滿或無鍍層（技術文件規定處除外）；可擦去的疏松鈍化膜或呈深黃色、棕色和褐色的鈍化膜；成片的淡白色鈍化膜；表面毛刺；鍍層粗糙、針孔、麻點、削落；鍍層發脆、起泡、起皮；鍍層色暗；零件凹部光亮度差或灰黑色、霧狀覆蓋物；鍍層分層、燒焦、焦黑色斑點；條紋狀、樹枝狀、海綿狀鍍層；表面有手印、未洗凈的鹽類痕跡；鍍前有輕微的打磨痕跡；厚度、附著力、鹽霧試驗不達標等。如果有不合格產品發生，需告知供應商要對電鍍鋅件進行原因分析和水平排查。

2.2.3　焊接、無損檢測及打磨整形工作要點

機柜的焊接和打磨整形是整個機柜的關鍵工序之一，焊接質量的好壞直接影響機柜的整體性能以及機柜的可靠性。焊接質量的管控應從焊接工藝評定、焊接工藝驗證、工程圖與焊接圖轉化等多方位多要素進行管控：

（1）焊接工藝評定、焊接工藝驗證：在一個項目開始前應對這個項目所使用的焊接工藝進行評估。如果有新的工藝，要按照新工藝要求做相應的焊接工藝三方評定和焊接工藝驗證。焊接工藝驗證需要有相應的質保大綱和質量計劃進行控制并設置相應的工藝驗證監督點。

（2）焊接過程控制：對于焊接工作而言，整個流程的每個環節都應該做到精確控制，才能保證最終的施工質量。對于焊接工藝過程的控制具體包括焊接方法、焊接前準備、焊接材料、焊接設備、焊接順序、焊件剖口的打磨、焊接操作、工藝參數等內容。在具體的施工過程中，還應該做好過程記錄。焊接工藝管理涉及到的內容較多，具體分為現場檢查、技術指導以及施工記錄等內容。需要對現場進行嚴格檢查，具體的檢查內容包括焊接的技術措施、操作指導以及焊接使用的具體材料。通過對現場各項內容的檢查與記錄，判斷工藝的規范程度。對于隱蔽工程的焊接，如：機柜立柱內側加強板焊接（圖3）、蒙皮內部墊鐵隱藏焊縫（圖4），需及時進行監督和記錄，防止隱蔽工程漏焊。對焊接的現場環境進行檢查時，需要重點檢查溫度參數、濕度參數以及風速等因素。

圖3機柜立柱內側加強板焊接（隱蔽工程）

圖4蒙皮內部墊鐵隱藏焊縫

（3）不合格焊接問題處理：當一個焊接工序結束后，應當及時對焊縫質量進行肉眼觀察。當焊縫出現氣孔、未熔合、裂紋、焊接變形等現象時，應當立即停止焊接工作，組織相關專業人員進行原因分析。直到根本原因找到后，方可進行下道工序。

（4）焊后打磨整形：是對焊接質量的總體把控，主要是針對機柜的安裝尺寸、并柜尺寸、關鍵尺寸等進行檢查，以免不合格的產品注入后道工序，造成不必要的產品返工或產品報廢情況的發生。

2.2.4　噴涂前處理及噴涂工作要點

機柜的噴涂是整個機柜生產的關鍵工序之一。根據《ISO12944-1998鋼結構防腐涂裝規范》，核電站的DCS安全級機柜防腐涂層要根據其防腐年限、防腐級別及其使用環境來設計，并同時確保涂層施工的可實現性，確保涂層符合核電站設備使用要求。根據《ISO12944-2：1998環境分類》，環境分類分為：大氣腐蝕環境、水和土壤的腐蝕性。核電站DCS機柜的防護只需考慮大氣腐蝕環境，不需考慮土壤腐蝕。而核電站通常運行在海邊高鹽潮濕的環境，屬于中等含鹽度的工業區和沿海區域，屬于較高的防腐等級C4級。因此安全級機柜的涂裝質量的優良決定著機柜的防腐性能以及相應的使用壽命。涂裝質量的生產管控應從以下幾個方面進行把握：

（1）噴涂前處理：涂裝前對結構件所有的油脂和探傷留下的試劑進行清潔處理，目前供應商采用噴砂和局部擦拭兩種方法。在噴砂前需完成打膠及保護工作，即每條有間隙的縫隙必須進行打膠，每個螺紋孔、通孔和螺釘必須保護。噴砂前需對產品表面質量進行確認，表面不可有油污、焊接飛濺、水跡等雜質，采用尺寸合理的磨料（如：30#棕剛玉尺寸直徑在1.0～1.5mm范圍內），確認施工環境，噴砂車間內相對濕度小于85%。噴砂后要進行清砂工作，用干燥、無油的壓縮空氣吹掃沙粒、粉塵，有油污處用甲苯或其他試劑進行擦拭清除。

（2）噴砂后表面質量：產品表面、翻邊及死角噴砂應均勻，使用粗糙度儀測量表面粗糙度，粗糙度值在20～70um范圍內，清潔度不低于Sa2.5級，即目視噴砂表面無可見油、脂和污物、氧化皮、腐蝕、涂層和外來雜質。柜體框架的檢測區域應包括：外表面（特別是底座地面和機柜/BUP盤臺頂面）、內底面（包括橫梁、立柱），每個檢測區域或零部件不少于三個檢測點。

（3）噴涂前檢查：確認打膠去除干凈、不噴漆的地方已經保護、清潔度達到Sa2.5級以上、油漆及色卡與采購技術規格書一致、油漆在有效期內。油漆的調配參考比可參照表2所示。

表2油漆調配表

（4）底漆、面漆噴涂：為了保證涂裝質量，通常進行兩遍底漆和兩遍面漆的作業：

·一遍底漆及打磨后表面無流掛及大量顆粒，膜厚控制在40～60um（參考值）。

·二遍底漆及打磨噴漆后表面無流掛及大量顆粒，打磨后膜厚在50～150um（參考值）；底漆附著力抽檢：從當天噴涂的批次中抽一臺機柜，在內表面選擇一處，按《GB/T9286色漆和清漆漆膜的劃格試驗》標準進行劃格試驗。對于二遍底漆后局部存在不平的部位，使用原子灰刮膩子找平，膩子周邊底漆膜厚50～150um。

·一遍面漆及打磨后表面無流掛及大量顆粒，總膜厚80～180um（參考值）。

·二遍面漆后涂裝質量要求：

（1）表面質量要求：紋理細致、均勻、平整。不允許有縮孔、針孔、雜質點、漏底、污斑、桔皮、凹坑、劃傷等現象，重要表面不允許有修補痕跡；

（2）同批次產品間，以及產品與色板間目視無明顯色差，通常色差合格值△E≤1.0/1.5（參考值），總膜厚通常控制在100～300um（參考值）。

2.2.5　裝配及完工文件審核工作要點

2.2.5.1　裝配工序

裝配工作是整個結構件產品的最后階段，包括附件安裝、門板安裝、成套鎖安裝、吊環安裝等。裝配過程是檢驗整個結構件生產匹配度的重要環節，機柜框架如果焊接有誤，相應的附件就無法安裝到位，附件尺寸如果加工有問題，也無法安裝到機柜框架上。因此這是一個相輔相成的過程，同時也是檢驗前期所有工作的關鍵工序之一。裝配工序的主要質量管控有：

（1）機柜框架的外觀檢查、噴漆膜厚色差檢查、電鍍鋅件膜厚外觀檢查、熱噴鋅膜厚外觀檢查、連續鍍鋅件外觀檢查；

（2）機柜內部關鍵尺寸測量、機柜外形尺寸測量、關鍵外購件安裝檢查；

（3）門板安裝檢查：屏蔽條槽的異物清理；門折邊槽內異物及涂層的檢查；在自然狀態下，門開關順暢，沒有異響和卡刮現象；門裝配后不得有傾斜，門邊距柜邊距離一致，門縫隙均勻，段差符合要求；

（4）螺紋孔抽查、緊固件扭矩檢查、異物檢查等。

2.2.5.2　完工文件審核

機柜完工文件是記錄機柜從制造到交付的全過程的文件，是體現供應商的生產質量和管理水平的必備資料，其內容一般包括制造關鍵工藝流程（焊接、涂裝）、重要原材料、工藝試驗及檢驗記錄等。這些資料記錄了機柜的整個生產周期信息，是維護和保養設備的重要參考資料。完工文件主要審核以下幾個方面：

（1）完工文件內容是否完整，通常包括：封面目錄、符合性聲明、出廠質量證明文件、質量計劃、重要過程質量記錄（重要原材料、重要外購件、重要輔件、關鍵工藝檢驗報告記錄）、不符合項報告清單、其它內容，如：文件傳遞清單、采購技術規格書等）。

（2）第三方檢驗報告、原材料/外購零部件/輔料質量證明文件的真實性審查、產品質量報告與原始記錄的符合性的檢查。

（3）常規性檢查：填寫記錄的字跡清晰可讀，不得有重描和涂改（如：涂改液涂改、刮改），可以進行劃改，劃改處需簽字簽日期，日期要完整。提交文件中的表格不應隨意有空格，內容及蓋章要完整，且清晰可辨，復印件無明顯歪斜，質量文件要逐頁加蓋供應商的確認章等。

3　工程實際應用效果

從某項目安全級機柜整體報廢事件來看，由于整個機柜的焊接質量不合格（焊縫位置不一致、焊縫為非持證焊工施焊）、原材料使用錯誤（強度等級以低代高）等問題，暴露出了從原材料采購、質保體系管理、生產管理的一系列質量管理失控，從而造成了公司數萬元的損失。痛定思痛后，公司經過這一系列質量管控措施的實施，目前安全級機柜的產品質量有了一個明顯的提升，產品缺陷率明顯降低，近10年內沒有發生過機柜整體報廢事件，以及批量結構件產品報廢事件。根據公司最近五年監督數據統計，目前機柜焊接焊縫不良率由7.0%下降到1.5%以下，機柜噴涂缺陷率由8.0%下降到1.0%以下，處于行業領先水平。公司高質量的產品和服務，更好地滿足了客戶需求，提高了下游的生產效率，增強了產品供應穩定性，從而減小了供應鏈中斷的風險。

4　結束語

在本文中，我們圍繞核級DCS安全級機柜結構件產品質量管控的相關要素進行了深入探討，從機柜加工原材料選型、機柜整體設計、機柜分步設計、機柜功能設計、零部件成形、零部件焊接、機柜打磨整形、機柜噴涂、機柜裝配等機柜加工過程中的關鍵工序進行了相關闡述，并通過工程實踐應用系統地分析了結構件產品質量管控的各個要素。該過程的分析研究給機柜結構件生產提供了重要的指導意義。結構設計工程師和生產商依據各個要素進行相關過程控制，可以大幅提高產品質量和產品合格率，進而提高整個行業水平。由于機柜結構件產品屬于知識密集型行業，因此不能大篇幅應用定量的方法去研究探討某一個控制要素，本文主要采用定性分析方法去探討結構件質量控制的要點。質量管控的提升是一個持續的過程，需要企業不斷地評估、監督和改進質量管理體系，以確保長期的效果和功效。綜上所述，本研究雖具有一定的局限性，但希望能在安全級機柜結構件生產質量控制方面起到拋磚引玉的效果，為后續讀者提供有益的啟示。

作者簡介：

張海軍（1982-），男，山西人，工程師，學士，現就職于北京廣利核系統工程有限公司，主要從事于核安全級儀控系統的設計和外協監督工作。

參考文獻：

[1] 楊濤. 鈑金焊接成型的常見問題及其焊接質量控制[J]. 內燃機與配件, 2021.

[2] 賀紅彥, 劉純斌, 張春雷. 核電站DCS安全級機柜防腐涂層的探究[J]. 涂料工業, 2013, (2) : 10 - 13.

[3] 張偉, 王詩峰, 孫洪濤. 核電站機柜不同IP防護等級通風結構的設計[J]. 自動化博覽, 2017, (9) : 84 - 88.

[4] 李琦, 武曉旭. 核電廠應急柴油機電控系統機柜結構設計方案[J]. 今日自動化, 2020, (1) : 45 - 47.

[5] 王永方. 機柜生產的工藝性評價[J]. 艦船電子對抗, 2002.

摘自《自動化博覽》2025年7月刊