★北京广利核系统工程有限公司张海军，张子强，曹宗生

关键词：机柜；设计；生产工艺；质量管控要素

随着我国核电站在建数量日益增多，核电站相应配套设备的产能也日益紧张，面对供求关系之间的矛盾也越来越大，随之而来引申出产品质量下降的风险。一旦有质量问题的安全级机柜结构件产品流入到核电站中，会给核电站带来极大的安全隐患和维护成本，主要体现在以下几个方面：（1）缩短设备使用寿命：在结构件生产过程中，如果某一工序做得不到位，可能会影响整个产品的使用寿命，如：喷漆前处理喷砂、打毛没有按要求执行，可能会使机柜相应的零部件在短期内发生生锈，从而缩短整个机柜的使用寿命。（2）机柜的安全功能丧失带来安全隐患：如果机械结构件焊接强度不高或设计不当，可能满足不了抗震要求，给系统运行带来安全隐患。（3）增加返修成本：由于设计不合理，可能会导致机柜的使用功能不达标，如：机柜的线槽容量不达标，增加维修成本。为了解决核电站DCS安全级控制系统机柜结构件产品因各种客观因素导致的质量下降的问题，我们从设计环节和供应商生产监督环节两个方面进行了多维度质量管理分析，同时结合工程实际应用，有效地避免了质量下降风险。

1　安全级机柜结构件设计过程中的管控要点

安全级机柜结构件主要由机柜侧片、机柜底座、机柜顶架、机柜蒙皮、机柜门板和机柜相关附件共六部分组成，如图1所示。

机柜设计是整个结构件产品的龙头，设计图纸和考虑因素的颗粒度大小直接影响结构件产品在后期使用的效果。一个好的结构设计会从客户的多个需求点出发，统筹考虑，如：机柜IP防护设计应与散热设计、电磁屏蔽设计等同步进行，在满足IP防护等级的同时，还要满足通风散热和电磁屏蔽等要求，这样才能设计出符合要求的结构产品。

图1机柜结构框架示例图

1.1　设计阶段的质量管控要点

在满足基本设计要素的情况下，结构件设计总体应遵循以下几个原则：

（1）尽可能减少零件加工的种类及数量。零件数量多不仅成本高，而且极容易出错；

（2）从机柜整体考虑设计，简化零件结构，充分考虑加工的实用性；

（3）机柜设计的标准化和通用化。尽可能使用模块化设计，模块应标准化，如：不同的机柜采用相同的电源模块进行装配，可以提高装配效率和生产效率；

（4）机柜设备维护的方便性和可操作性。机柜在使用过程中，所装配的各种电器元件都有可能损坏，需要进行维修，因此设计人员在设计机柜零部件结构时，除应考虑满足使用性能要求外，还应考虑将来维护的方便性和可操作性。

如上所述机柜结构件的设计应充分考虑零件加工工艺要求，尽可能采用少的加工零件、简洁的结构形式、模块化的结构和合适的公差技术要求，使其在现有生产条件下易于制造保证质量。表1从17个维度对整个安全级机柜的设计要素进行了相关总结。

表1设计要素及质量控制关键点表

1.2　设计技术交底、设计产品技术变更控制

设计人员对设计产品由理论转化到供应商的生产环节，需要与供应商生产人员进行相应的技术交底工作，以便供应商生产人员能够充分地解读设计人员的设计思路和设计理念。供应商按照甲方提供的采购技术规格书、工程图纸、三维模型、材料明细等产品技术文件，开展相应的加工工作。对于供应商有疑问的环节，或生产无法满足图纸要求时，双方需共同讨论解决，确定最终的生产方案。另外，供应商的施工图纸及工艺文件需经甲方技术人员确认，交底双方需形成交底记录单和问题沟通单并经相关人员签字确认文件受控。产品在生产过程中因各种原因发生变更时，设计方需经正式通道及时发起设计变更，并进行相应的变更控制，形成变更清单管理。

1.3　设计关键工艺控制

对采购技术规格书中明确的关键工艺，供应商需按照已取得的质量保证体系认证要求进行控制。安全级机柜主要涉及焊接和喷涂两大关键工艺。

1.3.1　焊接关键工艺

（1）认证体系：供应商应取得甲方要求的焊接认证体系（如：EN15085焊接体系），并且加工核电产品期间认证持续有效。供应商若取得其他焊接体系认证，需进行评估后报甲方进行确认。

（2）工艺控制：供应商根据自身制造能力以及以往加工产品，需要建立符合ISO标准的焊接工艺评定体系，包括工艺评定大纲及第三方出具的焊接工艺评定报告。供应商根据甲方产品技术文件中焊接接头的等级划分，对特殊焊接接头按ISO相关标准进行焊接工艺评定，并向甲方报备焊接接头的工艺评定大纲及报告，保证第三方提供的焊接工艺评定报告的真实性。

1.3.2　涂装关键工艺

（1）认证体系：目前喷漆行业认证存在一些难点和问题，现有认证的标准不统一。目前没有强制供应商取得相应的体系认证，业主有强制要求除外（如：NACE认证）。

（2）工艺控制：供应商需根据甲方提供的采购技术规格书中的要求编制喷漆工艺相关文件，并进行喷漆工艺验证，喷漆工艺及工艺验证结果需经甲方的技术人员确认。如委托第三方进行检测，需保证提供的第三方检测报告的真实性。产品喷漆前，供应商根据甲方确认完成的工艺验证编制指导实际产品的喷漆工艺文件，并报甲方技术确认。

2　安全级机柜结构件生产过程中的管控要点

2.1　安全级机柜结构件主要生产工序

根据安全级机柜结构件加工的工序以及质量控制流程，其大致可分成如下8个工序，如图2所示。

图2生产工序示例图

2.2　安全级机柜结构件生产工序要点分析

2.2.1　开工条件、重要原材料检查要点

开工条件主要是从供应商的人、机、料、法、环等5个方面进行全方面的检查，看是否具备开工条件。人员检查主要有以下几点：（1）重要生产工序的人员是否有相应的授权持证，是否是合格的生产人员，如：焊接人员资质、检验人员资质等。（2）生产工器具检查：主要检查生产所需的设备、检具等是否经过校验，是否有内部批准受控的设备操作规程等。（3）工作程序检查：主要检查关键生产工序是否取得了相应的工艺评定以及有质保大纲和质量计划控制的工艺验证，如：焊接工艺评定与之相匹配的工艺验证以及相应作业文件（WPS）要求等。（4）重要原材料检查主要核查采购技术规格书定义的关键原材料的实物以及相应的质量证明书，原材料实物如果需要第三方检测需定期进行检定。质量证明书主要核查物项描述是否清晰、物项相应特性、指标、时效、试验数据完整性、参数是否满足要求、物项批次等。（5）生产环境检查主要是核实重要生产工序是否在规定的生产环境中去作业，如：喷涂前的环境温湿度要求，以及相应的时间要求。

2.2.2　零件成型工序工作要点

零件成型主要包括拆弯、压铆、电镀这三个主要工艺：

（1）折弯：首先要检查相应图纸、工艺流程卡是否正确齐全，有无变更，是否为最新版本，尺寸标注和加工要求是否标注清楚明确。工艺流程卡、展开图、零件图的产品号、零件图号和名称必须对应一致。其次需注意折弯方向、折弯尺寸、折弯角度检验，检验时要注意产品是否为对称件，根据图纸的视图方向确定产品的折弯顺序、折弯方向、压死边方向、压段差方向。特别注意折弯（一道弯或几道弯后）的剩余折弯展开尺寸要满足图纸和折弯要求，图纸标注折弯后的孔到边尺寸和孔距尺寸必须要保证，对于装配尺寸，如：盒体、机箱等装配的零件，生产时可以进行适配或用检具来检验。对于折弯角度除图纸特殊要求外，均按产品实际装配情况来控制。图纸上有公差要求的按要求公差进行管控，未注公差通常按文件GB/T1804-M管控，未注折弯角度通常控制在±0.5°，包容性角度控制在+0.5°之内（即走正公差），被包容性角度应控制在-0.5°之内（即走负公差）。另外，需着重关注折弯后的零件外观检验。对于铝件、电解板等外观要求较高的产品，为防止划伤，必须贴膜隔离保护，折弯后无手感刀痕，如手感刀痕无法避免，尽量使刀痕处于可接受位置。对于折弯加工过程中形成的正常模具，必须保证其与边缘轮廓平行或者具有一定的规律性。对于拉丝后再进行折弯的，容易在折弯变形部位出现裂纹，应控制裂纹深度。压死边后产品表面不得断裂变形，压线时不能压得过深，防止成型时断裂。折弯后产品表面的平面度即变形的大小要符合图纸的要求，图纸无规定时尽量控制在0.5mm范围内。最后电镀件产品要在24小时内加工完并转序，如不能及时加工完成的则需做好防锈保护措施，如：涂油。

（2）压铆：根据板材规格厚度、导向孔尺寸、压铆件的品种和规格设置荷载参数，选择压制工装和压制压力。在压制冲头和砧座表面平行的情况下，应用压铆件推荐的挤压力，直到冲头推压将压铆件紧固到孔中，以便压铆件的肩部完全与板材接触。压铆螺钉、螺柱不得出现压偏现象，必须保证螺纹与其所对应的孔是同心的，不得有透光、松动、脱落，必须检测其牢固性。压铆件四周不得凸起、凹陷或明显变形，表面不能有明显的无法遮盖的压印或模印。对于离产品边缘或孔周边较近的压铆件会产生边缘变形或孔周边明显变形，根据变形情况采取相应的措施（比如校形或打磨）来达到图纸尺寸、外观要求。对于处在折弯边或模具成型边较近的压铆件要重点关注，尤其是螺纹，外观（变形）要重点检测。压铆完成后需检测其平面度是否在合格范围内，若超标需转入钳工处理。压铆后的螺纹必须合格，可以使用配套的紧固件螺丝进行旋进旋出验证。压铆件应进行扭矩测试，以验证其符合制造商公布的性能数据。

（3）电镀：电镀件加工属于成熟工艺，供应商通常委外加工。电镀件主要是外观检查，不能有如下情况：局部未镀满或无镀层（技术文件规定处除外）；可擦去的疏松钝化膜或呈深黄色、棕色和褐色的钝化膜；成片的淡白色钝化膜；表面毛刺；镀层粗糙、针孔、麻点、削落；镀层发脆、起泡、起皮；镀层色暗；零件凹部光亮度差或灰黑色、雾状覆盖物；镀层分层、烧焦、焦黑色斑点；条纹状、树枝状、海绵状镀层；表面有手印、未洗净的盐类痕迹；镀前有轻微的打磨痕迹；厚度、附着力、盐雾试验不达标等。如果有不合格产品发生，需告知供应商要对电镀锌件进行原因分析和水平排查。

2.2.3　焊接、无损检测及打磨整形工作要点

机柜的焊接和打磨整形是整个机柜的关键工序之一，焊接质量的好坏直接影响机柜的整体性能以及机柜的可靠性。焊接质量的管控应从焊接工艺评定、焊接工艺验证、工程图与焊接图转化等多方位多要素进行管控：

（1）焊接工艺评定、焊接工艺验证：在一个项目开始前应对这个项目所使用的焊接工艺进行评估。如果有新的工艺，要按照新工艺要求做相应的焊接工艺三方评定和焊接工艺验证。焊接工艺验证需要有相应的质保大纲和质量计划进行控制并设置相应的工艺验证监督点。

（2）焊接过程控制：对于焊接工作而言，整个流程的每个环节都应该做到精确控制，才能保证最终的施工质量。对于焊接工艺过程的控制具体包括焊接方法、焊接前准备、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊件剖口的打磨、焊接操作、工艺参数等内容。在具体的施工过程中，还应该做好过程记录。焊接工艺管理涉及到的内容较多，具体分为现场检查、技术指导以及施工记录等内容。需要对现场进行严格检查，具体的检查内容包括焊接的技术措施、操作指导以及焊接使用的具体材料。通过对现场各项内容的检查与记录，判断工艺的规范程度。对于隐蔽工程的焊接，如：机柜立柱内侧加强板焊接（图3）、蒙皮内部垫铁隐藏焊缝（图4），需及时进行监督和记录，防止隐蔽工程漏焊。对焊接的现场环境进行检查时，需要重点检查温度参数、湿度参数以及风速等因素。

图3机柜立柱内侧加强板焊接（隐蔽工程）

图4蒙皮内部垫铁隐藏焊缝

（3）不合格焊接问题处理：当一个焊接工序结束后，应当及时对焊缝质量进行肉眼观察。当焊缝出现气孔、未熔合、裂纹、焊接变形等现象时，应当立即停止焊接工作，组织相关专业人员进行原因分析。直到根本原因找到后，方可进行下道工序。

（4）焊后打磨整形：是对焊接质量的总体把控，主要是针对机柜的安装尺寸、并柜尺寸、关键尺寸等进行检查，以免不合格的产品注入后道工序，造成不必要的产品返工或产品报废情况的发生。

2.2.4　喷涂前处理及喷涂工作要点

机柜的喷涂是整个机柜生产的关键工序之一。根据《ISO12944-1998钢结构防腐涂装规范》，核电站的DCS安全级机柜防腐涂层要根据其防腐年限、防腐级别及其使用环境来设计，并同时确保涂层施工的可实现性，确保涂层符合核电站设备使用要求。根据《ISO12944-2：1998环境分类》，环境分类分为：大气腐蚀环境、水和土壤的腐蚀性。核电站DCS机柜的防护只需考虑大气腐蚀环境，不需考虑土壤腐蚀。而核电站通常运行在海边高盐潮湿的环境，属于中等含盐度的工业区和沿海区域，属于较高的防腐等级C4级。因此安全级机柜的涂装质量的优良决定着机柜的防腐性能以及相应的使用寿命。涂装质量的生产管控应从以下几个方面进行把握：

（1）喷涂前处理：涂装前对结构件所有的油脂和探伤留下的试剂进行清洁处理，目前供应商采用喷砂和局部擦拭两种方法。在喷砂前需完成打胶及保护工作，即每条有间隙的缝隙必须进行打胶，每个螺纹孔、通孔和螺钉必须保护。喷砂前需对产品表面质量进行确认，表面不可有油污、焊接飞溅、水迹等杂质，采用尺寸合理的磨料（如：30#棕刚玉尺寸直径在1.0～1.5mm范围内），确认施工环境，喷砂车间内相对湿度小于85%。喷砂后要进行清砂工作，用干燥、无油的压缩空气吹扫沙粒、粉尘，有油污处用甲苯或其他试剂进行擦拭清除。

（2）喷砂后表面质量：产品表面、翻边及死角喷砂应均匀，使用粗糙度仪测量表面粗糙度，粗糙度值在20～70um范围内，清洁度不低于Sa2.5级，即目视喷砂表面无可见油、脂和污物、氧化皮、腐蚀、涂层和外来杂质。柜体框架的检测区域应包括：外表面（特别是底座地面和机柜/BUP盘台顶面）、内底面（包括横梁、立柱），每个检测区域或零部件不少于三个检测点。

（3）喷涂前检查：确认打胶去除干净、不喷漆的地方已经保护、清洁度达到Sa2.5级以上、油漆及色卡与采购技术规格书一致、油漆在有效期内。油漆的调配参考比可参照表2所示。

表2油漆调配表

（4）底漆、面漆喷涂：为了保证涂装质量，通常进行两遍底漆和两遍面漆的作业：

·一遍底漆及打磨后表面无流挂及大量颗粒，膜厚控制在40～60um（参考值）。

·二遍底漆及打磨喷漆后表面无流挂及大量颗粒，打磨后膜厚在50～150um（参考值）；底漆附着力抽检：从当天喷涂的批次中抽一台机柜，在内表面选择一处，按《GB/T9286色漆和清漆漆膜的划格试验》标准进行划格试验。对于二遍底漆后局部存在不平的部位，使用原子灰刮腻子找平，腻子周边底漆膜厚50～150um。

·一遍面漆及打磨后表面无流挂及大量颗粒，总膜厚80～180um（参考值）。

·二遍面漆后涂装质量要求：

（1）表面质量要求：纹理细致、均匀、平整。不允许有缩孔、针孔、杂质点、漏底、污斑、桔皮、凹坑、划伤等现象，重要表面不允许有修补痕迹；

（2）同批次产品间，以及产品与色板间目视无明显色差，通常色差合格值△E≤1.0/1.5（参考值），总膜厚通常控制在100～300um（参考值）。

2.2.5　装配及完工文件审核工作要点

2.2.5.1　装配工序

装配工作是整个结构件产品的最后阶段，包括附件安装、门板安装、成套锁安装、吊环安装等。装配过程是检验整个结构件生产匹配度的重要环节，机柜框架如果焊接有误，相应的附件就无法安装到位，附件尺寸如果加工有问题，也无法安装到机柜框架上。因此这是一个相辅相成的过程，同时也是检验前期所有工作的关键工序之一。装配工序的主要质量管控有：

（1）机柜框架的外观检查、喷漆膜厚色差检查、电镀锌件膜厚外观检查、热喷锌膜厚外观检查、连续镀锌件外观检查；

（2）机柜内部关键尺寸测量、机柜外形尺寸测量、关键外购件安装检查；

（3）门板安装检查：屏蔽条槽的异物清理；门折边槽内异物及涂层的检查；在自然状态下，门开关顺畅，没有异响和卡刮现象；门装配后不得有倾斜，门边距柜边距离一致，门缝隙均匀，段差符合要求；

（4）螺纹孔抽查、紧固件扭矩检查、异物检查等。

2.2.5.2　完工文件审核

机柜完工文件是记录机柜从制造到交付的全过程的文件，是体现供应商的生产质量和管理水平的必备资料，其内容一般包括制造关键工艺流程（焊接、涂装）、重要原材料、工艺试验及检验记录等。这些资料记录了机柜的整个生产周期信息，是维护和保养设备的重要参考资料。完工文件主要审核以下几个方面：

（1）完工文件内容是否完整，通常包括：封面目录、符合性声明、出厂质量证明文件、质量计划、重要过程质量记录（重要原材料、重要外购件、重要辅件、关键工艺检验报告记录）、不符合项报告清单、其它内容，如：文件传递清单、采购技术规格书等）。

（2）第三方检验报告、原材料/外购零部件/辅料质量证明文件的真实性审查、产品质量报告与原始记录的符合性的检查。

（3）常规性检查：填写记录的字迹清晰可读，不得有重描和涂改（如：涂改液涂改、刮改），可以进行划改，划改处需签字签日期，日期要完整。提交文件中的表格不应随意有空格，内容及盖章要完整，且清晰可辨，复印件无明显歪斜，质量文件要逐页加盖供应商的确认章等。

3　工程实际应用效果

从某项目安全级机柜整体报废事件来看，由于整个机柜的焊接质量不合格（焊缝位置不一致、焊缝为非持证焊工施焊）、原材料使用错误（强度等级以低代高）等问题，暴露出了从原材料采购、质保体系管理、生产管理的一系列质量管理失控，从而造成了公司数万元的损失。痛定思痛后，公司经过这一系列质量管控措施的实施，目前安全级机柜的产品质量有了一个明显的提升，产品缺陷率明显降低，近10年内没有发生过机柜整体报废事件，以及批量结构件产品报废事件。根据公司最近五年监督数据统计，目前机柜焊接焊缝不良率由7.0%下降到1.5%以下，机柜喷涂缺陷率由8.0%下降到1.0%以下，处于行业领先水平。公司高质量的产品和服务，更好地满足了客户需求，提高了下游的生产效率，增强了产品供应稳定性，从而减小了供应链中断的风险。

4　结束语

在本文中，我们围绕核级DCS安全级机柜结构件产品质量管控的相关要素进行了深入探讨，从机柜加工原材料选型、机柜整体设计、机柜分步设计、机柜功能设计、零部件成形、零部件焊接、机柜打磨整形、机柜喷涂、机柜装配等机柜加工过程中的关键工序进行了相关阐述，并通过工程实践应用系统地分析了结构件产品质量管控的各个要素。该过程的分析研究给机柜结构件生产提供了重要的指导意义。结构设计工程师和生产商依据各个要素进行相关过程控制，可以大幅提高产品质量和产品合格率，进而提高整个行业水平。由于机柜结构件产品属于知识密集型行业，因此不能大篇幅应用定量的方法去研究探讨某一个控制要素，本文主要采用定性分析方法去探讨结构件质量控制的要点。质量管控的提升是一个持续的过程，需要企业不断地评估、监督和改进质量管理体系，以确保长期的效果和功效。综上所述，本研究虽具有一定的局限性，但希望能在安全级机柜结构件生产质量控制方面起到抛砖引玉的效果，为后续读者提供有益的启示。

作者简介：

张海军（1982-），男，山西人，工程师，学士，现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事于核安全级仪控系统的设计和外协监督工作。

参考文献：

[1] 杨涛. 钣金焊接成型的常见问题及其焊接质量控制[J]. 内燃机与配件, 2021.

[2] 贺红彦, 刘纯斌, 张春雷. 核电站DCS安全级机柜防腐涂层的探究[J]. 涂料工业, 2013, (2) : 10 - 13.

[3] 张伟, 王诗峰, 孙洪涛. 核电站机柜不同IP防护等级通风结构的设计[J]. 自动化博览, 2017, (9) : 84 - 88.

[4] 李琦, 武晓旭. 核电厂应急柴油机电控系统机柜结构设计方案[J]. 今日自动化, 2020, (1) : 45 - 47.

[5] 王永方. 机柜生产的工艺性评价[J]. 舰船电子对抗, 2002.

摘自《自动化博览》2025年7月刊