探析核级阀门密封面材料与焊接技术

探析核级阀门密封面材料与焊接技术

赵松涛  ,林耿

海南核电有限公司  海南省昌江黎族自治县572733

摘要：质量控制人员应该严格按照法规标准和行业规范，对核电阀门制造环节中的重要节点通过设置见证点的方式来进行质量控制。通过规范化和标准化操作来确保避免遗漏重要工序，从而提升核电阀门产品的合格率与生产效率。通过质量把控，确保核电阀门满足电站现场实际工况的要求，提升核电阀门原件的使用寿命与性能，助力核电站安全运行。基于此，对核级阀门密封面材料与焊接技术进行研究，以供参考。

关键词：核级;阀门密封面材料;焊接技术

引言

阀门的密封面堆焊材料应依据阀门的工作温度、工作压力、介质腐蚀程度以及阀门的类型、密封面结构形式、密封比压与许用比压、企业自身生产条件、设备加工能力、堆焊技术能力与客户指定要求等条件来进行选择。同时需优化设计方案，在满足阀门所需标准的前提下，优先选用价格较低、生产速度较快、整体性价比相对较高的密封面材料。

1阀门密封面材料标准

API是americananperpetroleum institution(美国石油研究所)的缩写，它定义了不同的材料，并明确了每种材料在某些情况下都可以使用，同时考虑到使用材料时的总体性能的合理选择。随后，国家标准(GB)将API规范的一部分作为有关密封表面材料的规范，主要类别如下:Fe-1、Fe-2、Fe-3、Fe-4、Fe-5A、Fe-5B、Fe-5C、Fe-6、Fe-7、Fe-8、Fe-9B、Fe-10H、Ni-1JB/T6438-2011详细规定了阀门密封表面等离子弧熔胶的材料参数:(1)熔胶合金粉末(以下简称粉末)熔胶层的化学成分、硬度和粒度应符合JB / t1316.1至(2)选用JB / t3168.1 ~ 3168.3和JB/T7744以外的粉末材料，由供需双方共同确定。但其控制方法符合JB/T3168和JB/T7744规范。(3)粉末材料的质量应符合JB / t3168.1至3168.3、JB/T7744的要求，并附有粉末制造厂检验部门颁发的质量合格证书。(4)每批粉末使用前，应进行工艺试验和化学成分再检查。化学成分分析符合JB/T3168.2、JB/T7744规范。(5)粉末使用前应干燥，干燥时积聚厚度应小于5mm。干燥温度见表1。JB/T7744-2011列出了16种合金粉末的组成、硬度和范围。

2阀门密封面的堆焊工艺

2.1手工焊条电弧堆焊

手工焊条电弧对焊的产生时间相对较早，工艺方式较为传统，堆焊工艺主要是通过手工方式来对焊条进行操作，把金属熔敷堆积在堆焊表面，其所需工具主要包括输电线、焊条、电焊钳及弧焊电源等。焊条电弧堆焊在密封阀门密封面时，这种堆焊工艺是较为常见的一种堆焊方式，由于焊条电弧堆焊的熔池温度相对较高，在堆焊过程中电弧拥有较大的冲击力，致使堆焊稀释率通常较高，从而使破坏了堆焊层成分，一定程度地降低其硬度和耐磨性。因此，要在其工作层表面堆焊2~3层，加工后的堆焊层厚度要保证在2mm以上，才能够获得与填充材料相类似的成分。这种堆焊工艺拥有的焊条种类相对较多，因此在选择焊条进行堆焊作业时要根据产品的实际需求。此外，此工艺一般使用碱性焊条，在进行堆焊前需在300~350℃的环境中烘焙1~2h，以此来提高堆焊层的抗裂能力。焊条进行堆焊时应使用直流电源，可以有效地防止堆焊时发生飞溅。

2.2阀门密封面自动堆焊工艺

2.2.1焊接设备

奥地利焊接材料的熔池非常流畅，为了方便操作和确保表面质量，焊接时可以将焊接保持在平坦的焊接位置。自动上浮时，阀门密封面的盖层结构特征如下:(1)主阀和调节阀组上浮后高度约4米，核动力阀壳结构不对称，稳定性差。如果自动焊接是通过旋转阀壳来完成的，则转台的支撑和旋转要求非常高，阀壳旋转时更危险。(2)焊缝位于气门壳腔内较深的位置。(3)焊枪活动空间小，观察焊接过程不切实际。(4)焊缝呈圆形和圆形，位置高，手动定位不方便。采用设备和自动焊接解决核电阀门端对端焊接问题:(1)设备解决采用阀门闭锁，焊枪旋转解决平面焊接位置时阀门不稳定问题。(2)解决方法是用机床头部延长长管，焊接枪固定在长管末端，解决焊接在阀门壳体室最深位置的问题，长管非常刚性，保证焊接枪的稳定性，同时保证焊接工艺的稳定性。(3)在满足刚性的前提下，长筒应尽可能薄，以确保焊枪的活动范围，便于观察焊接过程。(4)焊接前，可通过在堆焊面上使用三个点自动查找校正。为了完成焊接过程，设备还可以执行以下功能:(1)在开始焊接之前，横向梁按箭头指示水平和垂直移动，机床头部按箭头指示水平移动。 并确定了相应的焊接火炬的初始位置。(2)焊接时间头上的十字叉架导致焊接枪管循环运动，具体的伺服机构和圆盘导致焊接枪管在焊接枪管循环运动过程中同步旋转，确保焊接枪管始终。

2.2.2热处理工艺评定

热处理后进行浸润试验、超声波试验、宏观金属试验、vichy硬度试验(HV10)、化学成分分析和δ铁氧体含量测量。渗透试验结果如下:(1)渗透试验结果为未过期故障显示，符合标准要求。(2)超声波检测结果为超过标准的脉冲反射信号显示，符合标准要求。(3)宏观金相试验结果如图7所示。没有可见的宏观裂纹、未焊接穿透、熔胶和母材组合不当等缺陷。也没有符合ISO15614-7要求的大于2mm的单空气孔。

3核电阀门质量控制要点

3.1原材料把控

电站等运营部门要委派有资质的质量控制人员适当参与阀门承压部件原材料的化学分析、力学性能及无损检测等相关工序，确保工序及结果符合标准和订单的要求。力求从源头避免出现材料不满足要求的情况发生。

3.2焊接及焊缝无损检测

焊接作为关键工序，质量控制人员要以焊接工艺评定和焊接规程为基准来核查车间实际观察到的焊接参数例如电流、电压、速度等是否满足要求，并参与焊后的无损检测工序，确保焊接工序无缺陷。

3.3阀门水压试验及功能性试验

阀门总装后，最直接推断相关功能是否符合执行标准的依据是水压试验及功能性试验。水压试验一般包含阀体与阀瓣的强度试验、阀座与后阀座密封试验、填料密封试验等。而功能性试验一般包括阀门启闭力矩试验、启闭时间、行程测量及电仪测量等。质量控制人员要在试验开始前记录压力表、测试平台的检定日期同时核对水质报告并结合阀门RIN码计算阀门相关工序的压力数值，记录保压时间及相应的测试结果等。

3.4完善核电阀门的制造技术标准和规范

为了能够使核电阀门的选材、工艺、产品检验、包装运输等各个环节更加标准化、规范化，需要对核电阀门技术标准进行系统性整改。目前，国家已经有明确针对核电阀门制造的标准化方案，对选材、加工制造、产品检验以及包装运输等一系列环节有初步的规划。现有的标准大多是脱胎于国际上先进的标准，再经过一系列的演变、完善，逐渐被我国投入使用。而随着我国社会的不断发展，核电阀门自主生产技术的不断进步，原有的标准已经不再适合我国自身的发展，并且对我国自主化生产的进程也造成了一定影响。在这样的背景下，我国需要对核电阀门的制造技术标准进行进一步完善，结合我国实际的国情，特殊的发展模式，对核电阀门的工艺进行重新规划，提高整个过程的可操作性以及实用性

结束语

核电阀门作为核电站进行精准控制的重要基本原件之一，制造过程工序繁多，工艺流程复杂，材料性能要求较高，因此生产制造的过程中存在诸多薄弱环节，容易出现各种纰漏，进而影响核电阀门的质量。所以对于核电阀门的精准质量控制能够有效保证核电站的安全运转。与此同时，在一些相关的规章制度中，对于核电阀门的质量控制也有具体的工作要求，已经逐渐成为了行业标准。

参考文献

[1]黄开凯,冯兴旺.核电厂焊缝焊接实施中的气流问题分析及对策[J].设备管理与维修,2020(18):88-89.

[2]廉庆文.核电不锈钢阀门密封焊焊缝处理[J].中国金属通报,2020(08):252-254.

[3]郭召生,李杰,刘瑜.自动切割及焊接技术在放射性阀门更换上的开发及应用[J].电焊机,2020,50(05):77-83+137.

[4]董文豪,朱志强,张杨,高文霄.核电厂核级截止阀缺陷分析及处理[J].中国科技信息,2020(10):71-72.

[5]孟凡明.阀门焊接工艺评定相关标准规定的对比与分析[J].阀门,2019(03):32-34