核電站溫控閥焊接質(zhì)量問題分析及預(yù)防措施

廉慶文，王蕾

中核檢修有限公司福鼎分公司 福建寧德 355200

1 序言

核電站的工作原理是先將核能轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，最后轉(zhuǎn)變成電能[1]。在核電站的一回路、二回路及其他輔助回路中的管道、動(dòng)力設(shè)備、各種容器、水池，以及傳輸液體或氣體介質(zhì)的有關(guān)部件上，均有配置改變管路的斷面和以介質(zhì)流動(dòng)方向來控制傳輸介質(zhì)壓力、流量的閥門[1]。閥門的種類繁多，稱謂也不統(tǒng)一，安裝要求也各有差異。有接通或切斷管路中各段介質(zhì)的閥門，如閘閥、截止閥、蝶閥等；有調(diào)節(jié)管路流量和壓力的閥門，如調(diào)節(jié)閥、減壓閥、球閥等；有用于管路超壓保護(hù)的閥門，如安全閥、溢流閥等。其中有一類閥門在管路焊接時(shí)對(duì)溫度有很嚴(yán)格的要求，稱之為溫控閥[1]。溫控閥的焊接是管道施工活動(dòng)中的重要組成部分，容易出現(xiàn)焊接過程中因溫度超過焊接允許溫度而造成閥門損壞的問題，這就對(duì)閥門安裝可靠性提出了更高的要求[2]。本文就溫控閥施工中的難點(diǎn)、施工步驟各個(gè)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)等加以科學(xué)分析，提出具體的預(yù)防解決措施，來確保溫控閥焊接的施工質(zhì)量。

2 溫控閥焊接施工概況

溫控閥在各個(gè)項(xiàng)目均有施工，因其結(jié)構(gòu)對(duì)溫度的特殊要求，歷來是施工過程中關(guān)注的重點(diǎn)，有溫控標(biāo)簽的閥門在與管道焊接前，應(yīng)在閥體上粘貼溫控標(biāo)簽，焊接過程中溫控標(biāo)簽處溫度必須控制在相應(yīng)文件規(guī)定允許達(dá)到的最高溫度范圍。這類閥門主要有球閥。溫控閥的材質(zhì)主要有20MN5M、

20M5M、A105、A42AP、CF3、CF8、WCB、Z3CN-09M、Z3CND19-10M及Z2CN18-10等。溫控閥的規(guī)格有DN15、DN20、DN50、DN100等。常用焊接方法為：手工鎢極氬弧焊（TIG焊）。溫控閥與管道焊接有對(duì)接焊接和插套焊接兩種形式。施工需根據(jù)不同的材質(zhì)、規(guī)格選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)單，采用適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)施焊，并依據(jù)施工圖樣以及相關(guān)技術(shù)文件來滿足焊接要求。

3 溫控閥焊接施工難點(diǎn)

以江蘇神通閥門股份有限公司（以下簡稱“江蘇神通”）生產(chǎn)的溫控球閥為例，它的起閉件是一個(gè)球體，利用球體繞閥桿的軸線旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)閥門的開起與關(guān)閉[3]。由江蘇神通提供的霞浦示范快堆1號(hào)機(jī)組非核級(jí)手動(dòng)球閥DN15 CLA SS150的組裝與外形如圖1所示。1號(hào)部件閥體的材質(zhì)為CF3M，5號(hào)部件密封圈的材質(zhì)為PEEK。CF3M是一種鑄造不銹鋼球體，為美標(biāo)ASTM A351中不銹鋼鑄件的簡稱。PEEK是聚醚醚酮，是一種性能優(yōu)異的特種工程塑料。閥門閥體和密封面是兩種材質(zhì)的復(fù)合體，密封面受熱會(huì)發(fā)生較大的變形，嚴(yán)重的會(huì)使密封面扭曲變形。若焊接產(chǎn)生的溫度過高，則會(huì)導(dǎo)致密封面變形后無法恢復(fù)，密封的可靠性就會(huì)受到破壞。在溫控閥焊接過程中，如何保證不會(huì)因溫度過高而損壞閥門的密封，是溫控閥安裝施工過程的一大難點(diǎn)。

圖1 非核級(jí)手動(dòng)球閥DN8 CLA SS150的組裝與外形示意

閥門焊接接頭采用熔化極氣體保護(hù)焊的方法，通過作為熱源的電弧熔化焊絲和母材金屬，形成熔覆金屬后最終實(shí)現(xiàn)連接[3]。電極與工件之間燃燒的電弧弧光含有能量很強(qiáng)的紫外線，焊接期間，瓷嘴的角度變化會(huì)改變電弧的長短和輻射范圍，當(dāng)焊接角度變大時(shí)，弧光散射的范圍也就越大，高溫下的弧光會(huì)瞬間污染粘貼在焊縫邊上的溫控標(biāo)簽（見圖2），這會(huì)導(dǎo)致無法正確讀取溫度，同時(shí)也會(huì)讓監(jiān)查人員對(duì)實(shí)際控制的合格溫度產(chǎn)生誤讀；在粘貼溫控閥標(biāo)簽時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)因閥體存在棱角而造成標(biāo)簽無法正常粘貼的情況（見圖3）。

圖2 弧光污染后的溫控標(biāo)簽

圖3 溫控標(biāo)簽無法粘貼

4 溫控閥溫度控制優(yōu)化措施

4.1 溫控閥焊接先決條件的完善

焊前從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)方面展開檢查。具體包括焊工資格、焊接設(shè)備、原材料、技術(shù)文件及焊接環(huán)境的檢查等，檢查的重點(diǎn)同時(shí)也是施工內(nèi)容細(xì)化完善改進(jìn)的方向。在過去的溫控閥施工中，要求焊工應(yīng)通過《民用核安全設(shè)備焊工焊接操作工資格管理規(guī)定》（HAF603）考核，并取得相應(yīng)的資格。無損檢測人員應(yīng)按《民用核安全設(shè)備無損檢驗(yàn)人員資格管理規(guī)定》要求（HAF602）取得資格。

（1）施工人員技能水平的提高 管道施工班組人員要通過培訓(xùn)及相關(guān)考試合格，同時(shí)具有相關(guān)安裝經(jīng)驗(yàn)?？紤]到由于溫控閥焊接溫度控制難度較大，因此應(yīng)從具備該項(xiàng)施焊活動(dòng)資質(zhì)的大量焊工中選擇責(zé)任心強(qiáng)、工作嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、有豐富焊接經(jīng)驗(yàn)且技能相對(duì)熟練的焊工施焊。通過加大對(duì)相關(guān)施工人員培訓(xùn)的力度，對(duì)焊接溫控閥的焊工定期進(jìn)行專門培訓(xùn)并內(nèi)部授權(quán)，以提高施工人員的技能水平。通過進(jìn)一步完善溫控閥焊接的先決條件，來保障溫控閥焊接施工活動(dòng)安全、可靠、有序地進(jìn)行。

（2）焊接設(shè)備、填充材料、依據(jù)文件及環(huán)境滿足施工的要求 溫控閥的焊接應(yīng)使用經(jīng)過標(biāo)定合格且性能良好的焊接設(shè)備。焊接填充材料應(yīng)驗(yàn)收合格，焊接填充材料的烘干、發(fā)放和使用應(yīng)符合相關(guān)程序要求。焊接數(shù)據(jù)包、圖樣、工程變更單、設(shè)計(jì)澄清單、技術(shù)規(guī)格書及其他相關(guān)文件應(yīng)齊全并保證是最新版本。相關(guān)的施工方案、技術(shù)交底、工作程序等必須均已發(fā)布。環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速都必須滿足程序要求才能施焊。

根據(jù)弧光特性，制造出一款弧光遮擋器（見圖4），來確保溫控標(biāo)簽監(jiān)測溫度的準(zhǔn)確性，避免溫度過高造成溫控標(biāo)簽的損壞。主要用途：遮擋焊接時(shí)產(chǎn)生的弧光，保護(hù)溫控標(biāo)簽的完整性和清潔性，減少弧光對(duì)標(biāo)簽造成的污染。優(yōu)點(diǎn)：不影響焊接過程；不影響溫控標(biāo)簽監(jiān)測溫度；體積輕巧，便于攜帶和安裝；提高閥門焊接效率；不易損壞，可隨時(shí)更換；材料成本低。

圖4 溫控閥標(biāo)簽弧光遮擋器

針對(duì)現(xiàn)場溫控閥安裝過程中因閥體棱角無法粘貼溫控標(biāo)簽問題，在滿足溫控標(biāo)簽正常使用的前提下，可對(duì)溫控標(biāo)簽進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉簦ㄒ妶D5），以滿足溫控標(biāo)簽的粘貼和使用要求。

圖5 裁剪后的溫控閥標(biāo)簽

4.2 溫控標(biāo)簽管控

（1）溫控標(biāo)簽粘貼要求 溫控閥與管道焊接時(shí)要控制層間溫度，有溫控標(biāo)簽的閥門在與管道焊接前，應(yīng)在閥體上粘貼溫控標(biāo)簽，焊接過程中溫控標(biāo)簽處溫度必須控制在相應(yīng)文件規(guī)定允許達(dá)到的最大溫度范圍內(nèi)[3]。閥門在焊前應(yīng)處于開起狀態(tài)，在距閥體端口規(guī)定的距離處粘貼上溫控標(biāo)簽，在粘貼標(biāo)簽前對(duì)閥體相關(guān)部位用毛刷、白布等工具進(jìn)行清潔，去除表面灰塵、油脂等異物。溫控閥溫控標(biāo)簽粘貼距離的要求見表1。

表1 溫控閥溫控標(biāo)簽粘貼距離的要求

（2）溫控標(biāo)簽粘貼的及時(shí)性 溫控標(biāo)簽的粘貼在坡口清潔度檢查完成后、坡口組對(duì)前進(jìn)行。但是，由于各種原因，坡口沒有及時(shí)組對(duì)，或者組對(duì)很久后才施焊。這樣在溫控閥焊接前或焊接過程中容易造成溫控標(biāo)簽脫落或未與測量表面充分接觸（見圖6），從而不能發(fā)揮標(biāo)簽應(yīng)有的功能。質(zhì)檢人員應(yīng)在焊接施工前多加檢查，確保溫控閥在正式焊接前及時(shí)粘貼溫控標(biāo)簽且符合各項(xiàng)要求。

圖6 部分脫落的溫控標(biāo)簽

（3）溫控閥焊接完成后溫控標(biāo)簽的回收 溫控閥焊接完成后，除應(yīng)按照焊縫目視檢查相關(guān)要求對(duì)焊接接頭進(jìn)行檢查外，還應(yīng)回收溫控標(biāo)簽?；厥盏臏乜貥?biāo)簽要有專人做好臺(tái)賬且妥善保管。這些溫控標(biāo)簽是后續(xù)進(jìn)行溫控閥安裝檢查驗(yàn)收的重要依據(jù)。

4.3 溫控閥焊接前的控制措施

溫控閥與管道焊接有對(duì)接焊接和插套焊接兩種形式。對(duì)接焊接時(shí)待焊部件坡口形狀符合選用數(shù)據(jù)包的要求，在坡口表面及兩側(cè)至少15mm范圍內(nèi)無毛刺、氧化皮、灰塵等影響焊接質(zhì)量的異物[4]。焊接前檢查管子與閥門間預(yù)留的間隙是否滿足要求，檢查焊接部件的材質(zhì)、爐批號(hào)、長度與文件和施工圖樣要求是否一致，同時(shí)檢查閥門的標(biāo)識(shí)、閥門流向、安裝位置是否符合圖樣要求。對(duì)于沒有安裝流向要求的閥門，如一部分球閥和閘閥，安裝時(shí)要考慮到手柄的方向，便于后續(xù)閥門操作和維修。針對(duì)奧氏體不銹鋼閥門在焊前焊縫的背面需要進(jìn)行充氬保護(hù)。焊前組對(duì)采用定位焊，焊前要求同正式焊縫并控制其溫度，閥門處于開起狀態(tài)，以便于焊縫進(jìn)行背面的充氬保護(hù)。采用同向流動(dòng)方式充氬，使氬氣的不斷流動(dòng)帶走焊接過程中產(chǎn)生的熱量。針對(duì)焊接過程中可能存在的弧光影響溫控標(biāo)簽的情況，應(yīng)采取措施進(jìn)行避免。

4.4 溫控閥焊接過程中溫度控制措施

溫控閥在焊接時(shí)用接觸式點(diǎn)溫儀或紅外線測溫儀進(jìn)行溫度測量。對(duì)于需要粘貼溫控標(biāo)簽的閥門，還應(yīng)觀察溫控標(biāo)簽變化情況。閥門焊接時(shí)，為確保焊接電流不通過閥門，禁止把焊機(jī)接地線連接到閥體、閥頭手輪等閥門的任何部件上。為降低焊接過程中產(chǎn)生的熱量，在溫控閥焊接時(shí)，應(yīng)采用低熱輸入、多層、快速焊接，焊接過程中可通過風(fēng)冷的方式來加快焊接冷卻速度，以避免溫度過高損壞閥門密封件，待焊縫冷卻至要求溫度后再焊接下一道焊縫。在焊接過程中，焊工應(yīng)充分利用焊縫冷卻的時(shí)間對(duì)焊縫表面情況進(jìn)行目視檢查。對(duì)于會(huì)影響下一道焊縫質(zhì)量的所有缺陷均應(yīng)采用機(jī)械打磨的方式去除。焊縫打磨時(shí)要避免出現(xiàn)局部過熱區(qū)。由于閥門的閥座和密封面是兩種材質(zhì)的復(fù)合體，容易產(chǎn)生熱影響不均勻變形，因此在進(jìn)行焊接時(shí)要盡量減小焊接層厚度，以減小焊接熱影響的區(qū)域，降低熱影響區(qū)的溫度，而且要嚴(yán)格控制層間溫度。溫控閥在焊接時(shí)，除焊工外還應(yīng)安排專門的監(jiān)護(hù)人員，焊工在進(jìn)行焊接時(shí)注意力應(yīng)高度集中，當(dāng)接到監(jiān)護(hù)人員要求停止焊接的指令后，應(yīng)立即收弧，以防止焊縫溫度升高。

5 結(jié)束語

通過對(duì)溫控閥焊接過程中施工難點(diǎn)及容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，對(duì)施工流程進(jìn)一步細(xì)化，對(duì)相關(guān)程序加以補(bǔ)充，進(jìn)一步完善施工中的質(zhì)量控制。正是因?yàn)闇乜亻y的焊接安裝是一項(xiàng)十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳎粫r(shí)的疏漏都會(huì)直接或間接影響到溫控閥壽命乃至系統(tǒng)的穩(wěn)定安全，所以要求安裝過程中需要謹(jǐn)小慎微，嚴(yán)格按照要求操作。希望通過本文使后續(xù)溫控閥施工的質(zhì)量管理人員及施工人員能夠提前對(duì)相關(guān)細(xì)節(jié)與要點(diǎn)加以了解，從而提高工作效率，降低質(zhì)量問題發(fā)生的概率，提升施工質(zhì)量。