核電不銹鋼閥門密封焊焊縫處理

廉慶文

（中核檢修有限公司福鼎分公司，福建 寧德 352000）

國內核電各核安全系統廣泛使用大連大高閥門股份有限公司生產的核級手動截止閥（以下簡稱大高閥）。大高截止閥閥門結構詳見圖1：閥門結構圖。主要由閥體、閥蓋、支架、閥桿、閥桿螺母、閥瓣、填料函、密封填料、填料壓蓋及傳動裝置等零件組成，它在系統中主要起切斷作用，具有結構簡單、制造和維修方便，工作行程小，啟閉時間短，密封性好，密封面間摩擦力小，壽命較長等優點。

在核電運維階段，根據預防性維修大綱及由于系統運行導致閥門內漏需進行閥門更換或糾正性維修，歷次大修中曾多次由于焊接控制不當，出現閥門檢修后密封焊質量不合格，導致返工事件，影響機組狀態轉換。

1 閥門密封焊焊縫滲漏

國內某核電廠大修低低水位結束一回路進水階段，巡檢發現4RCV130VP大高閥閥體外大量硼結晶，懷疑該閥門有泄露。該閥門為當次大修解體檢修，對閥門內部組件進行研磨處理后重新組裝并實施密封焊，為避免機組帶病上行，緊急制定方案對該閥門進行整體更換，此過程中為減少其他隔離措施對機組上行造成其他影響，采用冰堵作業這種高風險作業方案，且重新更換閥門時間窗口緊迫，給現場施工人員及機組狀態帶來嚴重影響。

2 密封焊泄露原因分析

通過對切割下來的閥門再次進行檢查，分析該閥泄露主要原因有以下幾點。

2.1 閥門唇邊密封面失效

大高閥主要承壓依托唇邊密封面，密封焊焊縫進行二次防護，由于密封面密封效果不佳導致內部介質壓力傳導至焊縫處。

2.2 焊縫厚度不足

閥門密封焊部分焊縫偏離唇邊接觸面中心，部分中心位置焊縫厚度不足1.5mm，較薄處焊縫承受系統內介質溫度和壓力，在長時間承壓過程中產生了泄露。

2.3 焊縫中存在裂紋、氣孔等其他缺陷

閥門密封焊焊接過程中出現根部裂紋及氣孔，由于該類缺陷影藏在焊縫內部，通過外觀檢查及最終焊縫PT無法檢測出來，未能及時發現并進行處理，系統投運后介質通過該缺陷向外滲漏。

3 閥門密封焊焊縫處理方案

為有效減少由于焊接質量問題導致大高閥發生外漏狀況，從焊接工藝優化、焊工資質技能考核及焊接過程管控三個維度對大高閥閥門密封焊進行優化。

3.1 大高閥密封焊工藝優化

3.1.1 母材性能分析

核電站大高閥閥門密封焊涉及碳鋼、奧氏體不銹鋼兩類母材的焊接，本文選取奧氏體不銹鋼材料的性能進行簡要分析闡述。

奧氏體不銹鋼是我國核電設備制造過程中使用非常廣泛的一種不銹鋼材料，其碳含量在0.03以下，具有很好的焊接性。但由于不銹鋼膨脹系數較大，導熱性差，在焊接過程中易產生較大內應力，易產生結晶熱裂紋，所以焊接過程中應盡量采用小的焊接熱輸入，而且不應預熱，并降低層間溫度。

3.1.2 焊接方式選擇

密封焊焊接采用的焊接方式為手工鎢極氬弧焊。它是一種在惰性氣體的保護下，利用氬弧焊把中的鎢極與工件間產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的一種方法。焊接時保護氣體從氬弧焊把噴嘴中連續噴出，在電弧周圍形成氣體保護層隔絕空氣，以防止其對鎢極、熔池及鄰近熱影響區的有害影響，從而獲得優質的焊縫。

表1 首次焊接電流參數

表3 二次焊接流參數

氬弧焊使用的電流種類為直流正接，它可從事焊接碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、耐熱合金鋼等。鎢極氬弧焊具有以下優點：

（1）能焊接除熔點非常低的鋁錫外的絕大多數的金屬和合金。

（2）氬氣能有效地隔絕空氣中的氧氣、氮氣、氫氣等對電弧和熔池產生的不良影響：它本身又不溶于金屬，也不和金屬產生化學反應：鎢極氬弧焊焊接過程中的電弧還有自動清除焊縫表面氧化膜的作用，因此，可成功的焊接易氧化、氮化、化學活潑性強的有色金屬、不銹鋼和各種合金。

（3）焊接時無焊渣、無飛濺。

（4）能進行全方位焊接，用脈沖氬弧焊可減小熱輸入，適宜焊0.1mm不銹鋼。

（5）電弧溫度高、熱輸入小、速度快、熱影響面小、焊接變形小。

（6）填充金屬和添加量不受焊接電流的影響。

3.1.3 焊接參數確定

（1）首次焊接。在系統運行一段時間后，由于運行環境及介質流量腐蝕或機械損傷，有一些閥門需要進行整閥更換，此時更換閥門同安裝階段新裝閥門，需在對閥門進行相關組件進行檢查合格后進行組裝并執行首次密封焊（如圖2）。

圖2 首次密封焊

選取兩組φ70（現場滲漏閥門為2寸閥門，閥門唇邊外徑相近）不銹鋼模擬件進行相關試驗，相關數據詳見表1：首次焊接電流參數、表2：首次試件理化試驗數據。

表2 首次試件理化試驗數據

（2）二次焊接。根據核電廠預防性維修大綱及由于系統運行閥門內部密封不滿足系統設計要求，又不需要進行整體更換，此時僅對閥門進行解體維修，待閥芯、閥腔密封能力滿足要求后重新回裝并進行二次密封焊（如圖3）。

圖3 二次密封焊

選取兩組φ70（現場滲漏閥門為2寸閥門，閥門唇邊外徑相近）不銹鋼模擬件進行相關試驗，相關數據詳見表3：二次焊接電流參數、表4：二次試件理化試驗數據。

表4 二次試件理化試驗數據

通過對不銹鋼母材焊接性分析、焊接方式選擇及模擬件試驗，推薦2寸不銹鋼大高閥使用氬弧焊焊接，焊接電流控制在70A～80A。精準控制電流范圍，較工藝評定中給出51A～92A，推薦電流更利于提高焊接質量。

3.2 焊工資質技能考核

《民用核安全設備焊工焊接操作工資格管理規定（HAF603）》規定從事民用核安全設備焊接活動的焊工、焊接操作工必須依照該規定參加考核并取得資格證書后，方可從事民用核安全設備焊接活動。

HAF603中沒有對閥門密封焊進行單項考試要求，其資格要求參照管道對接焊資質。覆蓋范圍參照對接資質進行控制，外徑依據唇邊外徑控制。

近幾年為優化對焊工技能是否滿足現場實際需求的管控，逐步實施專項技能鑒定。為此，針對預實施閥門密封焊焊工，施工單位在正式施工前組織具備覆蓋范圍能滿足施工要求對接資格的焊工進行模擬件焊接（模擬件除充分模擬焊縫形式、現場焊接位置及周圍場地限制環境）。

組織專業技術人員及質量人員對模擬件進行外觀檢查及無損檢測（PT），必要時對部分焊縫進行理化試驗，考核合格人員方可從事現場正式焊口焊接。

圖4 唇邊切割缺陷

保證資質滿足要求且實際操作技能考核合格后現場操作，較之以往僅依據是否具備資質（依據資格項派工）有效提高對施工環節中人員技能的把控，有效避免由于焊接技能問題而引發的焊接質量問題。

3.3 焊接過程管控

3.3.1 焊前檢查

（1）核實焊材匹配性,開始焊接前確認現場閥門材質與質量計劃的一致性，以及焊工準備使用的焊材。

（2）確認焊前排空介質，確認待焊閥門已隔離、排空。根據反饋歷次大修中曾發生多起焊接過程中密封面發生滲水情況，打開閥蓋后，發現閥腔內滿水，直接影響焊接質量及施工進度。

（3）唇邊狀態，閥門焊縫割開后，修磨殘余原焊縫金屬，使唇邊呈平端面（與新閥門唇邊近似），在唇邊切割后常見典型異常（詳見圖4：唇邊切割缺陷）：唇邊割偏,機械損傷,唇邊錯邊過大,殘留焊接缺陷等。

（4）待焊區清理檢查,焊前要對待焊部位，上、下唇邊及間隙內部是否殘留藍油，鐵銹，PT滲透劑/顯相劑的雜質進行清理，保證焊前清潔度要求。

（5）閥門力矩確認前確認，閥蓋與閥體是否已經進行力矩檢驗。

（6）確認閥門開啟，焊接前，閥門需處于開啟狀態（全部開啟后再往回半圈）。避免閥瓣與閥座之間起弧影響密封性。

（7）上下唇間隙確認，閥門密封焊上下唇邊深度應滿足1mm～1.5mm，可以使用D1.0焊絲進行對照檢查。

（8）焊接環境確認，了解焊接位置，環境的劑量等直接影響焊工工作狀態的因素；環境艱難，容易出現焊接問題，須重點關注。

（9）確認地線夾持位置，地線夾持處不越過其他閥門，防止閥瓣與閥腔起弧損傷。

3.3.2 焊接過程控制

（1）起弧、收弧。起弧、收弧均需要在待焊區域內部，不得電弧劃傷閥蓋與閥體。起弧、收弧過程應保證熔合良好，減少未熔合以及氣孔、夾渣的產生。

（2）參數控制。嚴格按照WPS要求控制各項焊接參數，特別是不得為提高速度而放大電流。

（3）層溫控制。核實閥門控溫要求，部分閥門存在帶O型環的溫控閥，焊接時要嚴格控制層間溫度，維修手冊要求層間溫度≤120℃。由于檢修過程中發生過層溫控制在70℃～80℃之間時仍導致內部O環變型情況，導致需重新返工解體，最終焊接時控制層間溫度≤60℃時保障相應質量。

（4）異常狀況。若焊接過程中，密封面有水汽噴出，立刻停止施焊，對閥門進行隔離排空，重新焊接；若焊接期間發生鎢極粘連現象，及時使用銼刀對接頭或者其他缺陷修磨，嚴禁使用砂輪機；適當擺放氬氣帶，避免無意踩踏。

3.3.3 焊后檢查

（1）清理。唇邊密封焊焊接完成后必須使用不銹鋼鋼絲刷清理焊縫氧化皮。

（2）外觀檢查。上、下唇邊結合處需要平滑，整齊，不得有熔池夾角，寬度不足，焊瘤等情況；焊縫中心處需飽滿，厚度均勻，不得有氣孔，夾渣，夾鎢等情況。

（3）無損檢測。待焊縫滿足PT檢查要求后及時進行，如焊縫表面有細微裂紋、氣孔等缺陷及時進行修復。

以往現場不銹鋼閥門密封焊僅僅參照WPS進行焊前檢查、依照焊工個人習慣調節參數并執行焊接，焊后對焊縫進行外觀檢查，多次發生焊接過程中跑水、焊后外觀成形不良或、于焊接變形導致內部密封失效需重新解體，經梳理，嚴格按照上述過程管控，有效提高焊接質量，閥門密封焊質量得到良好控制。

4 結論

核電廠不銹鋼閥門密封焊焊縫質量關乎設備、系統功能正常。從工藝選擇、人員技能及焊接施工全過程管控各環節優化，經實操考核技能鑒定合格人員采用手工鎢極氬弧焊并嚴格按照推薦工藝參數實施，嚴控焊接過程及做焊后檢查，提高焊接質量、效率。通過以上各維度加強管控并優化，目前各電廠2寸不銹鋼大高閥門檢維修通過合格人員使用推薦電流并嚴格執行過程控制有效提高焊接合格率，保障設備檢維修可靠性，后續仍需進一步向自動化焊接進行優化。