核電站溫控閥焊接質量問題分析及預防措施

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化為熱能，再轉變成機械能，最后轉變成電能[1]。在核電站的一回路、二回路及其他輔助回路中的管道、動力設備、各種容器、水池，以及傳輸液體或氣體介質的有關部件上，均有配置改變管路的斷面和以介質流動方向來控制傳輸介質壓力、流量的閥門[1]。閥門的種類繁多，稱謂也不統一，安裝要求也各有差異。有接通或切斷管路中各段介質的閥門，如閘閥、截止閥、蝶閥等；有調節管路流量和壓力的閥門，如調節閥、減壓閥、球閥等；有用于管路超壓保護的閥門，如安全閥、溢流閥等。其中有一類閥門在管路焊接時對溫度有很嚴格的要求，稱之為溫控閥[1]。溫控閥的焊接是管道施工活動中的重要組成部分，容易出現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、施工步驟各個環節的重點等加以科學分析，提出具體的預防解決措施，來確保溫控閥焊接的施工質量。

2 溫控閥焊接施工概況

溫控閥在各個項目均有施工，因其結構對溫度的特殊要求，歷來是施工過程中關注的重點，有溫控標簽的閥門在與管道焊接前，應在閥體上粘貼溫控標簽，焊接過程中溫控標簽處溫度必須控制在相應文件規定允許達到的最高溫度范圍。這類閥門主要有球閥。溫控閥的材質主要有20MN5M、

20M5M、A105、A42AP、CF3、CF8、WCB、Z3CN-09M、Z3CND19-10M及Z2CN18-10等。溫控閥的規格有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接焊接和插套焊接兩種形式。施工需根據不同的材質、規格選擇相應的數據單，采用適當的焊接參數施焊，并依據施工圖樣以及相關技術文件來滿足焊接要求。

3 溫控閥焊接施工難點

以江蘇神通閥門股份有限公司（以下簡稱“江蘇神通”）生產的溫控球閥為例，它的起閉件是一個球體，利用球體繞閥桿的軸線旋轉來實現閥門的開起與關閉[3]。由江蘇神通提供的霞浦示范快堆1號機組非核級手動球閥DN15 CLA SS150的組裝與外形如圖1所示。1號部件閥體的材質為CF3M，5號部件密封圈的材質為PEEK。CF3M是一種鑄造不銹鋼球體，為美標ASTM A351中不銹鋼鑄件的簡稱。PEEK是聚醚醚酮，是一種性能優異的特種工程塑料。閥門閥體和密封面是兩種材質的復合體，密封面受熱會發生較大的變形，嚴重的會使密封面扭曲變形。若焊接產生的溫度過高，則會導致密封面變形后無法恢復，密封的可靠性就會受到破壞。在溫控閥焊接過程中，如何保證不會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。

圖1 非核級手動球閥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現連接[3]。電極與工件之間燃燒的電弧弧光含有能量很強的紫外線，焊接期間，瓷嘴的角度變化會改變電弧的長短和輻射范圍，當焊接角度變大時，弧光散射的范圍也就越大，高溫下的弧光會瞬間污染粘貼在焊縫邊上的溫控標簽（見圖2），這會導致無法正確讀取溫度，同時也會讓監查人員對實際控制的合格溫度產生誤讀；在粘貼溫控閥標簽時，還會出現因閥體存在棱角而造成標簽無法正常粘貼的情況（見圖3）。

圖2 弧光污染后的溫控標簽

圖3 溫控標簽無法粘貼

4 溫控閥溫度控制優化措施

4.1 溫控閥焊接先決條件的完善

焊前從人、機、料、法、環5個方面展開檢查。具體包括焊工資格、焊接設備、原材料、技術文件及焊接環境的檢查等，檢查的重點同時也是施工內容細化完善改進的方向。在過去的溫控閥施工中，要求焊工應通過《民用核安全設備焊工焊接操作工資格管理規定》（HAF603）考核，并取得相應的資格。無損檢測人員應按《民用核安全設備無損檢驗人員資格管理規定》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及相關考試合格，同時具有相關安裝經驗?？紤]到由于溫控閥焊接溫度控制難度較大，因此應從具備該項施焊活動資質的大量焊工中選擇責任心強、工作嚴謹細致、有豐富焊接經驗且技能相對熟練的焊工施焊。通過加大對相關施工人員培訓的力度，對焊接溫控閥的焊工定期進行專門培訓并內部授權，以提高施工人員的技能水平。通過進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安全、可靠、有序地進行。

（2）焊接設備、填充材料、依據文件及環境滿足施工的要求 溫控閥的焊接應使用經過標定合格且性能良好的焊接設備。焊接填充材料應驗收合格，焊接填充材料的烘干、發放和使用應符合相關程序要求。焊接數據包、圖樣、工程變更單、設計澄清單、技術規格書及其他相關文件應齊全并保證是最新版本。相關的施工方案、技術交底、工作程序等必須均已發布。環境的溫度、濕度、風速都必須滿足程序要求才能施焊。

根據弧光特性，制造出一款弧光遮擋器（見圖4），來確保溫控標簽監測溫度的準確性，避免溫度過高造成溫控標簽的損壞。主要用途：遮擋焊接時產生的弧光，保護溫控標簽的完整性和清潔性，減少弧光對標簽造成的污染。優點：不影響焊接過程；不影響溫控標簽監測溫度；體積輕巧，便于攜帶和安裝；提高閥門焊接效率；不易損壞，可隨時更換；材料成本低。

圖4 溫控閥標簽弧光遮擋器

針對現場溫控閥安裝過程中因閥體棱角無法粘貼溫控標簽問題，在滿足溫控標簽正常使用的前提下，可對溫控標簽進行適當的裁剪（見圖5），以滿足溫控標簽的粘貼和使用要求。

圖5 裁剪后的溫控閥標簽

4.2 溫控標簽管控

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

表1 溫控閥溫控標簽粘貼距離的要求

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

圖6 部分脫落的溫控標簽

（3）溫控閥焊接完成后溫控標簽的回收 溫控閥焊接完成后，除應按照焊縫目視檢查相關要求對焊接接頭進行檢查外，還應回收溫控標簽。回收的溫控標簽要有專人做好臺賬且妥善保管。這些溫控標簽是后續進行溫控閥安裝檢查驗收的重要依據。

4.3 溫控閥焊接前的控制措施

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

4.4 溫控閥焊接過程中溫度控制措施

溫控閥在焊接時用接觸式點溫儀或紅外線測溫儀進行溫度測量。對于需要粘貼溫控標簽的閥門，還應觀察溫控標簽變化情況。閥門焊接時，為確保焊接電流不通過閥門，禁止把焊機接地線連接到閥體、閥頭手輪等閥門的任何部件上。為降低焊接過程中產生的熱量，在溫控閥焊接時，應采用低熱輸入、多層、快速焊接，焊接過程中可通過風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，焊工應充分利用焊縫冷卻的時間對焊縫表面情況進行目視檢查。對于會影響下一道焊縫質量的所有缺陷均應采用機械打磨的方式去除。焊縫打磨時要避免出現局部過熱區。由于閥門的閥座和密封面是兩種材質的復合體，容易產生熱影響不均勻變形，因此在進行焊接時要盡量減小焊接層厚度，以減小焊接熱影響的區域，降低熱影響區的溫度，而且要嚴格控制層間溫度。溫控閥在焊接時，除焊工外還應安排專門的監護人員，焊工在進行焊接時注意力應高度集中，當接到監護人員要求停止焊接的指令后，應立即收弧，以防止焊縫溫度升高。

5 結束語

通過對溫控閥焊接過程中施工難點及容易出現的問題進行分析，對施工流程進一步細化，對相關程序加以補充，進一步完善施工中的質量控制。正是因為溫控閥的焊接安裝是一項十分嚴謹的工作，一時的疏漏都會直接或間接影響到溫控閥壽命乃至系統的穩定安全，所以要求安裝過程中需要謹小慎微，嚴格按照要求操作。希望通過本文使后續溫控閥施工的質量管理人員及施工人員能夠提前對相關細節與要點加以了解，從而提高工作效率，降低質量問題發生的概率，提升施工質量。