廉庆文

（中核检修有限公司福鼎分公司，福建 宁德 352000）

国内核电各核安全系统广泛使用大连大高阀门股份有限公司生产的核级手动截止阀（以下简称大高阀）。大高截止阀阀门结构详见图1：阀门结构图。主要由阀体、阀盖、支架、阀杆、阀杆螺母、阀瓣、填料函、密封填料、填料压盖及传动装置等零件组成，它在系统中主要起切断作用，具有结构简单、制造和维修方便，工作行程小，启闭时间短，密封性好，密封面间摩擦力小，寿命较长等优点。

在核电运维阶段，根据预防性维修大纲及由于系统运行导致阀门内漏需进行阀门更换或纠正性维修，历次大修中曾多次由于焊接控制不当，出现阀门检修后密封焊质量不合格，导致返工事件，影响机组状态转换。

1 阀门密封焊焊缝渗漏

国内某核电厂大修低低水位结束一回路进水阶段，巡检发现4RCV130VP大高阀阀体外大量硼结晶，怀疑该阀门有泄露。该阀门为当次大修解体检修，对阀门内部组件进行研磨处理后重新组装并实施密封焊，为避免机组带病上行，紧急制定方案对该阀门进行整体更换，此过程中为减少其他隔离措施对机组上行造成其他影响，采用冰堵作业这种高风险作业方案，且重新更换阀门时间窗口紧迫，给现场施工人员及机组状态带来严重影响。

2 密封焊泄露原因分析

通过对切割下来的阀门再次进行检查，分析该阀泄露主要原因有以下几点。

2.1 阀门唇边密封面失效

大高阀主要承压依托唇边密封面，密封焊焊缝进行二次防护，由于密封面密封效果不佳导致内部介质压力传导至焊缝处。

2.2 焊缝厚度不足

阀门密封焊部分焊缝偏离唇边接触面中心，部分中心位置焊缝厚度不足1.5mm，较薄处焊缝承受系统内介质温度和压力，在长时间承压过程中产生了泄露。

2.3 焊缝中存在裂纹、气孔等其他缺陷

阀门密封焊焊接过程中出现根部裂纹及气孔，由于该类缺陷影藏在焊缝内部，通过外观检查及最终焊缝PT无法检测出来，未能及时发现并进行处理，系统投运后介质通过该缺陷向外渗漏。

3 阀门密封焊焊缝处理方案

为有效减少由于焊接质量问题导致大高阀发生外漏状况，从焊接工艺优化、焊工资质技能考核及焊接过程管控三个维度对大高阀阀门密封焊进行优化。

3.1 大高阀密封焊工艺优化

3.1.1 母材性能分析

核电站大高阀阀门密封焊涉及碳钢、奥氏体不锈钢两类母材的焊接，本文选取奥氏体不锈钢材料的性能进行简要分析阐述。

奥氏体不锈钢是我国核电设备制造过程中使用非常广泛的一种不锈钢材料，其碳含量在0.03以下，具有很好的焊接性。但由于不锈钢膨胀系数较大，导热性差，在焊接过程中易产生较大内应力，易产生结晶热裂纹，所以焊接过程中应尽量采用小的焊接热输入，而且不应预热，并降低层间温度。

3.1.2 焊接方式选择

密封焊焊接采用的焊接方式为手工钨极氩弧焊。它是一种在惰性气体的保护下，利用氩弧焊把中的钨极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种方法。焊接时保护气体从氩弧焊把喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，从而获得优质的焊缝。

表1 首次焊接电流参数

表3 二次焊接流参数

氩弧焊使用的电流种类为直流正接，它可从事焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热合金钢等。钨极氩弧焊具有以下优点：

（1）能焊接除熔点非常低的铝锡外的绝大多数的金属和合金。

（2）氩气能有效地隔绝空气中的氧气、氮气、氢气等对电弧和熔池产生的不良影响：它本身又不溶于金属，也不和金属产生化学反应：钨极氩弧焊焊接过程中的电弧还有自动清除焊缝表面氧化膜的作用，因此，可成功的焊接易氧化、氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。

（3）焊接时无焊渣、无飞溅。

（4）能进行全方位焊接，用脉冲氩弧焊可减小热输入，适宜焊0.1mm不锈钢。

（5）电弧温度高、热输入小、速度快、热影响面小、焊接变形小。

（6）填充金属和添加量不受焊接电流的影响。

3.1.3 焊接参数确定

（1）首次焊接。在系统运行一段时间后，由于运行环境及介质流量腐蚀或机械损伤，有一些阀门需要进行整阀更换，此时更换阀门同安装阶段新装阀门，需在对阀门进行相关组件进行检查合格后进行组装并执行首次密封焊（如图2）。

图2 首次密封焊

选取两组φ70（现场渗漏阀门为2寸阀门，阀门唇边外径相近）不锈钢模拟件进行相关试验，相关数据详见表1：首次焊接电流参数、表2：首次试件理化试验数据。

表2 首次试件理化试验数据

（2）二次焊接。根据核电厂预防性维修大纲及由于系统运行阀门内部密封不满足系统设计要求，又不需要进行整体更换，此时仅对阀门进行解体维修，待阀芯、阀腔密封能力满足要求后重新回装并进行二次密封焊（如图3）。

图3 二次密封焊

选取两组φ70（现场渗漏阀门为2寸阀门，阀门唇边外径相近）不锈钢模拟件进行相关试验，相关数据详见表3：二次焊接电流参数、表4：二次试件理化试验数据。

表4 二次试件理化试验数据

通过对不锈钢母材焊接性分析、焊接方式选择及模拟件试验，推荐2寸不锈钢大高阀使用氩弧焊焊接，焊接电流控制在70A～80A。精准控制电流范围，较工艺评定中给出51A～92A，推荐电流更利于提高焊接质量。

3.2 焊工资质技能考核

《民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定（HAF603）》规定从事民用核安全设备焊接活动的焊工、焊接操作工必须依照该规定参加考核并取得资格证书后，方可从事民用核安全设备焊接活动。

HAF603中没有对阀门密封焊进行单项考试要求，其资格要求参照管道对接焊资质。覆盖范围参照对接资质进行控制，外径依据唇边外径控制。

近几年为优化对焊工技能是否满足现场实际需求的管控，逐步实施专项技能鉴定。为此，针对预实施阀门密封焊焊工，施工单位在正式施工前组织具备覆盖范围能满足施工要求对接资格的焊工进行模拟件焊接（模拟件除充分模拟焊缝形式、现场焊接位置及周围场地限制环境）。

组织专业技术人员及质量人员对模拟件进行外观检查及无损检测（PT），必要时对部分焊缝进行理化试验，考核合格人员方可从事现场正式焊口焊接。

图4 唇边切割缺陷

保证资质满足要求且实际操作技能考核合格后现场操作，较之以往仅依据是否具备资质（依据资格项派工）有效提高对施工环节中人员技能的把控，有效避免由于焊接技能问题而引发的焊接质量问题。

3.3 焊接过程管控

3.3.1 焊前检查

（1）核实焊材匹配性,开始焊接前确认现场阀门材质与质量计划的一致性，以及焊工准备使用的焊材。

（2）确认焊前排空介质，确认待焊阀门已隔离、排空。根据反馈历次大修中曾发生多起焊接过程中密封面发生渗水情况，打开阀盖后，发现阀腔内满水，直接影响焊接质量及施工进度。

（3）唇边状态，阀门焊缝割开后，修磨残余原焊缝金属，使唇边呈平端面（与新阀门唇边近似），在唇边切割后常见典型异常（详见图4：唇边切割缺陷）：唇边割偏,机械损伤,唇边错边过大,残留焊接缺陷等。

（4）待焊区清理检查,焊前要对待焊部位，上、下唇边及间隙内部是否残留蓝油，铁锈，PT渗透剂/显相剂的杂质进行清理，保证焊前清洁度要求。

（5）阀门力矩确认前确认，阀盖与阀体是否已经进行力矩检验。

（6）确认阀门开启，焊接前，阀门需处于开启状态（全部开启后再往回半圈）。避免阀瓣与阀座之间起弧影响密封性。

（7）上下唇间隙确认，阀门密封焊上下唇边深度应满足1mm～1.5mm，可以使用D1.0焊丝进行对照检查。

（8）焊接环境确认，了解焊接位置，环境的剂量等直接影响焊工工作状态的因素；环境艰难，容易出现焊接问题，须重点关注。

（9）确认地线夹持位置，地线夹持处不越过其他阀门，防止阀瓣与阀腔起弧损伤。

3.3.2 焊接过程控制

（1）起弧、收弧。起弧、收弧均需要在待焊区域内部，不得电弧划伤阀盖与阀体。起弧、收弧过程应保证熔合良好，减少未熔合以及气孔、夹渣的产生。

（2）参数控制。严格按照WPS要求控制各项焊接参数，特别是不得为提高速度而放大电流。

（3）层温控制。核实阀门控温要求，部分阀门存在带O型环的温控阀，焊接时要严格控制层间温度，维修手册要求层间温度≤120℃。由于检修过程中发生过层温控制在70℃～80℃之间时仍导致内部O环变型情况，导致需重新返工解体，最终焊接时控制层间温度≤60℃时保障相应质量。

（4）异常状况。若焊接过程中，密封面有水汽喷出，立刻停止施焊，对阀门进行隔离排空，重新焊接；若焊接期间发生钨极粘连现象，及时使用锉刀对接头或者其他缺陷修磨，严禁使用砂轮机；适当摆放氩气带，避免无意踩踏。

3.3.3 焊后检查

（1）清理。唇边密封焊焊接完成后必须使用不锈钢钢丝刷清理焊缝氧化皮。

（2）外观检查。上、下唇边结合处需要平滑，整齐，不得有熔池夹角，宽度不足，焊瘤等情况；焊缝中心处需饱满，厚度均匀，不得有气孔，夹渣，夹钨等情况。

（3）无损检测。待焊缝满足PT检查要求后及时进行，如焊缝表面有细微裂纹、气孔等缺陷及时进行修复。

以往现场不锈钢阀门密封焊仅仅参照WPS进行焊前检查、依照焊工个人习惯调节参数并执行焊接，焊后对焊缝进行外观检查，多次发生焊接过程中跑水、焊后外观成形不良或、于焊接变形导致内部密封失效需重新解体，经梳理，严格按照上述过程管控，有效提高焊接质量，阀门密封焊质量得到良好控制。

4 结论

核电厂不锈钢阀门密封焊焊缝质量关乎设备、系统功能正常。从工艺选择、人员技能及焊接施工全过程管控各环节优化，经实操考核技能鉴定合格人员采用手工钨极氩弧焊并严格按照推荐工艺参数实施，严控焊接过程及做焊后检查，提高焊接质量、效率。通过以上各维度加强管控并优化，目前各电厂2寸不锈钢大高阀门检维修通过合格人员使用推荐电流并严格执行过程控制有效提高焊接合格率，保障设备检维修可靠性，后续仍需进一步向自动化焊接进行优化。