焊接臨時性附件解決核電對焊連接鑄鋼閥體的車削裝夾問題

任利杰

(中核蘇閥科技實業(yè)股份有限公司,江蘇蘇州 215129)

焊接臨時性附件解決核電對焊連接鑄鋼閥體的車削裝夾問題

任利杰

(中核蘇閥科技實業(yè)股份有限公司,江蘇蘇州 215129)

通過合理使用RCC-M核電規(guī)范中的臨時性附件,焊接同材質工藝壓緊塊,開展工藝評定試驗,保證承壓鑄鋼性能,解決核電對焊連接鑄鋼閥體的車床加工的裝夾問題。

焊接 臨時性附件 核電對焊連接鑄鋼閥門 車削加工

1 概述

核電對焊連接端鑄鋼閥門的閥體加工，通過有兩種加工方式。一種是用加工中心進行加工，閥體裝夾方式為臥式裝夾，通道孔及中法蘭孔同時處于水平位置，用加工中心進行鉆、鏜加工。另一種是用數控車床進行加工，閥門兩對焊端增加工藝法蘭(如圖1)，通過裝夾工藝法蘭來進行加工，裝夾方式為法蘭外圓定位、法蘭反面壓緊方式。

2 成本和效率分析

以DN250/PN100鑄鋼閥體為例，數控加工與車床加工的成本與效率分析見表1。從表1可以看出，采用數控機床的加工效率比加工中心要高，這是因為數控機床的裝夾方式簡單，且為車削加工；而加工中心的裝夾過程復雜，輔助時間長，且為鉆鏜加工，鏜加工的方式沒有車削加工效率高。很明顯，對于閥類等圓周回轉零件，車床加工效率優(yōu)于加工中心。

3 工藝法蘭方案的弊端

工藝法蘭方案是為了解決車床加工過程中的裝夾問題，但工藝法蘭的存在會增加鑄鋼閥門的局部壁厚，在鑄造過程中存在熱節(jié)現象，不同壁厚之間存在收縮率的不同，進而會導致鑄鋼熱節(jié)區(qū)域產生氣孔、縮松等內部缺陷的概率增加，不利于產品質量的保證；同時因工藝法蘭與閥體頸部存在厚度差不利于射線探傷，影響射線探傷的評片結果。

工藝法蘭方案還額外有鑄件重量的增加和最終去除工藝法蘭帶來的加工成本增加，這些都是無用的成本增加，顯然都是其弊端所在。

表1 DN250/PN100鑄鋼閥體的加工成本與效率對比表

表2 金相與力學試驗結果

4 焊接臨時性附件

工藝法蘭方案有一系列的弊端，因此我們探討使用其它代替方案的可行性。首先想到的當然是焊接一個工藝法蘭作為工藝裝夾方案。全圓周焊接工藝法蘭的焊接量很大，焊接變形和焊接熱影響的評估都非常困難，從車床的裝夾我們知道，工藝法蘭方案中受力的裝夾部位，其實只是3至4個部位，因此，我們就想到了僅焊接幾塊工藝壓緊塊的方案(見圖2)。

工藝壓緊塊是在閥體鑄造成形后再焊接在閥體上的，鑄造時熱節(jié)現象不復存在，對產品質量的保證非常有利；同時消除了閥體端部的厚度差，有效提高了射線探傷的評片質量。

工藝壓緊塊的強度校核是力學上很輕松的內容，此處不再贅述。

5 可行性分析

在保證產品質量的情況下，驗證替代方案“焊接工藝壓緊塊方案”的可行性，才能將其轉化為實際生產力，從而減少材料成本，提高產品加工效率。

焊接工藝塊本不是一個新鮮事物，其應用歷史是伴隨著管道焊接施工的歷史同時存在的，在管道施工中，大量地采用了焊接這種臨時性附件(我們習慣稱之為工藝塊)的方法來實現管道的吊運、對正和焊接需要。

那么，在重要程度很高的核電閥門中，能不能焊接臨時性附件呢？我們查閱了核電標準，RCC-M規(guī)范中將焊接在管道上的這些附件分為永久性附件和臨時性兩種，在S7420中進行了詳細的描述。我們焊接的工藝壓緊塊就是其中的臨時性附件，其作為閥門加工過程中的工藝需要而焊接在閥門上，在最后產品成形時去除。

長期的管道施工應用經驗和RCC-M規(guī)范的詳細規(guī)定使我們相信，只要采取規(guī)范的操作辦法，這些臨時性附件的使用將能夠保證產品質量，滿足生產需要。

6 工藝評定

為了使得工藝壓緊塊的焊接和焊后處理滿足RCC-M的要求并按規(guī)范方法操作，并嚴格保證產品質量，我們通過對產品焊前、焊后的機械性能、外部和內在材料質量的檢查來檢驗其可行性。

這些檢查的內容包括：

(1)檢查焊后焊接區(qū)域材料的機械性能是否滿足標準要求，這包括拉伸試驗和沖擊試驗。

表3 去除工藝壓緊塊區(qū)域的射線探傷結果

表4 去除工藝壓緊塊區(qū)域的滲透、磁粉探傷結果

(2)檢查焊后焊接區(qū)域和其它未焊接區(qū)域的金相組織的是否存在不同。

(3)檢查焊后焊接區(qū)域的外觀質量和內在質量的無損檢測結果是否滿足標準要求。

滿足RCC-M要求的規(guī)范操作方法包括：

(1)按S7423的要求采用與產品焊縫相同的焊接工藝評定；

(2)工藝壓緊塊的焊接按照經過評定的焊接方法進行，并按規(guī)定進行相同的焊前預熱或焊后熱處理；

(3)焊接在最終熱處理前進行；

(4)工藝壓緊塊的拆除只允許使用機械加工方法去除，嚴禁使用熱切割方法；

(5)工藝壓緊塊拆除后按S7426規(guī)定進行滲透探傷檢查。

6.1 工藝評定試驗對象

為了使試驗結果具有代表性，我們選取兩批核電閘閥閥體作為試驗對象，一批為碳素鋼閥體(材料M1112/20MN5M)，一批為奧氏體-鐵素體不銹鋼閥體(材料M3402/Z3CND19-10M)，這兩種材料是目前壓水堆核電閥門鑄鋼閥體的兩種主要材料。工藝壓緊塊采用與閥體材質相同的材料。

6.2 評定措施

6.2.1 評定材料內、外部質量

閥體母材焊接工藝壓緊塊工藝評定試驗程序，試驗程序流程圖見圖3，圖中PT對碳素鋼是PT和MT同時進行。

6.2.2 評定金相組織與力學性能

我們通過在與試驗閥體等厚度的工藝試棒上焊接三工藝壓緊塊工藝評定試驗來驗證焊接過程對材料的金相與力學性能的影響。

(1)準備同材質的試塊進行金相與力學性能模擬。

(2)將工藝壓緊塊分別焊接在相對應的試棒的中間位置上，并與其對應的閥體母材一起同爐熱處理。

(3)再鏜去焊接的工藝壓緊塊子，去除工藝壓緊塊子禁止使用熱加工方式，只允許采用冷加工方式。

(4)鏜去工藝壓緊塊的試棒部位按相應材料標準進行金相分析，并出具報告。

(5)鏜去工藝壓緊塊的試棒按標準加工成試樣并按相應材料標準進行拉伸試驗和沖擊試驗。

6.3 工藝評定結果

經過嚴格的工藝評定過程，數據顯示，按照規(guī)范操作方法開展的工藝壓緊塊焊接和去除，作為焊接母材的鑄鋼閥體本身機械性能、金相組織、外觀和內在無損檢測都能夠很好地滿足RCC-M規(guī)范的要求，說明產品質量得到了有效的保證。具體結果見表2、表3和表4。

6.4 成本分析

DN250口徑核電對焊連接鑄鋼閥門，焊接工藝壓緊塊方案比工藝法蘭方案的成本約單臺節(jié)省2400元的成本，這些成本包括了材料的成本、機加工成本、焊接成本、檢測成本等，顯然經濟效益還是非常明顯。

7 結語

通過工藝評定的開展，我們可以得出結論：采用焊接工藝壓緊塊的工藝方案代替落后的工藝法蘭方案具有技術可行性，可以保證產品質量，符合RCC-M規(guī)范的臨時性附件要求，可以應用在核電對焊連接鑄鋼閥門的制造過程中，用于解決其車削加工的裝夾問題，從而比加工中心更高效地開展閥體類回轉體零件的加工。

[1]RCC-M壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則[S].

任利杰(1981—),男,江蘇人,工程師,研究方向:核電閥門制造工藝研究及質量保證。