高溫高壓設備及管道連接密封面的缺陷修復

榮剛，楊寶紅，周武，湯雄飛，賀波，張云光

（中廣核研究院有限公司反應堆工程實驗研究中心，廣東 深圳 518000）

對于高溫高壓設備及管道法蘭的連接，為確保密封性能，密封面需要滿足一定的平面度和粗糙度要求。由于各種原因，包括加工制造、運行工況要求高、拆卸安裝等，造成密封面處出現(xiàn)坑點、刮傷、劃痕等缺陷，進而導致密封失效，最終出現(xiàn)密封泄漏。當出現(xiàn)此類密封面損傷時，需要及時對法蘭密封面進行修復處理以保證其密封質量。考慮到部分設備或管道難以拆卸及移動，也為避免拆裝造成的工期延長不可控，對于此部位的缺陷處理，需采用現(xiàn)場修復和研磨進行處理。

1 密封面結構形式

高溫高壓設備及管道常涉及到多處連接密封，其有著不同的密封結構及密封面，如圖1所示為涉及到的常見密封面的結構示意圖。

一般而言，部分承壓筒體中安裝有部件、組件等，且相關部件組件的安裝精度要求較高，由于筒體較長，相對于裝置也有相應的安裝和固定要求，對于包括加工制造、運行工況惡劣、拆卸安裝等原因引起的密封面損傷，所采取的方式只能依實際現(xiàn)場進行修復和研磨處理。

2 密封面技術要求

常用的法蘭材質為321不銹鋼III級鍛件，法蘭密封面機加工后的粗糙度要求（Ra3.2～Ra6.3），其上所采用的密封墊片其硬度值應低于法蘭硬度值，以保證密封效果。

圖1 常見密封面的結構示意圖

3 密封面修復工序

密封面修復處理前，現(xiàn)場先行判斷缺陷大小及嚴重性，當密封面出現(xiàn)較大缺陷時，可現(xiàn)場采用微弧焊技術進行補焊處理，在微弧焊修復完成后，進行精磨和粗磨，一般粗磨和精磨后，表面缺陷已經得到較大改善。為進一步提高表面光潔度，采用研磨處理，直至符合型面要求，經過如上工序，密封面表面的平面度、粗糙度已得到極大改善，達到密封的目的。如原始缺陷不大，就不需要采用微弧焊進行修復，只采用后續(xù)工序就可以完成。

4 微弧焊

4.1 微弧焊的基本原理

微弧焊接工藝是將電源存儲的高電能，在高合金電極與金屬母材間進行瞬時高頻釋放，形成空氣電離通道，使電極與母材表面產生瞬間的微區(qū)高溫、高壓的物理化學冶金過程。傳統(tǒng)的電焊、氬弧焊、熱噴涂等修復方式，由于發(fā)熱量大、對工件材質和金屬金相結構有較大破壞，不合適用于密封面的精細修復，微弧焊提供了重要的在線修復途徑，此方法可以高效組織修復缺陷，時間短，代價小，其焊接示意圖見圖2。

圖2 焊接示意圖

4.2 微弧焊的表面修復

（1）工藝準備及試驗。依據現(xiàn)場實際情況制定修復工藝方案，確定采用微弧焊進行補焊，修復區(qū)域的尺寸按現(xiàn)場實測確定，模擬缺口形貌試焊，驗證焊接參數(shù)。

（2）工件表面預處理。對待補焊區(qū)域表面采用電動打磨機進行打磨，清除表面氧化皮及破損層金屬，直至露出光亮金屬表面；打磨完成后清除粉塵、油污等雜物；使用清洗劑清洗、風干表面。

（3）安裝輔助工裝。用防火布封住管口和非補焊區(qū)域，防止焊接飛濺物進入管道內和其它完好表面。

（4）微弧焊焊接。采用ER321焊絲作為補焊材料，采用點焊方式施焊，焊接過程監(jiān)控工件溫升，溫升控制小于80℃，溫升接近上限時，要停止施焊，等待至室溫時繼續(xù)補焊，如此循環(huán)直至補焊完成。

5 粗磨精磨

粗磨，用自動打磨機對修復位置的表面進行打磨，打磨過程注意控制余量。

精磨，使用油石手工對各個高點進行精磨，去除高點直至補焊位置與旁邊平面接近貼合，留大約0.08～0.1mm研磨余量，油石粒度：400#--1200#。

6 研磨

6.1 研磨的基本原理

手工研磨是在研磨工具的研磨面上涂上研磨劑，在一定的壓力作用下，工件和研具按一定的軌跡作相對運動，直至研磨完畢。要求研具材料比被研磨的工件軟，這樣受到一定壓力后，研磨劑中微小顆粒即磨料被壓嵌在研具表面上，這些細微的磨料具有較高的硬度。由于研具和工件的相對運動，磨料對工件產生微量的切削作用，均勻地從工件表面切去一層極薄的金屬，從而使工件逐漸得到準確的尺寸精度和合格的表面粗糙度，由于研磨是微量切削，因此研磨量不能太大。

6.2 研磨工具

研具材料的組織要細致均勻，有很高的穩(wěn)定性和耐磨性，工作面的硬度應比工件表面的硬度稍低。球墨鑄鐵作為常用的研具材料，其嵌砂性能好，耐磨性能優(yōu)異，且長時間使用不易產生變形。另外，鑄鐵的經濟實用性很好，在市場上很常見，價格便宜，如圖3所示，為所使用的一種研磨模具。

6.3 研磨膏（劑）或研磨砂紙

圖3 一種研磨模具

研磨膏（劑）是由磨料和研磨液調和而成的混合劑，可結合實際需要自己配制，目前市場上有不同規(guī)格的成品研磨膏供應，也可以滿足使用要求，常用的研磨膏的粒度從W40到W0.5。W40最粗，磨削量大。W0.5最細，用于拋光，而且不退火，再硬的刀也能研磨。也可以采用研磨砂紙研磨。研磨砂紙是將研磨砂紙粘貼在研具上，在一定的壓力作用下，工件和研具按一定的軌跡作相對運動，直至研磨完畢。根據密封面缺陷程度，選擇研磨砂紙粗細砂紙。如它的規(guī)格有80u、60u、30u等，數(shù)字越大研磨砂紙越粗。

6.4 研磨的表面修復

（1）研磨前準備。首先將密封面用酒精清洗干凈，再用潔凈的軟布擦干凈，再次確認法蘭密封面缺陷情況，根據缺陷大小，確定每一個法蘭初始研磨所用的磨料粒度，檢查研磨工具與法蘭密封面的配合情況，如合適，則將研磨劑均勻地涂抹在研磨工具的工作面上。

（2）研磨操作。用研磨工具配研磨劑對修復點進行手動研磨，研磨中應始終保持研磨工具與待研磨面基本平行，研磨時工件受壓要均勻，壓力大小始終應適中，精研壓力比粗研要小，研磨速度不能太快，研磨盡可能一次研磨一圈，禁止在小角度范圍內作往復式研磨，每一遍研磨的起點均要相互錯開90°，以保證研磨均勻。進行更精細的研磨前，一定要把上一層級研磨所用的研磨劑清理干凈。

（3）研磨檢驗。法蘭研磨后，作印痕檢查，用以檢查密封面平面度，在密封面均勻涂抺紅丹粉，再放到法蘭密封面上轉動，轉動角度應大于30°，但小于45°。如紅丹刮磨后分布比較均勻，說明法蘭密封面良好，否則須繼續(xù)研磨，直至符合密封的要求。

7 實例應用

圖4、5為現(xiàn)場管道法蘭密封面處理的部分效果圖。

8 結語

設備及管道法蘭涉及較多的密封面，由于加工制造、安裝、運行過程中出現(xiàn)的狀況，容易造成密封面處出現(xiàn)坑點、刮傷、劃痕等缺陷，進而導致密封失效，最終導致密封泄漏。依據現(xiàn)場密封面的缺陷狀況，特別是對于不易拆卸的相關設備及管道，采用相應的工藝方法進行現(xiàn)場修復處理，可以達到滿足恢復密封面的密封要求。

圖4 密封面補焊后狀況

圖5 研磨處理后效果圖