阀门唇焊缺陷修复方法

摘要

本发明公开了一种阀门唇焊缺陷修复方法，包括以下步骤：S1、对唇焊需要进行修复的阀门进行预热处理，使其温度保持在60‑80℃；S2、以实芯碳钢焊丝作为焊接材料，采用TIG焊接方法在唇焊焊缝上进行加强焊接；在焊接过程中，控制焊接热输入量为1.2kJ/mm～2.0kJ/mm，所述焊接热输入量与所述唇焊焊缝所在阀门的外径比值为17～23。本发明的阀门唇焊缺陷修复方法，有效改善阀门上原始唇焊焊缝组织性能，有效改善原始焊缝的淬硬组织，从而降低原始焊缝的硬度趋势；以加强焊修复进行，无需去除缺陷金属，减少现场打磨、研磨等工作量；对阀门及相关系统隔离排空要求不苛刻；加强焊对原始焊缝进行强化，加强焊后满足阀门设计工况要求；延长阀门使用寿命。

权利要求

1.一种阀门唇焊缺陷修复方法，其特征在于，包括以下步骤：S0、建模制定；

步骤S0包括以下步骤：

S0.1、根据唇焊焊缝的原始尺寸数据、焊接工艺及参数，模拟仿真唇焊焊缝的焊接温度场，结合材料CCT曲线，对比不同焊接工艺及参数焊接后的马氏体组织占比；

S0.2、根据模拟仿真唇焊焊缝的焊接温度场分析，结合唇焊焊缝所在的阀门，确定焊接修复参数，通过建模验证马氏体占比变化；

S0.3、根据马氏体变化选择对应的焊接工艺及参数，进行模拟验证；

S1、对唇焊需要进行修复的阀门进行预热处理，使其温度保持在60‑80℃；

S2、以实芯碳钢焊丝作为焊接材料，采用TIG焊接方法在唇焊焊缝上进行加强焊接；

其中：焊接电流范围60A～80A，焊接电压为10V～11V，焊接速度为20mm/min～40mm/min；

对于小尺寸阀门，焊接电流选择范围内小值，焊接速度选择范围内小值；对于大尺寸阀门，焊接电流选用范围内中间值或高值，焊接速度选择范围内中间值或高值；

在焊接过程中，控制焊接热输入量为1.2kJ/mm～2.0kJ/mm，所述焊接热输入量与所述唇焊焊缝所在阀门的外径比值为17～23。

2.根据权利要求1所述的阀门唇焊缺陷修复方法，其特征在于，步骤S2中，加强焊接形成至少一道加强焊缝。

3.根据权利要求2所述的阀门唇焊缺陷修复方法，其特征在于，步骤S2中，加强焊接形成两道或以上的加强焊缝；所述加强焊缝的收弧位置覆盖起弧位置至少15mm。

4.根据权利要求1所述的阀门唇焊缺陷修复方法，其特征在于，步骤S2中，加强焊接形成的加强焊缝边缘与所述唇焊焊缝所在的阀门表面形成圆滑过渡。

5.根据权利要求4所述的阀门唇焊缺陷修复方法，其特征在于，步骤S2中，加强焊接形成的加强焊缝边缘与所述唇焊焊缝所在的阀门表面之间的过渡斜角≤30°。

6.根据权利要求1‑5任一项所述的阀门唇焊缺陷修复方法，其特征在于，步骤S0还包括以下步骤：S0.4、唇焊力学建模评估。

7.根据权利要求1‑5任一项所述的阀门唇焊缺陷修复方法，其特征在于，所述阀门唇焊缺陷修复方法还包括以下步骤：S3、对加强焊接形成的加强焊缝进行无损检验。

说明书

阀门唇焊缺陷修复方法

技术领域

[0001] 本发明涉及阀门焊接修复技术领域，尤其涉及一种阀门唇焊缺陷修复方法。

背景技术

[0002] 在阀门设计中，阀门阀盖与阀体通过螺纹连接在一起，承受主要载荷。在两者的密封面的端部有一条唇焊焊缝，主要起密封作用，也称密封焊缝。

[0003] 核电厂管道系统中大量阀门都采用上述的唇焊焊缝结构，该焊缝采用无或有填充金属的手工氩弧焊(TIG)进行焊接，由于该处唇焊焊缝厚度较薄、焊缝根部存在间隙、焊接冷却速度快等特点，如果焊接操作不当、焊接参数范围过大，往往易产生焊缝根部的裂纹和未焊透等缺陷，也会出现焊缝硬度过高，存在淬硬组织的情况。依据RCC‑M规范要求，对于唇焊焊缝，只需对待焊表面和完工焊缝表面进行液体渗透检验，无体积检验要求(受限于结构、尺寸，实际制造时无法实施体积检验)，而液体渗透检验无法检出焊缝根部和内部的缺陷情况，如果焊接过程控制不当，焊缝根部很容易产生裂纹、未熔合等缺陷，焊缝及热影响区可能出现淬硬组织，成为焊缝失效源。

[0004] 目前各个核电厂机组在运行和维修阶段，都出现了不同程度的阀门唇焊泄漏情况，在通过根本原因分析排查后，大部分泄漏产生的原因都是由于原始焊缝根部存在焊接缺陷或原始焊缝存在淬硬组织从而导致性能下降，在长期服役下，从焊缝根部逐渐开裂，导致泄漏。而在电站运行阶段发生泄漏，将严重影响电厂的安全运行，造成不可估量的后果，亟需进行维修处理。

[0005] 由于该结构普遍用于电厂各系统的阀门结构，短期内难以采用其他结构形式进行大规模替代，因此，有必要针对阀门唇焊焊缝开发高效的预防性维修方法修复焊缝组织缺陷。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的阀门唇焊缺陷修复方法。

[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种阀门唇焊缺陷修复方法，包括以下步骤：

[0008] S1、对唇焊需要进行修复的阀门进行预热处理，使其温度保持在60‑80℃；

[0009] S2、以实芯碳钢焊丝作为焊接材料，采用TIG焊接方法在唇焊焊缝上进行加强焊接；

[0010] 在焊接过程中，控制焊接热输入量为1.2kJ/mm～2.0kJ/mm，所述焊接热输入量与所述唇焊焊缝所在阀门的外径比值为17～23。

[0011] 优选地，步骤S2中，焊接电流为60A～80A，焊接电压为10V～11V，焊接速度为20mm/min～40mm/min。

[0012] 优选地，步骤S2中，加强焊接形成至少一道加强焊缝。

[0013] 优选地，步骤S2中，加强焊接形成两道或以上的加强焊缝，所述加强焊缝的收弧位置覆盖起弧位置至少15mm。

[0014] 优选地，步骤S2中，加强焊接形成的加强焊缝边缘与所述唇焊焊缝所在的阀门表面形成圆滑过渡。

[0015] 优选地，步骤S2中，加强焊接形成的加强焊缝边缘与所述唇焊焊缝所在的阀门表面之间的过渡斜角≤30°。

[0016] 优选地，所述阀门唇焊缺陷修复方法在步骤S1之前还包括以下步骤：

[0017] S0、建模制定；

[0018] 步骤S0包括以下步骤：

[0019] S0.1、根据唇焊焊缝的原始尺寸数据、焊接工艺及参数，模拟仿真唇焊焊缝的焊接温度场，结合材料CCT曲线，对比不同焊接工艺及参数焊接后的马氏体组织占比；

[0020] S0.2、根据模拟仿真唇焊焊缝的焊接温度场分析，结合唇焊焊缝所在的阀门，确定焊接修复参数，通过建模验证马氏体占比变化；

[0021] S0.3、根据马氏体变化选择对应的焊接参数，进行模拟验证。

[0022] 优选地，步骤S0还包括以下步骤：

[0023] S0.4、唇焊力学建模评估。

[0024] 优选地，所述阀门唇焊缺陷修复方法还包括以下步骤：

[0025] S3、对加强焊接形成的加强焊缝进行无损检验。

[0026] 本发明的有益效果：有效改善阀门上原始唇焊焊缝组织性能，有效改善原始焊缝的淬硬组织，从而降低原始焊缝的硬度趋势；以加强焊修复进行，无需去除缺陷金属，减少现场打磨、研磨等工作量；对阀门及相关系统隔离排空要求不苛刻；加强焊对原始焊缝进行强化，加强焊后满足阀门设计工况要求；延长阀门使用寿命。

附图说明

[0027] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0028] 图1是本发明中阀门唇焊修复后的一实施例的结构示意图；

[0029] 图2是本发明中阀门唇焊修复后的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0030] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

[0031] 如图1、2所示，本发明的阀门唇焊缺陷修复方法，包括以下步骤：

[0032] S0、建模制定。

[0033] 根据所要修复的唇焊焊缝10进行建模、验证及制定等，以获得后续进行修复焊接的焊接方式及其参数等。

[0034] S1、对唇焊需要进行修复的阀门进行预热处理，使其温度保持在60‑80℃。

[0035] 预热的目的主要是有助于降低后续的焊后冷速，从而降低产生淬硬组织的风险。

[0036] 在预热处理之前，还对阀门上的唇焊焊缝10表面进行清污处理，清污处理可包括抛磨和清洗等。

[0037] S2、以实芯碳钢焊丝作为焊接材料，采用TIG焊接方法在唇焊焊缝10上进行加强焊接。

[0038] 其中，焊接材料可选ER‑70S系列。

[0039] 焊接参数如下：焊接电流为60A～80A，焊接电压为10V～11V，焊接速度为20mm/min～40mm/min。该种焊接速度为低焊速，对降低产生淬硬组织的风险作用明显。

[0040] 对于上述的焊接电流，具体选择根据阀门尺寸而定。例如，对于小尺寸阀门，焊接电流选择范围内小值，焊接速度选择范围内小值；对于大尺寸阀门，焊接电流选用范围内中间值或高值，焊接速度选择范围内中间值或高值。

[0041] 在焊接过程中，需要控制热输入，热输入过低会导致冷却速度快产生淬硬组织，热输入过高会导致塑性变形大，因此需要根据阀门外径进行匹配。在本实施例中，控制焊接热输入量为1.2kJ/mm～2.0kJ/mm，焊接热输入量与唇焊焊缝所在阀门的外径比值为17～23，降低产生淬硬组织的风险。

[0042] 加强焊接形成一道或以上的加强焊缝20。加强焊缝20接近原焊缝(唇焊焊缝10)熔深，以达到改变所有原焊缝的淬硬组织的目的。图1示出了加强焊接形成一道加强焊缝20的结构示意图，图2示出了加强焊接形成两道加强焊缝20的结构示意图。

[0043] 对于加强焊接形成两道或以上的加强焊缝20，加强焊缝20的收弧位置覆盖起弧位置至少15mm。

[0044] 进一步优选地，加强焊接形成两道加强焊缝20。其中，第一道加强焊缝20对原焊缝起到回火改善淬硬组织的作用，同时焊完后维持工件温度在60‑80℃，相当于第二道加强缝有预热；第二道加强焊缝20再次对原焊缝和第一道加强焊缝20起到回火作用。

[0045] 此外，加强焊接形成的加强焊缝20边缘与唇焊焊缝10所在的阀门表面形成圆滑过渡。优选地，加强焊接形成的加强焊缝20边缘与唇焊焊缝10所在的阀门表面之间的过渡斜角≤30°。

[0046] S3、检验及测试。

[0047] 对步骤S2完成的加强焊缝20进行无损检验。无损检验包括：目视检验；液体渗透检验；非接触耦合超声波检验。上述无损检验结果应满足验收要求。

[0048] 焊接后测量尺寸，应满足设计要求。

[0049] 进一步地，结合焊接后的尺寸信息，对加强焊缝20进行结构完整性分析(应力分析、疲劳分析)，分析评价结果应满足设计要求。

[0050] 另外，对于上述的无损检验：在加强焊接之前，对待焊表面(即唇焊焊缝10表面)也进行目视检验；在加强焊接之前、加强焊过程中也分别进行液体渗透检验；上述检验结果应满足验收要求。

[0051] 进一步地，本发明中，对于步骤S0的建模制定，具体可包括以下步骤：

[0052] S0.1、唇焊焊缝组织建模预测。

[0053] 根据唇焊焊缝10的原始尺寸数据、原焊接工艺及参数、无损检测报告等，对唇焊焊缝10进行无损检测，获得缺陷相关信息。通过SYSWELD软件，模拟仿真唇焊焊缝的焊接温度场，结合材料CCT曲线，对比不同焊接热输入的焊接后的马氏体组织占比，其中焊速对热输入的贡献更明显。

[0054] 例如，根据不同建模的模型(分为A(大电流高焊速)、B(小电流低焊速)、C(B基础上适度提高热输入))，预测唇焊焊缝的马氏体组织占比如下表1。

[0055] 表1

[0056]

[0057] S0.2、加强焊修复焊接工艺设计及建模验证。

[0058] 根据模拟仿真唇焊焊缝的焊接温度场分析，结合唇焊焊缝所在的阀门，确定焊接修复工艺参数，通过建模验证马氏体占比变化。

[0059] 焊接修复参数包括焊接电流范围、焊接速度、预热等。拟试验验证的A/B/C模型加强焊焊接修复参数见表2，B/C模型马氏体组织占比改变见表3。

[0060] 表2

[0061]

[0062] 表3

[0063] 模型 大于10％ 大于20％ 大于30％ 大于40％B 31.9％ 20.8％ 13.9％ 4.5％
B+预热 22％ 11％ 6.6％ 0
C 12.5％ 5.5％ 1.7％ 0
C+预热 6.9％ 2.2％ 0 0

[0064] S0.3、根据马氏体变化选择对应的焊接工艺及参数，进行模拟验证。

[0065] 根据SYSWELD软件建模分析结论：焊后大概率会产生马氏体，马氏体含量与选用的焊接工艺有关，降低速度、增大热输入和适当预热都是降低马氏体含量的有效手段。据此制定新工艺开展模拟验证试验：从单道焊/双道焊、慢焊速/高焊速、热输入、阀门质量等影响焊后组织的多个维度，优选能够获得希望的焊缝金相组织的组合，设定焊速超45mm/min为高速，45‑30mm/min为中速，低于30mm/min为慢速。结果如下表4，验证采取中慢速得到的淬硬焊缝组织比较少，应作为实际焊接的优选，与建模分析的结论基本一致。

[0066] 表4.焊接工艺参数对比优选表

[0067]

[0068]

[0069] S0.4、唇焊力学建模评估，评估结果为只要焊缝组织正常，阀门唇焊缝寿期内不会扩展开裂。

[0070] 采用ANSYS 12.1建模进行应力场计算，焊缝厚度取1.5mm，从阀体、阀盖及焊缝形成的类裂纹尖端向各方向选定11条评定路径。评估结果：不会发生过度变形；阀门体盖结合面形成类裂纹(Crack‑like discontinuity)，评估结果疲劳累积使用系数均远小于1，不会发生疲劳裂纹启裂，即使考虑存在0.5mm未熔合缺陷，寿期内循环之后裂纹扩展量小，为0.0002mm，疲劳裂纹扩展不会贯穿焊缝。

[0071] 本发明的阀门唇焊缺陷修复方法中，焊接优选手工氩弧焊(TIG)。相比于自动氩弧焊，手工氩弧焊在核电工程有着普遍的应用，其最重大的优势是灵活方便，覆盖性强，在有效解决人为因素对焊接质量影响的前提下，TIG是阀门唇焊加强焊的首选焊接工艺。

[0072] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。