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摘  要：项目是防冲击波阀阀芯的焊接，从使用防冲击波阀阀芯的意义出发，结合某核电站实际情况，首先分析了焊接所用母材的特点，考虑到以往进口防冲击阀阀芯焊缝成型较差、飞溅多的情况及国产自主化阀芯的结构，决定采用低氢型且不产生焊渣、飞溅等有害物质的钨极氩弧焊，然后讨论了焊接工艺的设计与应用，内容主要涉及焊接工艺评定、焊接流程两部分，其中，焊接流程又分析阀芯框架、阀叶及叶片挡板，最后项目取得了理想成果，希望为有关从业人员提供帮助。

关键词：防冲击波阀阀芯；焊接技术；钨极氩弧焊

引言

随着核电清洁能源技术的发展，核电站项目越来越多，如何对核电站关键技术设备做出升级调整变得十分重要。防冲击波阀阀芯是核电站项目的重要组成部分，用于维护核电站运行安全，预防发生危险泄露事故，现阶段，阀芯的焊接应用成为核电站人员关注的焦点，为更好提升阀芯焊接水平，需要对焊接所用母材的特点进行分析，选择相匹配的焊接材料并对其进行质量控制，使用钨极氩弧焊技术方案，可以确保焊接技术达到项目要求。本文主要研究了阀芯的焊接措施，对焊工、焊接工艺与设备进行了详细说明，同时做好焊接前准备、角度设计与试件测试，在此基础上，完成焊接流程工艺优化。基于对阀芯焊接技术的科学研究与应用，可以更好地实现阀芯性能升级，对维护核电站阀芯项目使用安全性产生极为深远的影响。

1 项目概况

日前，某核电站按照推进核电装备国产化的发展战略首次采用国产自主化防冲击波阀阀芯。防冲击波阀阀芯主要安装在核电站通风系统进风口及排风口处，在核电站出现冲击波的情况下，迅速关闭，保证厂房和外界环境的有效隔离，从而避免造成人员伤害或设备损坏。通常具有特殊的结构和材料。作为首个使用我国自主研发核电领域专用防冲击波阀阀芯的项目，本项目的现实意义和社会价值不言而喻。部分防冲击波阀阀芯的质保等级要求为最高级别的QA1，要想使防冲击波阀阀芯的作用得到充分发挥，根据实际情况制定科学的焊接技术方案至关重要。

2 材料分析

2.1 焊接所用母材特点

焊接所用母材为022Crl7Ni12Mo2钢板，此类钢具有良好的综合性能，在耐腐蚀性、塑性和韧性方面的表现优于市面主流钢材，但由于其线膨胀系数高且热导率偏低，因此，焊接接头极易在冷却时产生拉应力，进而出现腐蚀开裂、变形或是热裂纹[1]。NB/T20002.3-2013明确规定，022Crl7Ni12Mo2材质焊接工艺评定不仅要针对评定焊接工艺所使用试件展开常规的拉伸试验和弯曲试验，还要分析试件熔敷金属的化学成分、δ铁素体含量，并且按照规定完成试件的宏观及微观金相检验，以免由于焊接热输入不合理等因素，致使试件熔敷金属的δ铁素体含量不达标。分析试件熔敷金属δ铁素体含量的原因是，δ铁素体有利于防止热裂纹，少量铁素体可提高焊接接头的耐腐蚀性能，尤其是晶间腐蚀和应力腐蚀；但也会产生不利影响，易导致产生脆化相，降低材料韧性，过高的铁素体会造成奥氏体抗点腐蚀和特殊介质中的腐蚀性能下降。

2.2 钨极氩弧焊

在了解焊接所用母材特点及以往进口阀芯焊缝成型较差、飞溅多的情况后，有关人员决定采用钨极氩弧焊完成焊接工作。钨极氩弧焊具有能量相对集中和热输入小的特点，氩气是惰性气体，因此其既能够为高温金属提供保护，又可以以起到冷却作用，由此达到提高焊缝的抗裂能力及减少焊接变形的目的[2]。另外，该项技术的优点还体现在以下方面：第一，不会产生飞溅、焊渣及其他有害物质，减小了后续产品清理及焊接场地清洁的工作量。第二，阀芯焊接接头处钢板较薄，最厚为4mm，最薄为2mm，焊缝长度较短、分布位置多，采用钨极氩弧焊经济性上也能满足预期要求。第三，焊接综合成本低，能够增加公司的效益，对公司今后的发展有重大意义。钨极氩弧焊所使用焊丝应当满足NB/T20002.2-2013和NB/T20009.7-2012规定的要求，阀芯母材是022Crl7Ni12Mo2，以标准要求、阀芯结构及焊工习惯为依据，对比市面现有焊丝，最终决定使用外径为2mm的ER316L直条焊丝，并保证保护氩气纯度在99.99%或是99.99%以上。

3 焊接工艺设计及应用

3.1 焊接工艺评定

3.1.1 焊接前准备

焊接前，需要完成以下几项准备工作：检查阀芯的表面是否有损坏或腐蚀，确保表面光洁；检查焊接设备，确保设备正常运转，焊接电源稳定。选择适合阀芯材质的焊接材料，保证所选择焊接材料的质量符合要求。用清洁剂或溶剂清洁阀芯表面，去除油污、灰尘等杂质，确保焊接区域干净。根据阀芯材质、焊接要求，调整焊接设备的电流、电压、焊接速度等参数。确定阀芯的焊接位置，确保易于获得符合要求的焊缝及焊接操作的便捷性。使用适当的夹具将阀芯固定在焊接位置，防止在焊接过程中移动或晃动。

3.1.2 焊接角度设计

角焊缝的特点决定了除保护气体、焊接电流、焊接速度和焊接电压外，焊接角度同样会影响角焊缝的焊接效果。经过反复试验，最终确定了更利于角焊缝焊透的焊接角度，如图1所示：

3.1.3 试件测试

为了避免焊工技能水平对焊接工艺评定造成影响，委托技能水平突出、工作经验丰富的焊工，严格按照上述工艺对试件进行焊接。试件焊接完成后，对于采用对接焊缝的焊接工艺评定试件，依次展开：目视检测、液体渗透检测、射线检测、拉伸试验、弯曲试验、宏观及微观金相检验、化学成分检测、δ铁素体含量检测，试件顺利通过上述检测，结果均为“合格”[3]。随后，对角焊缝焊接工艺评定试件，展开：目视检测、液体渗透检测、宏观及微观金相检验，结果同样为“合格”。

3.2 焊接流程

产品主要用于通风系统的进风口、排风口，在核电站内产生冲击波的第一时间关闭，将外界环境与厂房隔离，避免出现设备损坏、人员受伤的情况。

3.2.1 阀芯框架

对防冲击波阀阀芯而言，阀芯框架通常作为主要支撑结构，负责固定和支撑阀芯内部的阀叶和其他关键组件。阀芯框架由022Crl7Ni12Mo2钢板制成，有足够的强度和刚度，能够承受阀芯操作时的压力和冲击力，并确保阀芯的稳定性和可靠性。其作用包括：支撑和固定阀叶，确保阀叶在阀芯操作时正常工作，减少阀叶的变形和损坏。固定传动杆、立柱等关键组件，确保上述组件在阀芯操作时能够正确地配合和运动。承受冲击波的冲击，保证阀芯的稳定性和可靠性。提高阀芯的使用寿命，确保阀芯在长期运行中保持良好的性能。本项目所讨论产品的框架组件如图2所示：

该组件包括两只相同的框架，需要承载阀芯自重，对其进行高质量焊接的重要性不言而喻。焊接流程为：焊接前，先清理焊接接头及接头四周，保证接头附近20mm内不存在油污及其他杂质。以设计图纸所提出要求为依据，基于不锈钢平台对框架进行快速组装。焊工根据焊接工艺规程，先焊接框架内侧角焊缝，保证焊接位置、焊接角度均符合要求。随后焊接框架外侧对接焊缝，由于该焊缝的结构为I型双面焊，与常规结构有所不同，鉴于此，需要先完成内焊缝的焊接，手持砂轮片、不锈钢的钢丝刷仔细清理背面焊缝，再着手焊接外焊缝。考虑到组装阀芯时，需要用专用螺栓连接两个规格相同的框架，此外，阀芯框架也要通过螺栓与安装框架相连接，因此，要保证框架的接触面光滑平整，为满足该要求，需对框架I型双面焊的外焊缝做打磨处理，使外焊缝与母材齐平。最后一步，焊接框架外侧角焊缝。焊接完成24小时后，按照NB/T20003.4-2010的要求对框架所有焊缝进行液体渗透检测。

3.2.2 阀叶

阀叶是阀芯的组成部分，通常位于阀芯内部，由022Crl7Ni12Mo2钢板钢板制成，具有特定的形状和结构，当出现冲击波的情况下，阀叶迅速关闭阻挡冲击波，冲击波过后阀叶自动复位。阀叶包括叶片和叶片支撑件，其中，叶片是阀叶的主体部分，其形状和尺寸会根据阀芯的设计和工作要求而有所不同，叶片支撑件按图纸要求焊在叶片上，起到固定、支撑轴的作用[4]。本项目中，阀叶如图3所示；阀叶焊接图如图4所示；焊缝布置图如图5所示：

焊接阀叶的流程如下：焊接前，先用砂轮片、不锈钢的钢丝刷仔细清理焊缝，随后，由专业焊工以不锈钢平台为载体，严格按照工艺规程分别焊接阀叶两端的角焊缝，焊接角焊缝过程中，始终保持规定的焊接位置和焊接角度。在此基础上，按照焊接工艺规程对叶片支撑件和叶片之间的角焊缝进行焊接，焊接角焊缝时，同样要严格控制焊接位置和焊接角度，并保证叶片支撑件所在位置与设计图纸所标出位置相符。待上述工作告一段落，便可对焊缝进行目视检测，如发现问题，按返修工艺处理。

3.2.3 叶片挡板

叶片挡板如图6所示：

叶片挡板是防冲击波阀的重要装置，保证冲击波发生时阀叶的关闭角度能符合设计要求，焊接时，要保证操作步骤正确、质量符合要求，只有这样才能使叶片挡板的使用效果和寿命达到理想水平。焊接叶片挡板的步骤为：清洁并检查叶片挡板，确保表面没有油污、氧化物等杂质，准备焊接设备和焊接材料。将叶片挡板定位到图纸规定的焊接位置。调试、预热焊接设备，根据焊接要求，选择合适的焊接参数。正式开始焊接前，要先按工艺要求去除焊接接头及其周围的油、锈、污等杂物，焊接过程中严格控制焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接位置、焊接角度等影响焊接质量的要素，完成焊接后，按NB/T20003.7-2010的规定对叶片挡板焊缝进行目视检查，如有不良焊缝或缺陷，应及时按工艺要求修理。将焊接过程中的各项数据和检验结果存档，以备日后查阅。

4 结语

本文基于防冲击波阀阀芯焊接问题，就焊接所用母材、焊接材料、工艺的设计与应用展开分析，最终经过采用钨极氩弧焊、设计焊接角度、测试试件等技术手段的应用，证明了设计方案的有效性，在保证焊接效果符合要求的前提下，提高了焊接效率。基于此证明了焊接防冲击波阀阀芯的重点有三个，分别是阀芯框架、阀叶还有叶片挡板，并针对不同组件的焊接工作提出了切实可行的建议。综上所述，本文根据项目要求，结合公司实际情况，制定了对防冲击波阀阀芯进行高质量焊接的技术方案，对同类型项目的开展有指导价值。

参考文献：

[1]夏国顶.全焊接管线球阀的阀体主焊缝焊接工艺优化[J].流体测量与控制，2021，2（03）：51-54+62.

[2]闫欣，殷木良，骆成汉，等.爆炸冲击波隔离防护装置的试验及研究[J].舰船科学技术，2021，43（09）：16-19.

[3]金克雨，张海兰，金卡迪，等.全焊接管线球阀锥状阀体的应力分析与强度设计[J].科技与创新，2021，（09）：12-13+15.

作者简介：黄孝洲，男，汉族，1989.02-，江苏如皋人，本科，工程师，研究方向：焊接工艺