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截止阀是核电厂广泛使用的一种阀门。它的主要作用是开启或关闭介质的流通通道，所以在工作中常处于全开或全关状态。在电厂管道系统中主要安装在直径≤100mm的高温高压汽、水管道上。小口径的截止阀有时也可以作调节流量使用。
截止阀由阀体、阀盖、阀盖密封垫、阀杆、手轮、丝母、手轮螺母、半月键、阀杆止旋块、填料法兰、填料压环、填料组、填料吹扫孔、阀瓣组成。
截止阀工作原理为：旋转手轮，使螺纹导套转动，防转块限制了阀杆转动，因此手轮的旋转运动就转变为阀杆的上下直线运动；依靠阀杆压力，使阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合，阻止介质流通。
截止阀阀瓣密封面的形状有平面和球面两种。口径较大的截止阀，大都采用平面密封面。大口径的截止阀在使用中开、关较费力，常用电动头操作。口径较小的截止阀阀瓣通常采用球形或锥形密封面。
截止阀的结构特点有：截止阀的的阀瓣平直的移动于阀座上，阀瓣的这种移动形式，使阀座通口的变化与阀瓣行程成正比关系，非常实用于对流量的调节；截止阀阀瓣在运动时与阀座的摩擦力可以很小甚至没有，所以密封能力很高，适用于需要频繁开启的场合；由于阀瓣对阀座是金属密封，所以能满足高温度、高压差的要求；介质流动的方向一般从阀瓣下部进入，因此截止阀的安装是有方向要求的，装反了会造成开关困难、填料泄漏增加等故障。
截止阀常见故障类型有：阀门开关操作时用力太大和过猛；阀体与阀盖的结合面泄漏；填料泄漏；阀门关闭不严（内漏）等。
截止阀阀瓣的母体金属为A42AP材料，堆焊密封面采用钨极氩弧焊，用钴铬钨硬质合金焊丝（Co106）堆焊而成，堆焊3层，焊后硬度为HRC38—44。由于氩弧焊焊接工艺具有再现性强，焊接质量稳定，焊缝成形好的特点，在焊接作业中得到了广泛应用。
由于在焊接过程中存在焊接工艺不当、热处理工艺不当、焊工操作水平低、环境因素的影响，导致焊缝出现裂纹、气孔的几率较大，下面分析出现裂纹和气孔的主要原因。
阀瓣堆焊密封面出现裂纹的原因：
焊材表面污染；焊材吸湿；木材及其填充金属内含有较多杂质和油污；阀体焊接部位刚性大；焊后热处理工艺选用不当，堆焊过程中温度下降严重，焊后没有立即进行退火处理，冷却速度快，母体材料淬火倾向大等。裂纹可能出现在堆焊过程中，也可能出现在焊后一段时间内。钴基金属堆焊中产生裂纹的主要原因是阀体材料刚性大，在焊接过程中，电弧形成熔池，向焊接部位不断熔化、加热，而焊后温度又快速下降，熔化后的金属快速凝固形成焊缝。如果预热温度低，焊层温度下降必然很快，在这种情况下，焊层的收缩率快于阀体的收缩率，在应力作用下很快使堆焊层与母材形成内拉应力，将堆焊层拉裂，出现裂纹。裂纹有弧坑裂纹和横向裂纹两种，钴基合金堆焊后容易出现裂纹。
防止阀瓣堆焊密封面出现裂纹的质量控制措施：
焊接裂纹严重影响焊接质量，是不允许产生和存在的，由于采用钴铬钨硬质合金焊丝（Co106）堆焊后急剧冷却易产生裂纹，所以在焊接过程中和焊后应注意以下几点：
1、为了避免堆焊裂纹和补偿堆焊层熔池稀释所引起的合金元素的降低并保证堆焊层的硬度，阀瓣堆焊层采用钴铬钨硬质合金焊丝（Co106）分三层堆焊，层间温度保持在50—100℃。
2、焊后加热和冷却速度应采取措施保证整个阀瓣温度一致，避免阀瓣加热室外热里冷，冷却时外冷里热，导致阀瓣堆焊层产生裂纹；
3、阀瓣堆焊后要进行焊后消除应力热处理，改善机械加工性能和硬度，通常采用在600—650℃保温3--5小时，冷却速度保证足够缓慢，刚开始以25—50℃/小时的速度降温，低于500℃时，可以50—100℃/小时的速度降温或用石棉覆盖保温，或埋入石灰池保温；
4、由于堆焊金属（Co106）熔点较低，熔渣流动性好，所以堆焊时采用小电流。短弧堆焊时，一般控制弧长4mm左右，采用焊条直径为φ4mm时，堆焊电流采用100—180A比较好；
5、为了保证堆焊质量，堆焊层数不得小于2层，要求为3层，堆焊层总高不小于3mm，堆焊层加工完成后的厚度为1.7---2mm。
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6、根据不同的焊接材料，严格的按照焊接工艺规程进行操作，特别注意焊接过程中焊接层间温度为50—100℃，检查合格后在进行下一层焊接。
7、焊后应立即进行消除应力热处理，炉子温度应不低于焊接层间温度，对于线膨胀系数相差较大的材料，例如焊接母材为奥氏体不锈钢时，炉子升温速度应足够的缓慢，防止堆焊合金在热应力下开裂；
8、采取工艺措施防止堆焊层开裂，如焊接前在阀瓣尖部焊接工艺柱，保证阀瓣堆焊部位加热、冷却速度保持一致，避免拉应力产生裂纹。
阀瓣堆焊密封面出现气孔的原因：
气孔是焊接熔池中气体来不及溢出而停留在焊缝中形成的孔眼，形成气孔的气体，有的是原来熔解母材金属和焊材钢丝中的气体；有的是焊件表面上的油污、污垢等杂质在高温后分解产生的；也有部分来自大气中。
防止阀瓣堆焊密封面出现堆焊气孔的质量控制措施：
1、氩弧焊对油、锈、水非常敏感，焊接时极易产生气孔。因此应保证焊接材料表面的清洁度要求，焊接前彻底清除焊材表面的污物和氧化皮。
2、焊接操作时，电弧拉的过长，焊丝质量较差，都会使电弧保护不良、空气侵入，都会形成气孔；
3、堆焊时引弧动作应熟练，多次引弧、断弧极易产生气孔。引弧后对将电弧稍微拉长，对引弧处进行预热并形成熔池，然后开始正常焊接。
4、焊接中使用的氩气纯度对焊接质量有很大影响，氩气中的水分、氧气、二氧化碳、氢气等杂质含量超过规定时，会使焊接不稳定，焊接力学性能下降，焊接面气孔增多、焊层成型恶化等，经验证，氩气纯度为99.999%时可以满足使用要求；
5、氩气流量的大小是获得优质焊缝的关键。当氩气流量太大时，不仅浪费氩气，而且会产生紊流，将空气卷入保护区，降低保护效果，导致电弧不稳，焊缝产生气孔。反之，氩气流量过小时，保护气体数量不足，排除周围空气的能力弱，空气容易侵入熔池，保护效果变差，也易使焊缝产生气孔。因此应选择合适的氩气流量。
6、填充焊丝送入熔池的速度不能过快过猛，防止将空气带入熔池，产生气孔。
7、焊工焊接操作熟练程度是防止气孔产生的重要因素。焊枪、焊丝、工件之间必须保持正确的位置和相对角度，动作要协调配合，施焊时电弧要平稳，地阿虎的高度必须要均匀一致，引燃电弧后，当调整焊枪角度时，要保持电枪电弧长度不变，严禁忽高忽低，防止气体瞬间进入熔池产生气孔。
焊后堆焊层质量检查，包括目视检查和液体渗透检查。
1、目视检查：
堆焊层表面不得有横向裂纹、气孔、凹陷、弧坑裂纹、杂质等缺陷。
按照图纸要求检查堆焊层高度（应留有机加工余量），对于堆焊层成型不良，焊缝表面颜色不一，加工余量不足的应该返工或返修处理。
堆焊层机加工后，密封面不得有裂纹和影响密封性能的气孔、夹渣、花斑等缺陷，加工后的密封面厚度不得低于2mm（不包括过渡层厚度）。
2、液体渗透探伤检查：
堆焊层磨削加工后，有液体渗透检测法检查堆焊层是否有裂纹、夹渣、疏松等缺陷。
经渗透探伤后需要返修的零件，先要把缺陷部位车削掉或用砂轮打磨掉，并按照规定要求打磨到一定深度，在进行液体渗透探伤，直至缺陷完全消除为止，然后按照规定的工艺要求进行预热、焊补、热处理。
通过焊接实践证明，只要运用正确的焊接工艺、热处理工艺，拥有熟练的操作技巧，就可以有效的控制裂纹、气孔等焊接缺陷，保证焊接质量符合规定要求。
参考文献
[1]Q/CNPE.J103.14-2009 奥氏体不锈钢焊接工艺评定
[2]Q/CNPE.J103.25-2009 奥氏体不锈钢焊接
论文作者:李书元
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年15期
论文发表时间:2019/10/29
标签：裂纹论文; 气孔论文; 截止阀论文; 熔池论文; 电弧论文; 焊丝论文; 温度论文; 《建筑学研究前沿》2019年15期论文;