摘要：在核电设备的众多组成部分中，“核电阀门”可谓是关键部件之一，“核电阀门”的安全使用以及寿命长短同其密封面的材料和焊接技术有着直接的关系。实践表明，对于“核电阀门”的使用寿命的延长上，所选材料以及堆焊层，都与其密不可分。而在堆焊层的质量和性能上的好坏，除了堆焊材料的选取外，还同焊接技术有关。在此基础上，本文探析了“核级阀门”密封面材料与焊接技术，介绍了包括钻基材料、铁基材料、镍基材料及其焊接方法。以期在今后的工作中，对不同条件下，为了匹配不同的工况，而采取不同的材料和焊接技术提供一定的参考。
关键词：核级阀门；密封面；焊接
引言
不断发展的核电技术，使得“核电阀门”在应用上，范围也是越来越广。作为影响“核电阀门”的质量的关键因素之一，密封面的好坏同“核电阀门”的使用寿命有着直接的关系。而在使用“核电阀门”的过程中，由于需要经常的开关阀门，使得密封面不可避免的互相剪切、摩擦和挤压，并且在流体压力下，受到不断的冲刷以及各种因素导致的腐蚀，使得“核电阀门”的密封面极易受损[1]。
为了进一步的提升密封面的使用寿命，延长“核电阀门”的使用时间，除了选取其当的材料制造密封面外，在密封面出进行一层特殊性能的合金堆焊层，也可以有效提高密封面的使用寿命，进一步的增强密封面的使用性能，对于提升密封面的耐腐蚀、耐磨损以及耐高温都有重要的作用。可以说是目前最合适的方式[2]。
1 阀门密封面的常用堆焊材料
在常用的“核电阀门”密封面的堆焊材料中，主要包括以下三大类：钻基材料、铁基材料、镍基材料。上述三种合金材料，相比其他的材料，更加的耐腐蚀、耐冲刷以及耐磨损，并且具备极高的抗高温性能，能够满足目前“核级阀门”密封面的堆焊要求，是目前“核电阀门”行业普遍认可的主要材料。其中：
“钴基合金”也被叫做“司太立合金”。该合金材料是在苏联从美国引进后，传入到我国的，时间在上个世纪50年代左右，因此，这种材料在我国的应用时间超过了半个世纪。由于六方密排的晶体结构，使得钴基合金具备较好的耐磨性，并且可以通过其中C和W的含量调整，而改变材料的硬度和韧性，使得材料的用途更加的广泛[3]。
“铁基合金”就使用量而言是当前“核级阀门”密封面堆焊层材料中最大的一种。一方面是由于其低廉的价格造成的，另一方面也是由于“铁基合金”通过调整成分，能够进行合金的强度、人性、耐腐蚀、耐磨损、耐冲击的性能的改变，从而扩大了“铁基合金”的使用范围[4]。
“镍基合金”是对镍为基的自熔合金的统称。这种合金具备较好的流动性能，并且具备较低的熔点。不同于“铁基合金”的低廉价格，通常的“镍基合金”一般来说价格都是颇高的。当然，与价格相对，“镍基合金”的耐腐蚀、耐高热、耐磨损以及抗氧化性能都比较好，但在韧性上表现一般[5]。
2 阀门密封面的常用堆焊方法
手工弧焊操作方便，使用的设备成本低，比较简单，适合各种场合焊接，也可以在任何地点焊接。焊条可以用来获得所需的焊接合金。因此，使用手工弧焊也是最重要的焊接方法之一。
钨电极氩弧焊是一种电极非熔融加焊方式，一般用于具有下降特性的直流电源。氩气是一种具有良好的保护性能的惰性气体，能有效防止合金元素的燃烧和氧化。为了获得高质量的焊接层，应严格控制焊接电流、焊接速度、送丝速度和焊接枪摆动。采用直流正连接法，可以减少钨渗。在焊接过程中，通过控制熔池在焊接过程结束时的凝固速度和电流衰减，可以有效减小缩孔。
氧乙炔火焰是一种用于表面的多用途热源。其火焰温度低，可调节火焰能量速率。焊接时，熔化深度较浅，基体金属熔化量小，因此可以得到极低的稀释率。焊接层很薄，表面质量好，表面光滑美观，使用的设备简单，随时流动，成本低。因此，它在一定程度上得到了广泛的应用，特别是在中小工件焊接时。
等离子弧焊属于高能密度焊接。采用氩等离子体弧作为高温热源和合金粉末作为金属填充的表面熔合合金是一种新技术。它是一种新的表面硬化和材料保护方法。粉末等离子弧焊是一种以等离子弧为热源，粉末合金为填充金属的焊接工艺。氩气作为离子气体、粉末气体和表面保护气。通过调整工艺参数，控制热向工件的过渡，可以得到一个熔深浅、稀释率低、成形光滑的高质量的覆层。
3 ASME 标准下的工艺评定
在ASME标准下，规定了每一种焊接方法所需要的焊接变素，包括能够影响到焊接的性能变化的“重要因素”以及不会影响到焊接性能变化的“非重要因素”。如果是“重要因素”，则需要对焊接进行重新的评定，如果是“非重要因素”，则不需要对焊接进行重新评定[6]。
表1 表面加硬层工艺评定厚度范围和试样
表2 焊接工艺参数
4 结论
综上所述，本文主要讨论的是核级阀门密封面材料与焊接技术的匹配。主要介绍了当前能够应用于“核级阀门”的封面材料及其焊接技术。依据 ASME 标准，现结论如下：
在“核级阀门”的密封面堆焊层上，由于所追求的功能以及需要不同，可以就钴基合金、进行适当的选择，但是就实际应用而言，刨除价格因素，钴基合金比起铁基合金和镍基合金，无论是耐腐蚀、耐磨损、耐高温、耐冲刷还是抗氧化性以及红硬性上，都远远高于其他材料，所以，哪怕钴基合金本身尚有一些不足，但瑕不掩瑜，在“核级阀门”的密封面堆焊层的材料选择上，钴基合金依旧是首选。
本文介绍的堆焊方法中，涵盖了当前最为主流的集中手段，包括工电弧堆焊、钨极氩弧堆焊、氧-乙炔堆焊和等离子堆焊等。在实践中，可以选择合适的焊接方法，依照ASME 标准进行匹配。
参考文献
[1]谭勇,薛敬凯,何子昂,罗绪珍,王成林.基于自动脉冲TIG焊的核级阀门管道焊接工艺[J].电焊机,2017,47(08):109-113.
[2]谭术洋. 核级阀门故障分析及可靠性改进[A]. .中国核动力研究设计院科学技术年报（2012）[C].:中国核学会,2014:3.
[3]程道喜. 核级阀门功能鉴定流体阻断试验台架建成[A]. .中国原子能科学研究院年报 2013[C].:中国核学会,2014:1.
[4]李琦,李朋洲,杜建勇,李天勇,孙磊,李鹏飞.核级阀门抗震鉴定试验方法探讨[J].核动力工程,2016,37(S2):58-61.
[5]田冬青,高润生,焦殿辉,杨丽丽,陈鹏.核安全1级阀门典型违规事件分析[J].核安全,2014,13(03):56-61.
[6]郭海宽,蔡琦,赵新文,张永发.核级阀门故障概率的时变性研究[J].核动力工程,2016,37(02):111-115.
论文作者:王安宁
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第33期
论文发表时间:2019/3/8
标签：合金论文; 阀门论文; 核电论文; 材料论文; 基材论文; 性能论文; 是一种论文; 《建筑学研究前沿》2018年第33期论文;