任利杰

(中核蘇閥科技實(shí)業(yè)股份有限公司,江蘇蘇州 215129)

焊接臨時(shí)性附件解決核電對(duì)焊連接鑄鋼閥體的車(chē)削裝夾問(wèn)題

任利杰

(中核蘇閥科技實(shí)業(yè)股份有限公司,江蘇蘇州 215129)

通過(guò)合理使用RCC-M核電規(guī)范中的臨時(shí)性附件,焊接同材質(zhì)工藝壓緊塊,開(kāi)展工藝評(píng)定試驗(yàn),保證承壓鑄鋼性能,解決核電對(duì)焊連接鑄鋼閥體的車(chē)床加工的裝夾問(wèn)題。

焊接 臨時(shí)性附件 核電對(duì)焊連接鑄鋼閥門(mén) 車(chē)削加工

1 概述

核電對(duì)焊連接端鑄鋼閥門(mén)的閥體加工，通過(guò)有兩種加工方式。一種是用加工中心進(jìn)行加工，閥體裝夾方式為臥式裝夾，通道孔及中法蘭孔同時(shí)處于水平位置，用加工中心進(jìn)行鉆、鏜加工。另一種是用數(shù)控車(chē)床進(jìn)行加工，閥門(mén)兩對(duì)焊端增加工藝法蘭(如圖1)，通過(guò)裝夾工藝法蘭來(lái)進(jìn)行加工，裝夾方式為法蘭外圓定位、法蘭反面壓緊方式。

2 成本和效率分析

以DN250/PN100鑄鋼閥體為例，數(shù)控加工與車(chē)床加工的成本與效率分析見(jiàn)表1。從表1可以看出，采用數(shù)控機(jī)床的加工效率比加工中心要高，這是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的裝夾方式簡(jiǎn)單，且為車(chē)削加工；而加工中心的裝夾過(guò)程復(fù)雜，輔助時(shí)間長(zhǎng)，且為鉆鏜加工，鏜加工的方式?jīng)]有車(chē)削加工效率高。很明顯，對(duì)于閥類(lèi)等圓周回轉(zhuǎn)零件，車(chē)床加工效率優(yōu)于加工中心。

3 工藝法蘭方案的弊端

工藝法蘭方案是為了解決車(chē)床加工過(guò)程中的裝夾問(wèn)題，但工藝法蘭的存在會(huì)增加鑄鋼閥門(mén)的局部壁厚，在鑄造過(guò)程中存在熱節(jié)現(xiàn)象，不同壁厚之間存在收縮率的不同，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致鑄鋼熱節(jié)區(qū)域產(chǎn)生氣孔、縮松等內(nèi)部缺陷的概率增加，不利于產(chǎn)品質(zhì)量的保證；同時(shí)因工藝法蘭與閥體頸部存在厚度差不利于射線(xiàn)探傷，影響射線(xiàn)探傷的評(píng)片結(jié)果。

工藝法蘭方案還額外有鑄件重量的增加和最終去除工藝法蘭帶來(lái)的加工成本增加，這些都是無(wú)用的成本增加，顯然都是其弊端所在。

表1 DN250/PN100鑄鋼閥體的加工成本與效率對(duì)比表

表2 金相與力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

4 焊接臨時(shí)性附件

工藝法蘭方案有一系列的弊端，因此我們探討使用其它代替方案的可行性。首先想到的當(dāng)然是焊接一個(gè)工藝法蘭作為工藝裝夾方案。全圓周焊接工藝法蘭的焊接量很大，焊接變形和焊接熱影響的評(píng)估都非常困難，從車(chē)床的裝夾我們知道，工藝法蘭方案中受力的裝夾部位，其實(shí)只是3至4個(gè)部位，因此，我們就想到了僅焊接幾塊工藝壓緊塊的方案(見(jiàn)圖2)。

工藝壓緊塊是在閥體鑄造成形后再焊接在閥體上的，鑄造時(shí)熱節(jié)現(xiàn)象不復(fù)存在，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的保證非常有利；同時(shí)消除了閥體端部的厚度差，有效提高了射線(xiàn)探傷的評(píng)片質(zhì)量。

工藝壓緊塊的強(qiáng)度校核是力學(xué)上很輕松的內(nèi)容，此處不再贅述。

5 可行性分析

在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，驗(yàn)證替代方案“焊接工藝壓緊塊方案”的可行性，才能將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力，從而減少材料成本，提高產(chǎn)品加工效率。

焊接工藝塊本不是一個(gè)新鮮事物，其應(yīng)用歷史是伴隨著管道焊接施工的歷史同時(shí)存在的，在管道施工中，大量地采用了焊接這種臨時(shí)性附件(我們習(xí)慣稱(chēng)之為工藝塊)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)管道的吊運(yùn)、對(duì)正和焊接需要。

那么，在重要程度很高的核電閥門(mén)中，能不能焊接臨時(shí)性附件呢？我們查閱了核電標(biāo)準(zhǔn)，RCC-M規(guī)范中將焊接在管道上的這些附件分為永久性附件和臨時(shí)性?xún)煞N，在S7420中進(jìn)行了詳細(xì)的描述。我們焊接的工藝壓緊塊就是其中的臨時(shí)性附件，其作為閥門(mén)加工過(guò)程中的工藝需要而焊接在閥門(mén)上，在最后產(chǎn)品成形時(shí)去除。

長(zhǎng)期的管道施工應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和RCC-M規(guī)范的詳細(xì)規(guī)定使我們相信，只要采取規(guī)范的操作辦法，這些臨時(shí)性附件的使用將能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

6 工藝評(píng)定

為了使得工藝壓緊塊的焊接和焊后處理滿(mǎn)足RCC-M的要求并按規(guī)范方法操作，并嚴(yán)格保證產(chǎn)品質(zhì)量，我們通過(guò)對(duì)產(chǎn)品焊前、焊后的機(jī)械性能、外部和內(nèi)在材料質(zhì)量的檢查來(lái)檢驗(yàn)其可行性。

這些檢查的內(nèi)容包括：

(1)檢查焊后焊接區(qū)域材料的機(jī)械性能是否滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，這包括拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)。

表3 去除工藝壓緊塊區(qū)域的射線(xiàn)探傷結(jié)果

表4 去除工藝壓緊塊區(qū)域的滲透、磁粉探傷結(jié)果

(2)檢查焊后焊接區(qū)域和其它未焊接區(qū)域的金相組織的是否存在不同。

(3)檢查焊后焊接區(qū)域的外觀(guān)質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)結(jié)果是否滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

滿(mǎn)足RCC-M要求的規(guī)范操作方法包括：

(1)按S7423的要求采用與產(chǎn)品焊縫相同的焊接工藝評(píng)定；

(2)工藝壓緊塊的焊接按照經(jīng)過(guò)評(píng)定的焊接方法進(jìn)行，并按規(guī)定進(jìn)行相同的焊前預(yù)熱或焊后熱處理；

(3)焊接在最終熱處理前進(jìn)行；

(4)工藝壓緊塊的拆除只允許使用機(jī)械加工方法去除，嚴(yán)禁使用熱切割方法；

(5)工藝壓緊塊拆除后按S7426規(guī)定進(jìn)行滲透探傷檢查。

6.1 工藝評(píng)定試驗(yàn)對(duì)象

為了使試驗(yàn)結(jié)果具有代表性，我們選取兩批核電閘閥閥體作為試驗(yàn)對(duì)象，一批為碳素鋼閥體(材料M1112/20MN5M)，一批為奧氏體-鐵素體不銹鋼閥體(材料M3402/Z3CND19-10M)，這兩種材料是目前壓水堆核電閥門(mén)鑄鋼閥體的兩種主要材料。工藝壓緊塊采用與閥體材質(zhì)相同的材料。

6.2 評(píng)定措施

6.2.1 評(píng)定材料內(nèi)、外部質(zhì)量

閥體母材焊接工藝壓緊塊工藝評(píng)定試驗(yàn)程序，試驗(yàn)程序流程圖見(jiàn)圖3，圖中PT對(duì)碳素鋼是PT和MT同時(shí)進(jìn)行。

6.2.2 評(píng)定金相組織與力學(xué)性能

我們通過(guò)在與試驗(yàn)閥體等厚度的工藝試棒上焊接三工藝壓緊塊工藝評(píng)定試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證焊接過(guò)程對(duì)材料的金相與力學(xué)性能的影響。

(1)準(zhǔn)備同材質(zhì)的試塊進(jìn)行金相與力學(xué)性能模擬。

(2)將工藝壓緊塊分別焊接在相對(duì)應(yīng)的試棒的中間位置上，并與其對(duì)應(yīng)的閥體母材一起同爐熱處理。

(3)再鏜去焊接的工藝壓緊塊子，去除工藝壓緊塊子禁止使用熱加工方式，只允許采用冷加工方式。

(4)鏜去工藝壓緊塊的試棒部位按相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行金相分析，并出具報(bào)告。

(5)鏜去工藝壓緊塊的試棒按標(biāo)準(zhǔn)加工成試樣并按相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)。

6.3 工藝評(píng)定結(jié)果

經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的工藝評(píng)定過(guò)程，數(shù)據(jù)顯示，按照規(guī)范操作方法開(kāi)展的工藝壓緊塊焊接和去除，作為焊接母材的鑄鋼閥體本身機(jī)械性能、金相組織、外觀(guān)和內(nèi)在無(wú)損檢測(cè)都能夠很好地滿(mǎn)足RCC-M規(guī)范的要求，說(shuō)明產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效的保證。具體結(jié)果見(jiàn)表2、表3和表4。

6.4 成本分析

DN250口徑核電對(duì)焊連接鑄鋼閥門(mén)，焊接工藝壓緊塊方案比工藝法蘭方案的成本約單臺(tái)節(jié)省2400元的成本，這些成本包括了材料的成本、機(jī)加工成本、焊接成本、檢測(cè)成本等，顯然經(jīng)濟(jì)效益還是非常明顯。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工藝評(píng)定的開(kāi)展，我們可以得出結(jié)論：采用焊接工藝壓緊塊的工藝方案代替落后的工藝法蘭方案具有技術(shù)可行性，可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，符合RCC-M規(guī)范的臨時(shí)性附件要求，可以應(yīng)用在核電對(duì)焊連接鑄鋼閥門(mén)的制造過(guò)程中，用于解決其車(chē)削加工的裝夾問(wèn)題，從而比加工中心更高效地開(kāi)展閥體類(lèi)回轉(zhuǎn)體零件的加工。

[1]RCC-M壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則[S].

任利杰(1981—),男,江蘇人,工程師,研究方向:核電閥門(mén)制造工藝研究及質(zhì)量保證。