CN103433814B - 一种核电泵阀表面打磨光整加工方法 - Google Patents

Abstract

一种核电泵阀表面打磨光整加工方法，属于材料表面加工技术领域。该方法按照如下步骤进行：采用钢丝轮对核电泵阀待加工表面进行粗磨；采用砂布轮对核电泵阀表面进行精磨；采用抛光轮对核电泵阀表面进行光整处理；采用喷淋方法对核电泵阀表面进行清洗；采用压缩空气对核电泵阀表面进行干燥。该方法成本低、耗时少，可显著提高核电泵阀表面加工效率，实现高效率大批量的生产加工。加工后的核电泵阀表面粗糙度精度高，无氧化物等污染物及异相组织残留，完全符合ASME和ASTM标准对于核电装备表面质量的规定，可保证核电泵阀长期正常使用不发生失效破坏。本方法可广泛应用于核电泵阀表面的五步，采用压缩空气对阀体表面进行吹扫，确保清洗后表面干燥洁净。

Description

一种核电泵阀表面打磨光整加工方法

技术领域

本发明涉及一种核电泵阀表面打磨光整加工方法，属于材料表面加工技术领域。

技术背景

核电站的一、二、三回路以及其它核和非核辅助系统中，包括核一、二、三级泵的核级泵是核心的循环动力系统。如一回路的反应堆冷却剂泵，即核主泵，高、低压安全泵、上充泵；二回路凝结水系统的主给水泵、凝结水泵；三回路循环冷却水系统的循环冷却泵，核与非核辅助系统的安全壳喷淋泵、辅助给水泵、设备冷却水泵、废液输送泵、核岛重要水泵、常规岛冷却水泵、分离段疏水泵、辅助冷却水泵等。核电阀门在核电站中是使用数量较多的介质输送控制设备，是核电站安全运行中必不可少的重要组成部分，包括闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、弹簧式安全阀、调节阀、节流阀、隔膜阀、波纹管截止阀等。据估计，一座拥有两套百万kW机组的核电站共有各类泵257种、842台套，其中核岛用泵20种200余台，核岛泵中核一级1种6台、核二级7种25台、核三级13种58台；需各类阀门3万台，其中核岛用阀门占43％，常规岛用阀门占45％，电站辅助设施用阀门占12％，核岛阀门中核一级阀门占1.5％、核二级阀门占22％、核三级阀门占29％。每年因新建、扩建或维修产生的对核电泵阀需求量十分巨大。

核电泵阀工作在错综复杂的工况环境中，泵阀的材料必须具有良好的抗腐蚀、抗辐照，和抗冲击损伤性能，因而核电泵阀材料类型以各类不锈钢为主。其中奥氏体不锈钢作为重要的金属材料，具有优异的耐腐蚀性能、良好的高温与低温韧性、良好的加工性能，以及相当好的抗辐照性能，被广泛应用于核电行业的泵阀、压力容器、换热器与回路管道中。不锈钢设备及零部件在应用前进行表面清洗十分有必要。因为不锈钢制品在经过冷热加工后，表面可能会产生裂纹、微孔、机械损伤等缺陷，一方面，出于保证不锈钢设备成品美观的考虑，需对其进行表面清理整饰，另一方面，不锈钢表面的机械损伤等缺陷，处于腐蚀或振动等环境中时会造成局部的腐蚀开裂或疲劳损伤，需通过机械或化学处理的方法延长使用寿命。综上所述，如何优质高效的对大量核电泵阀进行表面打磨光整加工就显得尤为重要。

ASME标准文件《ASME核电规范与标准NQA-1核设施质量保证要求》中规定了核电部件在制造、建造、修理和改造期间的清洁度，根据具体设施或零部件的控制要求，将表面清洁度分为A、B、C、D四级，并提供了分级准则和具体要求。而针对奥氏体不锈钢表面清洁度具体的要求主要体现于ASTMA380标准《不锈钢零件、设备和系统的清洗、除垢及钝化标准》。标准规定了不锈钢零部件的制造环境、加工和装配工具、表面处理等，应采用必要的保护措施使不锈钢零部件与碳钢材料隔离，并严格避免使用碳钢工具、受铁素体污染的工具、磨削砂轮以及砂粒等。

常用的不锈钢表面处理方法有酸洗钝化等化学处理方法和喷砂、打磨等机械清理方法。酸洗钝化通常需采用大量的酸洗液，酸洗残液中含有较高浓度的无机酸、重金属离子等毒性较大的化学物质，其后处理很麻烦，且作业环境恶劣，会造成环境污染。另外对于核电站等密闭系统，若在设备的缝隙、凹槽等部位积存了Cl^-，投入运行后存在应力腐蚀开裂的危险。喷砂可清理大面积表面，但开放式的作业环境会造成粉尘污染，操作环境恶劣，所处理表面易嵌入砂粒及污染物，且所得表面粗糙，在腐蚀环境中易产生缝隙腐蚀。打磨处理过程基本无污染，操作方便，可高效率的清洗表面、清除表面污染，有利于在不锈钢表面形成一层崭新、致密的钝化膜，不会引起材料的晶间腐蚀、点蚀、氢脆等，且容易形成连续化生产，但所用金属打磨材料可能会冷焊在被处理表面，形成异相组织残留，即使打磨材料与被加工表面相同，冷焊在表面的异相组织边界处也易成为失效的发生源，恶化被加工表面的质量。

1993年，Miyasaka等的欧洲专利《Method of cleaning power generationturbine of nuclear power generation equipment》(EP0370762B1)，介绍了一种核电设备汽轮机表面清洗方法，通过以树脂颗粒替代氧化铝颗粒进行喷砂，避免了汽轮机表面的磨损，可有效去除汽轮机表面附着污染物。1998年，Matsumura等的美国专利《Grinding method and grinding system for steels》(US5791968A)，介绍了一种钢板的磨削方法及其磨削装置，该装置将混入研磨材料的高压水成射流地喷射到钢板表面，能自动化地判别并有选择地磨削掉表面缺陷部分，可降低制品成本并提高其质量。然而，前种方法仅能作为维护的手段，去除附着力不强的污染物，后种方法仅适用于连续铸造及其后续加工过程中，都不能作为表面处理的最终步骤，达到所需的表面质量。

2012年，方刚等的发明专利《不锈钢表面处理方法》，介绍了一种高洁净超高纯不锈钢表面处理方法，应用于半导体制程及设备制造、太阳能、微电子、电气、餐饮食品、生物制药、医学医疗、分析仪器、石化及航空航天等尖端行业要求高洁净超高纯不锈钢表面的情况。此处理方法虽然可达到高洁净超高纯的不锈钢表面处理效果，但其工序繁多、工艺复杂、成本较高，且缺少高效率的表面打磨步骤，因而无法满足高效率大批量处理的要求，也无法处理如泵体和阀体等较大型的工件。对于核电泵阀的表面处理，核心问题是同时保证较快的处理效率和较高的表面质量。因此，需首先对核电泵阀表面进行打磨处理以高效的清洗表面、去除表面污染，并进一步对表面进行光整加工，彻底清除打磨过程中可能在表面形成的缝隙、小孔及残留的异相组织，保证设备表面在核环境中安全稳定服役。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核电泵阀表面打磨光整加工方法，在满足核电泵阀表面质量要求的同时，实现对大批量核电泵阀进行优质高效的表面清洗。本方法中，采用高强度大钢丝直径的马氏体不锈钢钢丝轮对核电泵阀表面进行粗磨处理，清洗过程中通过快速摆动钢丝轮并保证钢丝轮与泵阀的接触压力尽量小，可在高效快速清洗泵阀表面的同时防止泵阀表面过热及产生裂纹缺陷，影响表面质量。采用砂布轮对钢丝轮粗磨后的核电泵阀表面进行精磨处理，可清除打磨过程中在不锈钢表面形成的缝隙、小孔及钢丝轮在表面残留的异相组织，避免脱落的微砂粒残留在小孔中难以清洗，且避免了缺陷的产生和异相组织残留在表面，在随后的使用过程中造成失效。砂布轮线速度15-20m/s时，对泵阀表面的清洗速率、表面质量、表面温度和工具磨损可达到最佳平衡。采用抛光轮对砂布轮精磨后的核电泵阀表面进行光整处理，去除前述工序的加工痕迹，进一步提高表面的疲劳强度及光洁度。采用不锈钢专用清洗剂对核电泵阀表面进行喷淋去污清洗，彻底清除残留的附着污染物及磨削产生的微屑。采用压缩空气对核电泵阀表面进行吹扫，确保清洗后表面干燥洁净，避免了介质对工件的二次污染。

本发明采用的技术方案为：一种核电泵阀表面打磨光整加工方法，按照下述步骤进行：

第一步，采用钢丝轮对核电泵阀待加工表面进行粗磨处理，钢丝轮打磨线速度25-40m/s，表面去除深度200-300μm；

第二步，采用砂布轮对钢丝轮粗磨后的核电泵阀表面进行精磨处理，砂布轮线速度15-20m/s，表面去除深度10-20μm；

第三步，采用抛光轮对砂布轮精磨后的核电泵阀表面进行光整处理，抛光轮线速度10-15m/s，表面去除深度0.5-1μm；

第四步，采用喷淋方法对抛光轮光整处理后的核电泵阀表面进行清洗，喷淋次数3次以上；

第五步，采用压缩空气对喷淋清洗后的核电泵阀表面进行干燥。

上述方法第一步中，所述钢丝轮材质为马氏体不锈钢，钢丝直径0.3-0.5mm，硬度50HRC，清洗过程中需快速摆动钢丝轮并保证钢丝轮与泵阀的接触压力尽量小，以防止泵阀表面过热及产生裂纹缺陷，影响表面质量。

上述方法第二步中，所述砂布轮材质为金相砂布，粒度范围180-400目。砂布轮抛光后的核电泵阀表面粗糙度R_a范围0.2-0.7μm。若需达到更高的材料移除速率，应采用较粗的磨粒而不是更高的接触压力，以减小处理后表面的残余应力、防止泵阀表面过热及砂布轮过早磨损。

上述方法第三步中，所述抛光轮光整处理后核电泵阀表面粗糙度R_a范围0.04-0.1μm。

上述方法第四步中，所述清洗采用喷淋方法，清洗剂采用不锈钢专用清洗剂，喷淋温度70℃，压力5-6MPa，喷淋出水口距泵阀表面15cm。

上述方法第五步中，所述干燥采用压缩空气吹扫的方法。

本发明提出的核电泵阀表面光整方法，成本低、耗时少，可显著提高核电泵阀表面加工效率，实现高效率大批量的生产加工。加工后的核电泵阀表面粗糙度精度高，无氧化物等污染物及异相组织残留，符合ASME核电规范表面清洁度A级的要求，可通过ASTM A380标准对表面清洁度A级的检验，能够保证核电泵阀长期正常使用不发生失效破坏。本方法可广泛应用于核电泵阀表面的打磨光整加工。

具体实施方式

下面结合实施例说明本发明的具体实施方式。

实施例1

利用本发明方法对某核电站用奥氏体不锈钢核主泵体表面进行打磨光整加工处理，步骤如下：

第一步，采用钢丝直径0.3-0.5mm，硬度50HRC的马氏体不锈钢高强钢丝轮对泵体待加工表面进行粗磨处理，钢丝轮打磨线速度25-40m/s，表面去除深度200-300μm，清洗过程中需快速摆动钢丝轮并保证钢丝轮与泵体表面的接触压力尽量小，以防止泵体表面过热及产生裂纹缺陷，影响表面质量；

第二步，采用粒度范围180-400目的金相砂布轮对钢丝轮粗磨后的泵体表面进行精磨处理，砂布轮线速度15-20m/s，表面去除深度10-20μm，精磨后的泵体表面粗糙度R_a范围0.2-0.7μm；

第三步，采用抛光轮对砂布轮精磨后的泵体表面进行光整处理，抛光轮线速度10-15m/s，表面去除深度0.5-1μm，光整处理后的泵体表面粗糙度R_a范围0.04-0.1μm；

第四步，采用不锈钢专用清洗剂对泵体表面进行喷淋去污清洗，彻底清除残留的附着污染物及磨削产生的微屑，喷淋温度70℃，压力5-6MPa，喷淋出水口距泵体表面15cm；

第五步，采用压缩空气对泵体表面进行吹扫，确保清洗后表面干燥洁净。

实施例2

利用本发明方法对某核电站用奥氏体不锈钢核一级阀门阀体表面进行打磨光整加工处理，步骤如下：

第一步，采用钢丝直径0.3-0.5mm，硬度50HRC的马氏体不锈钢高强钢丝轮对阀体待加工表面进行粗磨处理，钢丝轮打磨线速度25-40m/s，表面去除深度200-300μm，清洗过程中需快速摆动钢丝轮并保证钢丝轮与阀体的接触压力尽量小，以防止阀体表面过热及产生裂纹缺陷，影响表面质量；

第二步，采用粒度范围180-400目的金相砂布轮对钢丝轮粗磨后的阀体表面进行精磨处理，砂布轮线速度15-20m/s，表面去除深度10-20μm，精磨后的阀体表面粗糙度R_a范围0.2-0.7μm；

第三步，采用抛光轮对砂布轮精磨后的阀体表面进行光整处理，抛光轮线速度10-15m/s，表面去除深度0.5-1μm，光整处理后的阀体表面粗糙度R_a范围0.04-0.1μm；

第四步，采用不锈钢专用清洗剂对阀体表面进行喷淋去污清洗，彻底清除残留的附着污染物及磨削产生的微屑，喷淋温度70℃，压力5-6MPa，喷淋出水口距阀体表面15cm；

第五步，采用压缩空气对阀体表面进行吹扫，确保清洗后表面干燥洁净。

Claims (7)

1.一种核电泵阀表面打磨光整加工方法，其特征在于：所述加工方法按照下述步骤进行：

第一步，采用钢丝轮对核电泵阀待加工表面进行粗磨处理，钢丝轮打磨线速度25-40m/s，表面去除深度200-300μm；

第二步，采用砂布轮对钢丝轮粗磨后的核电泵阀表面进行精磨处理，砂布轮线速度15-20m/s，表面去除深度10-15μm；

第三步，采用抛光轮对砂布轮精磨后的核电泵阀表面进行光整处理，抛光轮线速度10-15m/s，表面去除深度0.5-1μm；

第四步，采用喷淋方法对抛光轮光整处理后的核电泵阀表面进行清洗，喷淋次数3次以上；

第五步，采用压缩空气对喷淋清洗后的核电泵阀表面进行干燥。

2.根据权利要求1所述的核电泵阀表面打磨光整加工方法，其特征在于：所述钢丝轮材质为高强度马氏体不锈钢，钢丝直径0.3-0.5mm。

3.根据权利要求1所述的核电泵阀表面打磨光整加工方法，其特征在于：所述砂布轮材质为金相砂布，砂布粒度范围180-400目，不允许采用已处理过碳钢的砂布。

4.根据权利要求1所述的核电泵阀表面打磨光整加工方法，其特征在于：所述砂布轮精磨后的核电泵阀表面粗糙度Ra范围0.2-0.7μm。

5.根据权利要求1所述的核电泵阀表面打磨光整加工方法，其特征在于：所述抛光轮光整处理后的核电泵阀表面粗糙度Ra范围0.04-0.1μm。

6.根据权利要求1所述的核电泵阀表面打磨光整加工方法，其特征在于：所述喷淋清洗采用不锈钢专用清洗剂，喷淋温度70℃，压力5-6MPa，喷淋出水口距泵阀表面15cm。

7.根据权利要求1所述的核电泵阀表面打磨光整加工方法，其特征在于：所述干燥确保清洗后表面干燥洁净。