CN113231788A - 在役安全阀阀座密封面现场修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在役安全阀阀座密封面现场修复方法，包括：对安全阀阀座的原密封面车削至基材本体，并经过无损检测合格；采用镍基合金本体补焊和过渡；现场密封面堆焊步骤：选取密封面材质进行堆焊；对密封面堆焊整个热过程进行实时控温和热处理；现场粗加工步骤：对热处理后的密封面粗加工；现场检测步骤：检测粗加工的密封面，若检测不合格，则重复粗加工步骤，若检测合格，则精车密封面至目标尺寸并满足粗糙度要求，并通过研磨满足平整度要求。本发明为在较短工期内现场解决阀座密封面Stellite合金脱落、开裂、吹损等缺陷，提供了可靠的方法和途径。能够在狭小空间内高效率和高质量的完成现场再制造工作。

Description

在役安全阀阀座密封面现场修复方法

技术领域

本发明涉及安全阀阀座领域，具体地，涉及一种在役安全阀阀座密封面现场修复方法。

背景技术

随着超超临界燃煤机组的普及应用，发电设备“家族性”缺陷随之暴露，高压阀门基材与堆焊层“脱壳”是其中一类典型缺陷。在1000MW超超临界燃煤发电机组高温再热蒸汽管道布置安全阀，工作压力为6.0MPa，工作温度为610℃时，对再热安全阀解体检修时发现阀座密封面Stellite合金部分脱落的问题，直接影响发电机组经济性及安全运行，必须对其阀座密封面进行修复。

专利文献为CN201510070376的发明专利公开了一种超超临界火电机组用高旁主阀阀座的修复工艺，包括以下步骤：(1)制作假阀盖；(2)加工阀体的进口端焊接坡口；(3)加工阀体的出口端焊接坡口；(4)车削阀体的阀座密封面处的原堆焊层；(5)将假阀盖安装于阀体，再将安装有假阀盖的阀体进行堆焊前预热处理；(6)堆焊过渡层；(7)工作层堆焊；(8)硬度和着色检测；(9)水压试验，完成整个主阀阀座密封面的修复。本发明的有益效果在于：经过硬度和着色检测，无裂纹和气孔等缺陷，阀体中的阀座密封面硬度值HRC为40～42，阀座密封面经阀芯和阀座校核后严密性均达到相关技术要求，水压试验压力为42MPa，大于压力的1.5倍，并保持两小时，未发现泄漏。但是上述方案具有修复工作条件的局限性，仅适用于阀门割下返厂条件下的修复工作，不能在较短工期内现场解决在役设备阀座密封面Stellite合金脱落、开裂、吹损等缺陷，无法在狭小空间内高效率和高质量的完成现场再制造工作。本发明提供的一种在役安全阀阀座密封面现场修复方法反之亦可覆盖上述方案。同时，本发明仅对缺陷部位进行局部的冷热加工等修复工作，无需对设备进行整体预热和热处理，确保了设备整体的安全性；无需将设备离线割除，避免和减少了切割和安装等在役设备的现场施工工作，工期更短，修复成本更低。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种在役安全阀阀座密封面现场修复方法。

根据本发明提供的一种在役安全阀阀座密封面现场修复方法，包括如下步骤：

车削步骤：对安全阀阀座的原密封面车削至基材，并经过无损检测合格；

本体补焊和过渡步骤：采用镍基合金本体补焊和过渡基材；

密封面堆焊步骤：选取密封面材质进行堆焊；

热处理步骤：对密封面堆焊整个热过程进行实时控温和热处理；

粗加工步骤：对热处理后的密封面粗加工；

检测步骤：检测粗加工的密封面，若检测不合格，则重复粗加工步骤，若检测合格，则进入精加工步骤；

精加工步骤：精车密封面至目标尺寸并满足粗糙度要求，并通过研磨满足平整度要求。

优选地，检测步骤中，对密封面的检测包括无损检测和硬度检测。

优选地，镍基合金采用镍基625合金。

优选地，密封面材质采用司太立6号钴基材料。

优选地，车削原密封面采用现场数控车削机加工。

优选地，密封面堆焊步骤中，预先加工堆焊衬圈，作为堆焊基准。

优选地，密封面堆焊步骤中，采用联动机器人弧焊设备进行焊接。

优选地，密封面堆焊步骤中，采用具有还原性的氩氢混合型气体作为焊接保护气体。

优选地，所述热处理采用外部电阻加热和内部中频感应加热结合。

优选地，外部电阻加热和内部中频感应加热为同时升温、同时间恒温、同速率升降温。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过采用镍基合金本体补焊步骤，其过渡作用避免了在原基材上直接堆焊司太立合金而较易产生的结合部位层间开裂。

2、本发明采用焊接-热处理协同的工艺，显现焊接热过程的温度实时控制，保证了焊接的质量。

3、本发明通过预先加工堆焊开口衬圈，保证了加工的尺寸，同时能释放和降低修复过程中的应力水平。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的安全阀阀座密封面修复方法的工艺流程图。

图2为本发明的安全阀阀座密封面修复方法的现场测绘尺寸图。

图3为Stellite 6合金厚度与硬度关系示意图。

图4为机加工定位工装示意图。

图5为本发明焊接定位工装示意图。

图6为水冷式感应线圈示意图。

图7为热电偶布置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图7所示，本发明公开了一种在役安全阀阀座密封面现场修复方法，本实施例以材料号1.4905，牌号X11CrMoWVNb9-1-1，为欧标(EN 10088-1-2005)马氏体不锈钢的安全阀为例。其材质的化学成分如表1所示。

表1阀座材质化学成分表 /％

本发明阀座密封面原制造工艺为等离子转移弧堆焊(Plasma Transferred Arc)，阀座密封面硬质合金材质为司太立6(Stellite 6)，现场实测表面硬度值HRC＝43-45。司太立6(Stellite6)合金含碳量中等(0.5％-1.6％)，硬度较高，具有良好的耐磨及耐高温性能，典型使用场景包括蒸汽阀门及化工阀门密封面材料。司太立6合金的硬度与厚度成正比递增关系。从图3可以看出，当硬度值HRC>41时，即进入裂纹敏感区域。

分析造成设备现状的主要原因包括以下方面：

1)阀座密封面Stellite合金PTA制造工艺控制不当，密封面硬度偏高；

2)Stellite硬质合金与X11CrMoWVNb9-1-1基材咬合力不够；

3)再热安全门动作频繁加剧缺陷发展。

因此，本发明提供的安全阀阀座密封面修复方法，首先对阀座原密封面车削至基材，确认无裂纹等缺陷并经无损检测合格。其后为避免在X11CrMoWVNb9-1-1基材上直接堆焊司太立合金而较易产生的结合部位层间开裂，应采用镍基合金补焊和过渡。焊材选择应满足安全阀工况要求，选用镍基625合金系列的ERNiCrMo-3材料，可保证阀门在高温条件下的运行可靠性。之后进行密封面硬质合金司太立6(Stellite 6)堆焊，同步进行焊接热过程温度实时控制和热处理工作。待热处理工作结束后对硬质合金表面粗加工，经无损检测和硬度检测合格后，精加工至合适尺寸、粗糙度及平整度要求。

为了保证再热安全门阀座密封面使用过程中的“红硬性”(高温耐磨性和冲刷性能)，恢复原厂部件设计性能，根据表2密封面合金硬度范围，密封面硬质合金材质选用钴基材料司太立6(Stellite 6)，厚度5mm。

表2密封面合金的硬度推荐范围

为保证机加工质量，依据再热安全阀阀座设备构造及相关尺寸，现场加工选用数控车削机，同时，依据实际情况制作定位工装，见图4。通过实际制作定位工装及数控车削机的配合保障现场机加工精度满足工程需求。

为确保加工尺寸，预先应加工堆焊衬圈，作为堆焊基准。阀座内圈一件，材质选择与基材相近的SA182-F91，外径

负公差，内径

厚度15mm。内圈衬圈切开多处，以释放焊接过程中的应力。堆焊衬圈与阀座采用镍基焊材焊接，内圈衬圈放置深度为350mm左右。

安全阀阀座密封面硬质合金的再制造需要在狭小空间内进行堆焊，操作空间狭小，同时管道进出口通道内的气流会加大焊接部位的局部温差，直接影响焊接质量，产生裂纹的几率亦会大幅度增加。为此，焊前必须严密封堵管道进出口通道。

考虑到现场环境和检修工期等诸多因素，从可行性角度出发，采用柔性良好的小型六轴联动机器人弧焊装备。为保证基材修复和密封面堆焊质量，预先制作焊接定位工装，如图5所示。依据堆焊材质和表面质量要求，焊接保护气体应选择具有还原性的氩氢混合型气体。为保证司太立6合金与基材的咬合力，不采用脉冲焊接方式。但是，基材镍基补焊应采用PLUS脉冲方式。

为保证焊接质量，本次再热安全阀阀座密封面现场再制造工作采用“焊接-热处理”协同工艺，加热只针对阀座进行局部加热，整个热过程的控制是关键技术。焊前预热、回火温度、恒温时间、升降温速率等参数的选择与阀座基材的热处理工艺参数保持一致。热处理采用外电阻+内中频加热方式，外部电阻加热为辅，中频感应加热为主。同时，两种加热方式实施中必须做到同步，即同时升温、同时间恒温、同速率升降温。由于再热安全阀位于锅炉95米标高处，露天布置，壳体应事先做好保温，防止降温速度过快。

依据工件实际情况，预热和焊接时的恒温均采用履带式加热带，加热带依据阀座基材外形尺寸定制，满负荷功率为10KW，履带式加热带尺寸为980mm×180mm，热电偶采用捆扎式固定，补偿导线连接必须与阀体绝缘。焊后热处理选择中频感应水冷式内加热电源，加热线圈依据阀座基材内孔尺寸

以及衬圈尺寸定制，如图6所示，满负荷功率为30KW。热电偶采用点焊式固定在阀座基材和45°斜面上,布置图见图7。

再热安全阀阀座密封面现场再制造须将原破损密封面全部车削直至完全为阀座基体材料，并通过光谱检验复核确认。同时，通过硬度和渗透检测检验堆焊基准面的质量合格。堆焊完成热处理后应冷却到室温，待堆焊层表面清理干净，进行硬度检测，HRC＝38.8。对其初步机加工成型后，进行超声波检测和着色检测，检验堆焊层质量。再热安全门阀座密封面精加工成型后，应对其密封平面进行研磨以控制其平面精度，最终通过蓝油试验进行校核，确保密封面严密。

1000MW煤电机组再热安全阀阀座密封面的现场再制造，保证了发电机组的运行安全性，其质量完全达到原厂制造水平。本文为在较短工期内解决以9Cr1Mo钢为基材的阀座密封面Stellite合金脱落、开裂、吹损等缺陷，提供了可靠的方法和途径。能够狭小空间内高效率和高质量的完成本次现场再制造工作，主要体现在以下几个方面：了解并研究阀座基材及密封面硬质合金的焊接性能；充分利用机器人弧焊装备的柔性化和智能化特性；选择合适的现场数控机加工和研磨设备；应用可靠的焊接与热处理协同工艺。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种在役安全阀阀座密封面现场修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

车削步骤：对安全阀阀座的原密封面车削至基材，并经过无损检测合格；

本体补焊和过渡步骤：采用镍基合金本体补焊和过渡基材；

密封面堆焊步骤：选取密封面材质进行堆焊；

热处理步骤：对密封面堆焊整个热过程进行实时控温和热处理；

粗加工步骤：对热处理后的密封面粗加工；

检测步骤：检测粗加工的密封面，若检测不合格，则重复粗加工步骤，若检测合格，则进入精加工步骤；

精加工步骤：精车密封面至目标尺寸并满足粗糙度要求，并通过研磨满足平整度要求。

2.根据权利要求1所述的在役安全阀阀座密封面现场修复方法，其特征在于，检测步骤中，对密封面的检测包括无损检测和硬度检测。

3.根据权利要求1所述的在役安全阀阀座密封面现场修复方法，其特征在于，镍基合金采用镍基625合金。

4.根据权利要求1所述的在役安全阀阀座密封面现场修复方法，其特征在于，密封面材质采用司太立6号钴基材料。

5.根据权利要求1所述的在役安全阀阀座密封面现场修复方法，其特征在于，车削原密封面采用现场数控车削机加工。

6.根据权利要求1所述的在役安全阀阀座密封面现场修复方法，其特征在于，密封面堆焊步骤中，预先加工堆焊衬圈，作为堆焊基准。

7.根据权利要求1所述的在役安全阀阀座密封面现场修复方法，其特征在于，密封面堆焊步骤中，采用联动机器人弧焊设备进行焊接。

8.根据权利要求1所述的在役安全阀阀座密封面现场修复方法，其特征在于，密封面堆焊步骤中，采用具有还原性的氩氢混合型气体作为焊接保护气体。

9.根据权利要求1所述的在役安全阀阀座密封面现场修复方法，其特征在于，所述热处理采用外部电阻加热和内部中频感应加热结合。

10.根据权利要求9所述的在役安全阀阀座密封面现场修复方法，其特征在于，外部电阻加热和内部中频感应加热为同时升温、同时间恒温、同速率升降温。

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