高溫高壓設(shè)備及管道連接密封面的缺陷修復(fù)

榮剛，楊寶紅，周武，湯雄飛，賀波，張?jiān)乒?/p>

（中廣核研究院有限公司反應(yīng)堆工程實(shí)驗(yàn)研究中心，廣東 深圳 518000）

對(duì)于高溫高壓設(shè)備及管道法蘭的連接，為確保密封性能，密封面需要滿足一定的平面度和粗糙度要求。由于各種原因，包括加工制造、運(yùn)行工況要求高、拆卸安裝等，造成密封面處出現(xiàn)坑點(diǎn)、刮傷、劃痕等缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致密封失效，最終出現(xiàn)密封泄漏。當(dāng)出現(xiàn)此類密封面損傷時(shí)，需要及時(shí)對(duì)法蘭密封面進(jìn)行修復(fù)處理以保證其密封質(zhì)量。考慮到部分設(shè)備或管道難以拆卸及移動(dòng)，也為避免拆裝造成的工期延長不可控，對(duì)于此部位的缺陷處理，需采用現(xiàn)場修復(fù)和研磨進(jìn)行處理。

1 密封面結(jié)構(gòu)形式

高溫高壓設(shè)備及管道常涉及到多處連接密封，其有著不同的密封結(jié)構(gòu)及密封面，如圖1所示為涉及到的常見密封面的結(jié)構(gòu)示意圖。

一般而言，部分承壓筒體中安裝有部件、組件等，且相關(guān)部件組件的安裝精度要求較高，由于筒體較長，相對(duì)于裝置也有相應(yīng)的安裝和固定要求，對(duì)于包括加工制造、運(yùn)行工況惡劣、拆卸安裝等原因引起的密封面損傷，所采取的方式只能依實(shí)際現(xiàn)場進(jìn)行修復(fù)和研磨處理。

2 密封面技術(shù)要求

常用的法蘭材質(zhì)為321不銹鋼III級(jí)鍛件，法蘭密封面機(jī)加工后的粗糙度要求（Ra3.2～Ra6.3），其上所采用的密封墊片其硬度值應(yīng)低于法蘭硬度值，以保證密封效果。

圖1 常見密封面的結(jié)構(gòu)示意圖

3 密封面修復(fù)工序

密封面修復(fù)處理前，現(xiàn)場先行判斷缺陷大小及嚴(yán)重性，當(dāng)密封面出現(xiàn)較大缺陷時(shí)，可現(xiàn)場采用微弧焊技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)焊處理，在微弧焊修復(fù)完成后，進(jìn)行精磨和粗磨，一般粗磨和精磨后，表面缺陷已經(jīng)得到較大改善。為進(jìn)一步提高表面光潔度，采用研磨處理，直至符合型面要求，經(jīng)過如上工序，密封面表面的平面度、粗糙度已得到極大改善，達(dá)到密封的目的。如原始缺陷不大，就不需要采用微弧焊進(jìn)行修復(fù)，只采用后續(xù)工序就可以完成。

4 微弧焊

4.1 微弧焊的基本原理

微弧焊接工藝是將電源存儲(chǔ)的高電能，在高合金電極與金屬母材間進(jìn)行瞬時(shí)高頻釋放，形成空氣電離通道，使電極與母材表面產(chǎn)生瞬間的微區(qū)高溫、高壓的物理化學(xué)冶金過程。傳統(tǒng)的電焊、氬弧焊、熱噴涂等修復(fù)方式，由于發(fā)熱量大、對(duì)工件材質(zhì)和金屬金相結(jié)構(gòu)有較大破壞，不合適用于密封面的精細(xì)修復(fù)，微弧焊提供了重要的在線修復(fù)途徑，此方法可以高效組織修復(fù)缺陷，時(shí)間短，代價(jià)小，其焊接示意圖見圖2。

圖2 焊接示意圖

4.2 微弧焊的表面修復(fù)

（1）工藝準(zhǔn)備及試驗(yàn)。依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況制定修復(fù)工藝方案，確定采用微弧焊進(jìn)行補(bǔ)焊，修復(fù)區(qū)域的尺寸按現(xiàn)場實(shí)測確定，模擬缺口形貌試焊，驗(yàn)證焊接參數(shù)。

（2）工件表面預(yù)處理。對(duì)待補(bǔ)焊區(qū)域表面采用電動(dòng)打磨機(jī)進(jìn)行打磨，清除表面氧化皮及破損層金屬，直至露出光亮金屬表面；打磨完成后清除粉塵、油污等雜物；使用清洗劑清洗、風(fēng)干表面。

（3）安裝輔助工裝。用防火布封住管口和非補(bǔ)焊區(qū)域，防止焊接飛濺物進(jìn)入管道內(nèi)和其它完好表面。

（4）微弧焊焊接。采用ER321焊絲作為補(bǔ)焊材料，采用點(diǎn)焊方式施焊，焊接過程監(jiān)控工件溫升，溫升控制小于80℃，溫升接近上限時(shí)，要停止施焊，等待至室溫時(shí)繼續(xù)補(bǔ)焊，如此循環(huán)直至補(bǔ)焊完成。

5 粗磨精磨

粗磨，用自動(dòng)打磨機(jī)對(duì)修復(fù)位置的表面進(jìn)行打磨，打磨過程注意控制余量。

精磨，使用油石手工對(duì)各個(gè)高點(diǎn)進(jìn)行精磨，去除高點(diǎn)直至補(bǔ)焊位置與旁邊平面接近貼合，留大約0.08～0.1mm研磨余量，油石粒度：400#--1200#。

6 研磨

6.1 研磨的基本原理

手工研磨是在研磨工具的研磨面上涂上研磨劑，在一定的壓力作用下，工件和研具按一定的軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，直至研磨完畢。要求研具材料比被研磨的工件軟，這樣受到一定壓力后，研磨劑中微小顆粒即磨料被壓嵌在研具表面上，這些細(xì)微的磨料具有較高的硬度。由于研具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨料對(duì)工件產(chǎn)生微量的切削作用，均勻地從工件表面切去一層極薄的金屬，從而使工件逐漸得到準(zhǔn)確的尺寸精度和合格的表面粗糙度，由于研磨是微量切削，因此研磨量不能太大。

6.2 研磨工具

研具材料的組織要細(xì)致均勻，有很高的穩(wěn)定性和耐磨性，工作面的硬度應(yīng)比工件表面的硬度稍低。球墨鑄鐵作為常用的研具材料，其嵌砂性能好，耐磨性能優(yōu)異，且長時(shí)間使用不易產(chǎn)生變形。另外，鑄鐵的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性很好，在市場上很常見，價(jià)格便宜，如圖3所示，為所使用的一種研磨模具。

6.3 研磨膏（劑）或研磨砂紙

圖3 一種研磨模具

研磨膏（劑）是由磨料和研磨液調(diào)和而成的混合劑，可結(jié)合實(shí)際需要自己配制，目前市場上有不同規(guī)格的成品研磨膏供應(yīng)，也可以滿足使用要求，常用的研磨膏的粒度從W40到W0.5。W40最粗，磨削量大。W0.5最細(xì)，用于拋光，而且不退火，再硬的刀也能研磨。也可以采用研磨砂紙研磨。研磨砂紙是將研磨砂紙粘貼在研具上，在一定的壓力作用下，工件和研具按一定的軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，直至研磨完畢。根據(jù)密封面缺陷程度，選擇研磨砂紙粗細(xì)砂紙。如它的規(guī)格有80u、60u、30u等，數(shù)字越大研磨砂紙?jiān)酱帧?/p>

6.4 研磨的表面修復(fù)

（1）研磨前準(zhǔn)備。首先將密封面用酒精清洗干凈，再用潔凈的軟布擦干凈，再次確認(rèn)法蘭密封面缺陷情況，根據(jù)缺陷大小，確定每一個(gè)法蘭初始研磨所用的磨料粒度，檢查研磨工具與法蘭密封面的配合情況，如合適，則將研磨劑均勻地涂抹在研磨工具的工作面上。

（2）研磨操作。用研磨工具配研磨劑對(duì)修復(fù)點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)研磨，研磨中應(yīng)始終保持研磨工具與待研磨面基本平行，研磨時(shí)工件受壓要均勻，壓力大小始終應(yīng)適中，精研壓力比粗研要小，研磨速度不能太快，研磨盡可能一次研磨一圈，禁止在小角度范圍內(nèi)作往復(fù)式研磨，每一遍研磨的起點(diǎn)均要相互錯(cuò)開90°，以保證研磨均勻。進(jìn)行更精細(xì)的研磨前，一定要把上一層級(jí)研磨所用的研磨劑清理干凈。

（3）研磨檢驗(yàn)。法蘭研磨后，作印痕檢查，用以檢查密封面平面度，在密封面均勻涂抺紅丹粉，再放到法蘭密封面上轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度應(yīng)大于30°，但小于45°。如紅丹刮磨后分布比較均勻，說明法蘭密封面良好，否則須繼續(xù)研磨，直至符合密封的要求。

7 實(shí)例應(yīng)用

圖4、5為現(xiàn)場管道法蘭密封面處理的部分效果圖。

8 結(jié)語

設(shè)備及管道法蘭涉及較多的密封面，由于加工制造、安裝、運(yùn)行過程中出現(xiàn)的狀況，容易造成密封面處出現(xiàn)坑點(diǎn)、刮傷、劃痕等缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致密封失效，最終導(dǎo)致密封泄漏。依據(jù)現(xiàn)場密封面的缺陷狀況，特別是對(duì)于不易拆卸的相關(guān)設(shè)備及管道，采用相應(yīng)的工藝方法進(jìn)行現(xiàn)場修復(fù)處理，可以達(dá)到滿足恢復(fù)密封面的密封要求。

圖4 密封面補(bǔ)焊后狀況

圖5 研磨處理后效果圖