开裂原因分析及控制
赵立彬，胡安中，石
红，张
跃，熊冬庆
（生态环境部核与辐射安全中心，北京100082）
摘要：
主给水调节阀是核电站中非常重要的核级调节阀，为增加其密封面的耐磨性，需要在阀门密封面上堆焊司太立硬质合金。等离子堆焊具有易实现自动化、生产效率高、劳动强度低、焊缝稀释率低等优点，可显著提高堆焊生产效率和质量。分析主给水调节阀套筒司太立堆焊开裂原因，提出司太立堆焊质量的控制措施，为国内阀门制造厂堆焊硬质合金提供借鉴。关键词： 司太立合金；套筒；堆焊；裂纹中图分类号：TG455文献标志码：
B 文章编号：
1001-2303（2019）04-0271-03DOI ：
10.7512/j.issn.1001-2303.2019.04.49Reason analysis and control measures for Stellite alloy built-up welding crack of
main feed water control valve of nuclear power station
ZHAO Libin ，HU Anzhong ，SHI Hong ，ZHANG Yue ，XIONG Dongqing （Nuclear and Radiation Safety Center ，Beijing 100082，China ）
Abstract ：
Main feed water control valve is a very important nuclear safety control valve in the nuclear power plant.In order to enhance the wear resistance of the sealing surface ，it is necessary to perform build-up welding on the contact sealing surfaces of the valve with
Stellite alloy.The advantages of plasma build-up welding are easy to realize automation ，high production efficiency ，low labor intensity and low weld dilution rate.It can greatly improve the surfacing production efficiency and welding quality.In this article ，the reasons of
cracking in Stallite build-up welding of sleeve of main feed water control valve are analyzed ，and welding quality control measures are
proposed.It can provide useful reference for domestic valve manufacturers to surfacing cemented carbide.Key words ：
Stellite alloy ；sleeve ；build-up welding ；crack 本文参考文献引用格式：赵立彬，胡安中，石红，等.核电站主给水调节阀司太立合金堆焊开裂原因分析及控制[J].电焊机，2019，49（04）：271-273.
收稿日期:2019-01-15；修改日期:2019-03-22
强调结构作者简介：赵立彬（1987—），男，硕士，工程师，主要从事焊接、无损检验技术研究和核安全设备 审评工作。E-mail ：zhlbhit@126 。通讯作者：胡安中（1972—），男，学士，高级工程师，主要从事焊接、无损检验技术研究和核安全设备审评工作。E-mail ：huaz928@163 。
0前言
主给水调节阀是核电站核级设备中最大的调
节阀，为核安全2级设备。目前，我国运行的核电机组主给水调节阀都依赖于进口。近年来，随着我国核电事业的发展和设备国产化的推进，国内已有部分阀门制造厂有能力制造主给水调节阀，在制造过程中的一个关键工艺就是硬质合金的堆焊，对于我国大部门阀门制造厂家而言，焊接往往是制造过程中 的薄弱环节。
本文以某核电机组套筒式主给水调节阀制造为例，探讨其在等离子堆焊过程中产生开裂的原因，提出相应的改进措施和建议，以期为国内阀门制造厂进行硬质合金堆焊提供借鉴。
诺日吉玛1概述
司太立6号合金在高温下能够保持高硬度，阀
表1
司太立合金6号合金化学成分表2
堆焊后熔敷金属化学成分门阀芯零部件工作环境温度较高，为增加阀门密封面的耐磨和密封性能，通常在密封面堆焊司太立6号硬质合金[1]。套筒式主给水调节阀的密封面结构主要有阀座、套筒，因此需要在阀座和套筒密封面上堆焊司太立合金。
a 阀座月亮为什么是红的
b 套筒
图1
阀座和套筒结构与尺寸
等离子喷焊是一种利用等离子作为高温热源，
采用粉末状合金作为填充金属的熔焊工艺，具有易于实现自动化、生产效率高、劳动强度低、焊缝稀释率低等优点，可显著提高堆焊生产效率和焊接质量[2]。
某核电机组主给水调节阀采用套筒式结构，其阀座和套筒结构如图1所示，主体材料为Z2CND18-12控氮不锈钢，采用等离子喷焊工艺，按照评定过的焊接工艺规程堆焊后，经PT 检验发现阀座和套筒出现线性显示，进一步观察发现套筒上出现明显的开裂现象，如图2所示，其中套筒内壁堆焊层总长度为226mm ，堆焊层厚度3~4mm ，焊层宽度6~8mm 。
2堆焊开裂原因分析
2.1
司太立合金的焊接性
阀座、套筒的主体材料为Z2CND18-12控氮不
锈钢，焊接材料为司太立合金6号（Stellite 6）。司太立合金以高红硬性著称，洛氏硬度为37~43HRC ，其化学成分如表1所示，属于钴基耐热合金，合金中钴含量大于50%。司太立合金基础结构是M 7C 3碳
化物和铬在钴中的固溶体，堆焊一层后，焊道及其附近焊缝区将存在较大的拉伸残余应力[3]。司太立合金强度高、韧性差、导热率低、硬度高[4]，基材与司太
立合金结合处易形成高硬度的硬化层[5]，
在焊接应力作用下极易开裂，焊接过程需采用相应的工艺措施（如焊前预热、焊后热处理、进炉高温回火等）方能保证焊接质量。
2.2焊接工艺评定
产品焊接前，首先开展阀座和套筒的等离子堆焊的工艺评定，按照RCCM 2000+2002补遗相关要求进行工艺评定，评定项目包括渗透检验、硬度试验、宏观金相检验、熔敷金属化学成分等，渗透检验结果无点状或线性等缺陷显示。堆焊后熔敷金属化学成分如表2所示，均在规定要求范围内，堆焊层洛氏硬度为43~46.5HRC ，宏观金相检查未发现母材或热影响区存在缺陷，焊接工艺评定符合RCCM 规定要求，焊接工艺评定合格。
2.3焊接操作工及焊接设备
开展核级产品焊接活动的焊工必须取得国家
核安全局《民用核安全设备焊工焊接操作工资格管
理规定》[6]
的资质。阀座和套筒堆焊的焊工都持有相应资质，并且未出现连续操作记录中断现象，焊接
图2
套筒裂纹
核电焊接
第49卷
操作技能熟练，满足产品焊接要求，同时，追溯其产品焊接记录发现，焊接过程中转移弧电压、焊接电流、喷嘴与工件之间的距离、保护气流量、离子气流量、送粉速度、堆焊层数等焊接参数和焊前预热、焊后热处理均符合焊接工艺规程的有关规定。
根据设备的检定记录等，等离子焊机和热处理炉等相关设备均进行检定，结果符合要求。
通过上述对焊工和焊接设备的追溯检查，发现堆焊开裂与焊工技能和焊接设备无关。
2.4母材及焊接材料
焊接用母材Z2CND18-12控氮不锈钢和焊接材料司太立合金（Stellite6）均通过合格供方采购，并且材料入场后均经过入厂复验，结果合格。这表明，母材与焊接材料质量也不是导致堆焊开裂的原因。
2.5焊后热处理制度的影响
由于司太立合金的导热性能很差且具有优异的抗应力松弛性能，与母材热膨胀系数差异明显，会导致堆焊金属及热影响区的焊接应力较大。选择合理的热处理制度并及时进行热处理可有效去除焊接应力，防治裂纹产生。
通过焊接工艺评定制定焊后热处理措施，焊后放置在840~860℃的保温炉中4h，然后随炉冷却。但在现场实际焊接时，因套筒工件尺寸较大，在焊后拆卸及转移至热处理炉的过程耗时较长，导致热处理不及时，从而容易产生裂缝。
为验证上述分析的正确性，在两个相同结构和尺寸的套筒上采用相同的堆焊工艺进行验证。焊后将套筒分别在10min、60min内转移至热处理炉中进行焊后热处理，经无损检验发现，10min进炉热处理的套筒未发现裂缝，而60min进炉热处理的套筒发现裂缝，从而确认焊后不及时转移至热处理炉中是导致上述套筒开裂的主要原因。3结论与建议
套筒工件尺寸较大，在焊后拆卸及转移至热处理炉的过程中耗时较长，焊后热处理不及时是导致套筒开裂的主要原因。危朝安
欧洲或爆发最严重难民危机为保证等离子堆焊的核级产品堆焊质量，建议：（1）为防止产生开裂，焊接结束后应及时进行焊后热处理。除制定合理的热处理参数外，试件转移至热处理炉的时间也应根据试件尺寸和结构进行有效控制，避免因不及时转移而导致开裂。
（2）等离子喷焊工艺影响因素较多，如转移弧电压、焊接电流、喷嘴与工件之间的距离、保护气流量、离子气流量、送粉速度、堆焊层数、焊前预热、焊后热处理等，不同工件需选择合理的参数配比才能保证焊接质量，焊接过程应严格按照焊接规程规定执行。
（3）核级产品的制造还应严格按照核电质保体系进行控制，只有具有资质的焊接操作工使用良好的焊接设备和经过验收的母材、焊接材料，严格按照评定过的焊接工艺规程开展焊接活动，才能保证堆焊质量。
参考文献：
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太立合金堆焊中的应用[J].东方电气评论，2007，21（3）：35-39.
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