阀门主阀座密封面的修复方法与流程

1.本发明涉及维修优化技术领域，尤其涉及一种阀门主阀座密封面的修复方法。


背景技术：

2.gct-c阀门为汽机旁路排放系统向冷凝器排放的12根排放支管上的12个气动调节阀。该系列阀门为失气关型，带先导阀结构，正常运行期间阀门处于全关位置。gct-c阀门由先导阀瓣和先导阀座、主阀瓣和主阀座形成两组密封副，在弹簧预紧力的作用下保持密封，均是金属对金属的线密封型式。
3.gct-c阀门的密封面材质是相同的，除了主阀座密封面堆焊了stellite6硬质合金层外，其余的三个密封面都是普通马氏体不锈钢，其硬度都比较低。因此，在阀门开关过程中，先导阀瓣、先导阀座和主阀瓣密封面上容易产生塑性变形，进而出现压痕。通常情况下，密封面的压痕并无大碍，甚至可以加强密封。但是由于阀内组件间是存在一定间隙的且各密封面不可能绝对对中，因此，无法保证阀门每次开关后，密封线均在同一位置，那么在阀门开关次数多后，压痕的存在将导致泄漏。另外，由于系统中不可避免的存在管道锈蚀的小金属颗粒，其附着在密封面上后，容易造成密封面出现点坑等缺陷。
4.gct-c阀门密封面失效属于不可避免的共性问题，因其失效容易造成阀门泄露，影响阀门密封性能和服役寿命。每次大修前都会对这12个阀门进行红外线测温，以判断阀门是否存在内漏，如若存在内漏，需要及时对阀芯、阀座进行修复或更换处理。更换新的部件会面临采购成本高，采购周期长等不利因素。因此，优质、高效、高灵活性的阀门密封面修复技术的开发应用，对于核电设备安全运维、延寿增效具有显著的经济效益和现实意义。
5.目前，手工钨极氩弧焊(gtaw)已用于gct-c阀门密封面的堆焊修复，但是针对gct-c阀门主阀座此类薄壁密封面的gtaw再制造修复，仍面临基体切损量大、焊前/后热处理、焊后阀座变形量大等技术难题，修复质量不稳定性、工艺复杂性制约了其发展与应用。其中：一方面，密封面gtaw堆焊修复后会产生较大变形，可机加工余量较小，无法保证修复后的零部件尺寸，为满足恢复到要求尺寸需要进一步对阀座基体其它位置进行补强；另一方面，密封面gtaw堆焊修复过程中会产生较大的焊接残余应力，需通过焊后热处理的方法消除残余应力以避免硬质合金堆焊层的开裂，而焊后热处理会造成材料性能损伤，以及引起其它部位高温氧化。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于，提供一种阀门主阀座密封面的修复方法。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种阀门主阀座密封面的修复方法，用于密封面具有缺陷的阀门主阀座的修复，所述阀门主阀座密封面的修复方法包括以下步骤：
8.s1、加工去除主阀座上缺陷所在的部分或全部硬质合金层，以将所述主阀座上具有缺陷的密封面去除并在所述主阀座上形成修复区；
9.s2、所述主阀座定位后，将同轴送粉激光熔覆头朝向并垂直于所述修复区；
10.s3、沿着所述主阀座的周向，通过所述同轴送粉激光熔覆头将熔覆粉末以同轴送粉方式激光熔覆在所述修复区上，形成熔覆层；
11.s4、对所述熔覆层进行机加工，在所述主阀座上形成新的密封面。
12.优选地，步骤s3中，激光熔覆的参数如下：激光功率1100w-1300w，激光往复扫描速度为8mm/s-12mm/s，轴向送粉速度11g/min-17g/min，保护气体的气体流量为10l/min-12l/min；熔覆层中道间搭接率为20％-40％。
13.优选地，步骤s3中，所述熔覆粉末为球形硬质合金粉末。
14.优选地，所述硬质合金粉末的粒度为48μm-105μm。
15.优选地，步骤s2还包括：结合具有所述修复区的所述主阀座的尺寸信息以及修复的目标尺寸信息，生成激光运动扫描路径；
16.在步骤s3中，所述同轴送粉激光熔覆头根据所述激光运动扫描路径，将熔覆粉末激光熔覆在所述修复区上。
17.优选地，步骤s2还包括：所述同轴送粉激光熔覆头根据所述激光运动扫描路径，对所述修复区进行激光预热。
18.优选地，步骤s1包括：
19.s1.1、采用无损检测方法对所述主阀座的密封面进行缺陷标记；
20.s1.2、根据所标记的缺陷，对所述密封面所在的硬质合金层进行切削，以将所述缺陷去除。
21.优选地，步骤s2中，所述主阀座通过夹具夹持固定在熔覆工位上，所述同轴送粉激光熔覆头相对所述主阀座可转动；
22.步骤s3中，所述同轴送粉激光熔覆头相对所述主阀座可沿着所述主阀座的周向移动，将熔覆粉末以多层多道熔覆在所述修复区上，形成熔覆层。
23.优选地，步骤s2中，所述主阀座通过变位器夹持在熔覆工位上，所述同轴送粉激光熔覆头固定在熔覆工位上；
24.步骤s3中，通过所述变位器旋转所述主阀座，使得所述同轴送粉激光熔覆头沿着所述主阀座的周向，将熔覆粉末以多层多道熔覆在所述修复区上，形成熔覆层。
25.优选地，步骤s3中，所述熔覆层包括作为熔覆层主体的斜面区、分别连接在所述斜面区相对两侧的第一平面区和第二平面区；
26.步骤s4中，经过机加工后，所述斜面区的表面形成所述主阀座上新的密封面；所述第一平面区和第二平面区的表面分别与新的密封面的两侧平齐对接。
27.本发明的有益效果：以同轴送粉激光熔覆方式对阀门上失效的密封面进行修复，减小或避免密封面所在阀座的变形量，并且解决了以gtaw堆焊过程会产生较大焊接残余应力，需要进行焊后热处理的问题；减少修复工序，缩短修复周期，提高修复过程自动化程度。
附图说明
28.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
29.图1是阀门的主阀座的剖面结构示意图；
30.图2是本发明一实施例的阀门主阀座密封面的修复过程示意图；
31.图3是本发明另一实施例的阀门主阀座密封面的修复过程示意图。
具体实施方式
32.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
33.本发明的阀门主阀座密封面的修复方法，用于密封面具有缺陷的阀门主阀座的修复，使其恢复有效的密封性能。
34.如图1、2所示，本发明一实施例的阀门主阀座密封面的修复方法，包括以下步骤：
35.s1、加工去除主阀座1上缺陷所在的硬质合金层20，以将主阀座1上具有缺陷的密封面10去除，去除后在主阀座1上形成修复区30。
36.通常，参考图1及图2中(a)，主阀座1的密封面10形成在其一端的端面上且呈现为向内的斜面，并且密封面10形成在堆焊的硬质合金层(具体包括stellite6硬质合金层)20的表面上。密封面10上的缺陷包括裂纹、点坑、气孔中的至少一种。
37.步骤s1进一步可包括：
38.s1.1、采用渗透探伤等无损检测方法对主阀座1的密封面10进行缺陷标记。
39.s1.2、根据所标记的缺陷，对密封面10所在的硬质合金层20进行切削，以将缺陷去除。
40.在切削时，采用逐步逐层切削的方式，即先车削去除硬质合金层20的上层(去除的厚度可为0.5mm-1mm)；车削结束后再次进行渗透探伤检测缺陷是否完全去除；若仍有缺陷显示，进行第二次车削(厚度为0.5mm-1mm)；根据缺陷是否完全去除情况，递次增加车削尺寸，从而减少阀门本体损伤。
41.具体地，本实施例中，如图2中(a)至(b)所示，对应缺陷在密封面10上的分布、深度等，通过机加工的方式将部分硬质合金层20切削去除，从去除原有缺陷的失效的密封面10，在主阀座1基体上留下剩余硬质合金层21。
42.在完成去除缺陷后，还对修复区30进行清理，清除其上的油污等杂质，通过渗透探伤等无损检测方法再检测以确保修复区30端面无裂纹、气孔等缺陷。
43.s2、将主阀座1进行定位，定位后，将同轴送粉激光熔覆设备的激光熔覆头朝向并垂直于主阀座1上的修复区30。
44.为使得同轴送粉激光熔覆头能够准确对修复区30进行激光熔覆，在主阀座1定位后，通过识别提取主阀座1的尺寸信息，结合具有修复区30的主阀座1的尺寸信息以及修复的目标尺寸信息，生成激光运动扫描路径，能够快速响应主阀座端面的位置与姿态，以便后续同轴送粉激光熔覆头能够按照该激光运动扫描路径进行熔覆工作。
45.此外，为提供激光熔覆的效率，以及后续熔覆粉末能够更好熔覆结合在剩余硬质合金层21上，在正式进行激光熔覆前，对修复区30进行激光预热。操作如下：同轴送粉激光熔覆头根据激光运动扫描路径，对修复区30进行激光预热。
46.作为选择，激光预热的参数：激光功率1000w-1100w，激光往复扫描速度为8mm/s-10mm/s。
47.s3、沿着主阀座1的周向，通过同轴送粉激光熔覆头将熔覆粉末以同轴送粉方式激光熔覆在修复区30上，形成熔覆层40，熔覆层40与主阀座1的基体冶金结合，如图2中(c)所
示。
48.其中，同轴送粉激光熔覆头根据激光运动扫描路径，沿着主阀座1的周向运动，以同轴送粉的方式将熔覆粉末激光熔覆在修复区30上，实现自动化操作，无需人工进行。激光熔覆的参数如下：激光功率1100w-1300w，激光往复扫描速度为8mm/s-12mm/s，轴向送粉速度11g/min-17g/min，保护气体的气体流量为10l/min-12l/min；熔覆层中道间搭接率为20％-40％。
49.激光熔覆时，通过选择合适的激光熔覆参数，避免出现微裂纹、孔洞等缺陷，熔覆层与主阀座1基体形成冶金结合且稀释率较小，熔覆层外观成形良好。
50.根据主阀座1上原先的密封面10形成在硬质合金层20上，激光熔覆采用的熔覆粉末为硬质合金粉末，优选为球形硬质合金粉末。进一步，硬质合金粉末的粒度为48μm-105μm。
51.结合上述的步骤s2-s3，在一种选择性实施方式中，主阀座1通过夹具夹持固定在熔覆工位上，同轴送粉激光熔覆头相对主阀座1可转动。同轴送粉激光熔覆头相对主阀座1可沿着主阀座1的周向移动，将熔覆粉末以多层多道熔覆在修复区30上，形成熔覆层40。
52.在另一种选择性实施方式中，主阀座1通过变位器夹持在熔覆工位上，同轴送粉激光熔覆头固定在熔覆工位上。通过变位器旋转主阀座1，使得同轴送粉激光熔覆头沿着主阀座1的周向，将熔覆粉末以多层多道熔覆在修复区30上，形成熔覆层40。
53.本实施例中，熔覆层40结合在剩余硬质合金层21上，与其形成的整体的厚度较于原先的硬质合金层20的厚度大(例如可大2mm)，优选较于所要修复得到的目标硬质合金层的厚度大(例如可大2mm)，以此具有加工余量。
54.s4、对熔覆层40进行机加工，在主阀座1上形成新的密封面50，如图2中(c)至(d)所示。
55.该步骤中，根据所要修复得到的目标硬质合金层的厚度，即所要修复形成的新的密封面50在主阀座1上对应的尺寸信息等，采用切削或打磨等方式对熔覆层40进行加工，去除熔覆层40上的余量部分，得到新的有效的密封面50。
56.进一步地，参考图2中(c)，根据主阀座1原先的密封面10在其上的位置、形式等，通过激光熔覆形成的熔覆层40包括斜面区41、分别连接在斜面区41相对两侧的第一平面区42和第二平面区43。斜面区41作为熔覆层主体，填充在修复区30内，第一平面区42和第二平面区43分别形成在与修复区30邻接的热影响区内。第一平面区42和第二平面区43在填充热影响区后还凸出一定厚度，具有加工余量。
57.经过机加工后，斜面区41的表面形成主阀座1上新的密封面50；第一平面区42和第二平面区43的表面分别与新的密封面50的两侧平齐对接。
58.此外，还对密封面50进行100％渗透探伤检测、射线探伤检测以及硬度检验，检测该新的密封面50的修复质量，保证密封面50无裂纹、气孔等缺陷，满足主阀座密封面性能要求。
59.如图1、3所示，本发明另一实施例的阀门主阀座密封面的修复方法，包括以下步骤：
60.s1、加工去除主阀座1上缺陷所在的硬质合金层20，以将主阀座1上具有缺陷的密封面10去除，去除后在主阀座1上形成修复区30＇。
61.通常，参考图1及图3中(a)，主阀座1的密封面10形成在其一端的端面上且呈现为向内的斜面，并且密封面10形成在堆焊的硬质合金层(具体包括stellite6硬质合金层)20的表面上。密封面10上的缺陷包括裂纹、点坑、气孔中的至少一种。
62.步骤s1进一步可包括：
63.s1.1、采用渗透探伤等无损检测方法对主阀座1的密封面10进行缺陷标记。
64.s1.2、根据所标记的缺陷，对密封面10所在的硬质合金层20进行切削，以将缺陷去除。
65.在切削时，采用逐步逐层切削的方式，即先车削去除硬质合金层20的上层(去除的厚度可为0.5mm-1mm)；车削结束后再次进行渗透探伤检测缺陷是否完全去除；若仍有缺陷显示，进行第二次车削(厚度为0.5mm-1mm)；根据缺陷是否完全去除情况，递次增加车削尺寸，从而减少阀座本体损伤。
66.具体地，本实施例中，如图3中(a)至(b)所示，对应缺陷在密封面10上的分布、深度等，通过机加工的方式将全部硬质合金层20切削去除，从去除原有缺陷的失效的密封面10；去除硬质合金层20后在主阀座1基体上形成的切削面为斜面。
67.在完成去除缺陷后，还对修复区30＇进行清理，清除其上的油污等杂质，通过渗透探伤等无损检测方法再检测以确保修复区30＇端面无裂纹、气孔等缺陷。
68.s2、将主阀座1进行定位，定位后，将同轴送粉激光熔覆设备的激光熔覆头朝向并垂直于主阀座1上的修复区30＇。
69.为使得同轴送粉激光熔覆头能够准确对修复区30＇进行激光熔覆，在主阀座1定位后，通过识别提取主阀座1的尺寸信息，结合具有修复区30＇的主阀座1的尺寸信息以及修复的目标尺寸信息，生成激光运动扫描路径，以便后续同轴送粉激光熔覆头能够按照该激光运动扫描路径进行熔覆工作。
70.此外，为提供激光熔覆的效率，以及后续熔覆粉末能够更好熔覆结合在主阀座1的基体上，在正式进行激光熔覆前，对修复区30＇进行激光预热。操作如下：同轴送粉激光熔覆头根据激光运动扫描路径，对修复区30＇进行激光预热。
71.作为选择，激光预热的参数：激光功率1000w-1100w，激光往复扫描速度为8mm/s-10mm/s。
72.s3、沿着主阀座1的周向，通过同轴送粉激光熔覆头将熔覆粉末以同轴送粉方式激光熔覆在修复区30＇上，形成熔覆层40＇，熔覆层40＇与主阀座1的基体冶金结合，如图3中(c)所示。
73.其中，同轴送粉激光熔覆头根据激光运动扫描路径，沿着主阀座1的周向运动，以同轴送粉的方式将熔覆粉末激光熔覆在修复区30＇上。激光熔覆的参数如下：激光功率1100w-1300w，激光往复扫描速度为8mm/s-12mm/s，轴向送粉速度11g/min-17g/min，保护气体的气体流量为10l/min-12l/min；熔覆层中道间搭接率为20％-40％。
74.根据主阀座1上原先的密封面10形成在硬质合金层20上，激光熔覆采用的熔覆粉末为硬质合金粉末，优选为球形硬质合金粉末。进一步，硬质合金粉末的粒度为48μm-105μm。
75.结合上述的步骤s2-s3，在一种选择性实施方式中，主阀座1通过夹具夹持固定在熔覆工位上，同轴送粉激光熔覆头相对主阀座1可转动。同轴送粉激光熔覆头相对主阀座1
可沿着主阀座1的周向移动，将熔覆粉末以多层多道熔覆在修复区30＇上，形成熔覆层40＇。
76.在另一种选择性实施方式中，主阀座1通过变位器夹持在熔覆工位上，同轴送粉激光熔覆头固定在熔覆工位上。通过变位器旋转主阀座1，使得同轴送粉激光熔覆头沿着主阀座1的周向，将熔覆粉末以多层多道熔覆在修复区30＇上，形成熔覆层40＇。
77.本实施例中，熔覆层40＇结合主阀座1的基体上，填充整个修复区30＇。该熔覆层40＇的厚度较于原先的硬质合金层20的厚度大(例如可大2mm)，优选较于所要修复得到的目标硬质合金层的厚度大(例如可大2mm)，以此具有加工余量。
78.s4、对熔覆层40＇进行机加工，在主阀座1上形成新的密封面50＇，如图3中(c)至(d)所示。
79.该步骤中，根据所要修复得到的目标硬质合金层的厚度，即所要修复形成的新的密封面50＇在主阀座1上对应的尺寸信息等，采用切削或打磨等方式对熔覆层40＇进行加工，去除熔覆层40＇上的余量部分，得到新的有效的密封面50＇。
80.进一步地，参考图3中(c)，根据主阀座1原先的密封面10在其上的位置、形式等，通过激光熔覆形成的熔覆层40＇包括斜面区41＇、分别连接在斜面区41＇相对两侧的第一平面区42＇和第二平面区43＇。斜面区41＇作为熔覆层主体，填充在修复区30＇内，第一平面区42＇和第二平面区43＇分别形成在与修复区30＇邻接的热影响区内。第一平面区42＇和第二平面区43＇在填充热影响区后还凸出一定厚度，具有加工余量。
81.经过机加工后，斜面区41＇的表面形成主阀座1上新的密封面50＇；第一平面区42＇和第二平面区43＇的表面分别与新的密封面50＇的两侧平齐对接。
82.此外，还对密封面50＇进行100％渗透探伤检测、射线探伤检测以及硬度检验，检测该新的密封面50＇的修复质量，保证密封面50＇无裂纹、气孔等缺陷，满足主阀座密封面性能要求。
83.综合以上实施例的修复方法，本发明的阀门主阀座密封面的修复方法，主要以激光熔覆方式进行修复，尺寸修复精度高；激光熔覆过程中不会产生较大的焊接残余应力，因此对密封面修复后无需进行后热处理，减少修复工序。
84.本发明的阀门主阀座密封面的修复方法具体可适用于gct-c调节阀的主阀座、adg调节阀的阀座上密封面的修复，能够满足优质、高效、高灵活性的阀门阀座密封面修复，对于核电设备安全运维、延寿增效具有显著的经济效益和现实意义。
85.对应上述gct-c调节阀的主阀座、adg调节阀的阀座的密封面修复，采用stellite6球形熔覆粉末，获得的熔覆层为stellite6硬质合金层。
86.下面以修复gct-c调节阀主阀座密封面为例，将本发明的修复方法与手工gtaw修复方法修复后获得产品及其检测结果进行比较，如下表1所示。
87.表1
[0088][0089]
备注：变形测量位置为图1所示主阀座1的下端。
[0090]
由表1结果可知，本发明的激光熔覆修复方式较于手工gtaw修复方式，大大减小了阀座的变形量，所形成的熔覆层在硬度等方面符合相关规定。
[0091]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。