高温高压设备及管道连接密封面的缺陷修复

荣刚，杨宝红，周武，汤雄飞，贺波，张云光

（中广核研究院有限公司反应堆工程实验研究中心，广东 深圳 518000）

对于高温高压设备及管道法兰的连接，为确保密封性能，密封面需要满足一定的平面度和粗糙度要求。由于各种原因，包括加工制造、运行工况要求高、拆卸安装等，造成密封面处出现坑点、刮伤、划痕等缺陷，进而导致密封失效，最终出现密封泄漏。当出现此类密封面损伤时，需要及时对法兰密封面进行修复处理以保证其密封质量。考虑到部分设备或管道难以拆卸及移动，也为避免拆装造成的工期延长不可控，对于此部位的缺陷处理，需采用现场修复和研磨进行处理。

1 密封面结构形式

高温高压设备及管道常涉及到多处连接密封，其有着不同的密封结构及密封面，如图1所示为涉及到的常见密封面的结构示意图。

一般而言，部分承压筒体中安装有部件、组件等，且相关部件组件的安装精度要求较高，由于筒体较长，相对于装置也有相应的安装和固定要求，对于包括加工制造、运行工况恶劣、拆卸安装等原因引起的密封面损伤，所采取的方式只能依实际现场进行修复和研磨处理。

2 密封面技术要求

常用的法兰材质为321不锈钢III级锻件，法兰密封面机加工后的粗糙度要求（Ra3.2～Ra6.3），其上所采用的密封垫片其硬度值应低于法兰硬度值，以保证密封效果。

图1 常见密封面的结构示意图

3 密封面修复工序

密封面修复处理前，现场先行判断缺陷大小及严重性，当密封面出现较大缺陷时，可现场采用微弧焊技术进行补焊处理，在微弧焊修复完成后，进行精磨和粗磨，一般粗磨和精磨后，表面缺陷已经得到较大改善。为进一步提高表面光洁度，采用研磨处理，直至符合型面要求，经过如上工序，密封面表面的平面度、粗糙度已得到极大改善，达到密封的目的。如原始缺陷不大，就不需要采用微弧焊进行修复，只采用后续工序就可以完成。

4 微弧焊

4.1 微弧焊的基本原理

微弧焊接工艺是将电源存储的高电能，在高合金电极与金属母材间进行瞬时高频释放，形成空气电离通道，使电极与母材表面产生瞬间的微区高温、高压的物理化学冶金过程。传统的电焊、氩弧焊、热喷涂等修复方式，由于发热量大、对工件材质和金属金相结构有较大破坏，不合适用于密封面的精细修复，微弧焊提供了重要的在线修复途径，此方法可以高效组织修复缺陷，时间短，代价小，其焊接示意图见图2。

图2 焊接示意图

4.2 微弧焊的表面修复

（1）工艺准备及试验。依据现场实际情况制定修复工艺方案，确定采用微弧焊进行补焊，修复区域的尺寸按现场实测确定，模拟缺口形貌试焊，验证焊接参数。

（2）工件表面预处理。对待补焊区域表面采用电动打磨机进行打磨，清除表面氧化皮及破损层金属，直至露出光亮金属表面；打磨完成后清除粉尘、油污等杂物；使用清洗剂清洗、风干表面。

（3）安装辅助工装。用防火布封住管口和非补焊区域，防止焊接飞溅物进入管道内和其它完好表面。

（4）微弧焊焊接。采用ER321焊丝作为补焊材料，采用点焊方式施焊，焊接过程监控工件温升，温升控制小于80℃，温升接近上限时，要停止施焊，等待至室温时继续补焊，如此循环直至补焊完成。

5 粗磨精磨

粗磨，用自动打磨机对修复位置的表面进行打磨，打磨过程注意控制余量。

精磨，使用油石手工对各个高点进行精磨，去除高点直至补焊位置与旁边平面接近贴合，留大约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剂，在一定的压力作用下，工件和研具按一定的轨迹作相对运动，直至研磨完毕。要求研具材料比被研磨的工件软，这样受到一定压力后，研磨剂中微小颗粒即磨料被压嵌在研具表面上，这些细微的磨料具有较高的硬度。由于研具和工件的相对运动，磨料对工件产生微量的切削作用，均匀地从工件表面切去一层极薄的金属，从而使工件逐渐得到准确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

研具材料的组织要细致均匀，有很高的稳定性和耐磨性，工作面的硬度应比工件表面的硬度稍低。球墨铸铁作为常用的研具材料，其嵌砂性能好，耐磨性能优异，且长时间使用不易产生变形。另外，铸铁的经济实用性很好，在市场上很常见，价格便宜，如图3所示，为所使用的一种研磨模具。

6.3 研磨膏（剂）或研磨砂纸

图3 一种研磨模具

研磨膏（剂）是由磨料和研磨液调和而成的混合剂，可结合实际需要自己配制，目前市场上有不同规格的成品研磨膏供应，也可以满足使用要求，常用的研磨膏的粒度从W40到W0.5。W40最粗，磨削量大。W0.5最细，用于抛光，而且不退火，再硬的刀也能研磨。也可以采用研磨砂纸研磨。研磨砂纸是将研磨砂纸粘贴在研具上，在一定的压力作用下，工件和研具按一定的轨迹作相对运动，直至研磨完毕。根据密封面缺陷程度，选择研磨砂纸粗细砂纸。如它的规格有80u、60u、30u等，数字越大研磨砂纸越粗。

6.4 研磨的表面修复

（1）研磨前准备。首先将密封面用酒精清洗干净，再用洁净的软布擦干净，再次确认法兰密封面缺陷情况，根据缺陷大小，确定每一个法兰初始研磨所用的磨料粒度，检查研磨工具与法兰密封面的配合情况，如合适，则将研磨剂均匀地涂抹在研磨工具的工作面上。

（2）研磨操作。用研磨工具配研磨剂对修复点进行手动研磨，研磨中应始终保持研磨工具与待研磨面基本平行，研磨时工件受压要均匀，压力大小始终应适中，精研压力比粗研要小，研磨速度不能太快，研磨尽可能一次研磨一圈，禁止在小角度范围内作往复式研磨，每一遍研磨的起点均要相互错开90°，以保证研磨均匀。进行更精细的研磨前，一定要把上一层级研磨所用的研磨剂清理干净。

（3）研磨检验。法兰研磨后，作印痕检查，用以检查密封面平面度，在密封面均匀涂抺红丹粉，再放到法兰密封面上转动，转动角度应大于30°，但小于45°。如红丹刮磨后分布比较均匀，说明法兰密封面良好，否则须继续研磨，直至符合密封的要求。

7 实例应用

图4、5为现场管道法兰密封面处理的部分效果图。

8 结语

设备及管道法兰涉及较多的密封面，由于加工制造、安装、运行过程中出现的状况，容易造成密封面处出现坑点、刮伤、划痕等缺陷，进而导致密封失效，最终导致密封泄漏。依据现场密封面的缺陷状况，特别是对于不易拆卸的相关设备及管道，采用相应的工艺方法进行现场修复处理，可以达到满足恢复密封面的密封要求。

图4 密封面补焊后状况

图5 研磨处理后效果图