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等离子粉末自动堆焊设备在阀门密封面堆焊中应用工艺介绍
2020-09-21
等离子粉末自动堆焊设备在阀门密封面堆焊中应用工艺介绍一.等离子粉末堆焊工艺综述等离子粉末堆焊是一种先进的堆焊工艺,它是采用氩气等离子电弧作热源,采用粉末状合金作填充料的自动堆焊方法。相比于传统的电焊、氩弧焊等堆焊方式,等离子粉末堆焊存在着堆焊成型好、熔深可控、结合度高、致密度好、易于实现自动化等特点,因而也是众多阀门企业在追求更高堆焊技术时首选的工艺。1.等离子粉末堆焊设备工作流程(1)电弧产生设备内部有两种电弧发生装置,分别供给非转移弧和转移弧。两个电源的负极并联在一起,通过电缆接至堆焊枪的钨电极(负极)。非转移弧电源正极通过电缆接堆焊枪喷嘴,转移弧电源正极通过电缆接工件。冷却水通过水冷电缆引至焊枪,冷却喷嘴和电极。氩气通过电磁气阀和浮子流量计进入堆焊枪。电源接通后,借助高频火花引燃非转移弧。再借助非转移弧弧焰在钨电极和工件之间造成的导电通道,引燃转移弧。转移弧引燃后,可保留或切断非转移弧。其主要利用转移弧在工件表面产生熔池。(2)焊粉输出合金粉末由送粉器按需要量连续供给,借助送粉气流(一般是氩气)送入焊枪,并吹入电弧中。合金粉末在弧柱中被预先加热,呈熔化或半熔化状态,喷射到工件熔池里,在熔池里充分熔化,并排出气体和浮出熔渣。(3)参数调节通过调节转移弧和非转移弧电流,送粉量和其他工艺规范参数,来控制熔化合金粉末和传递给工件的热量。随着焊枪和工件的相对移动,合金熔池逐渐凝固,在工件上获得所需要的合金熔覆层。2.等离子粉末堆焊工艺特点等离子堆焊由于利用等离子弧作热源和采用合金粉末作填充金属,从而与其他表面堆焊方法相比较,具有许多优点。(1)熔覆速度快,生产率较高。(2)熔深可控,稀释率低,最低可以达到5%以内,含铁量低,最低可达到3%。(3)堆焊面平整光滑,致密度高,可实现0.5-5mm的堆焊面一次完成。(4)工艺稳定性好,喷焊层质量高,可长时间连续获得稳定的堆焊层,且堆焊面无气孔、沙眼等堆焊质量问题。(5)合金粉末制备简便,使用材料范围广,可选用钴基、镍基、铁基、铜基等粉末型焊材,且可以根据工况直接配方。(6)可根据需求配备专机、机器人等,易于实现自动化,减轻劳动强度。二.自动堆焊设备主要构成设备主要是由等离子粉末焊机及自动化堆焊工装组成。1.等离子粉末堆焊机等离子粉末堆焊机是一种采用等离子弧作为热源,合金粉末做为堆焊熔覆材料的特种焊接设备。焊机主要构成是:焊机主机、冷却水箱、送粉系统、等离子粉末堆焊枪。焊料输出方式为自送料,因此容易实现硬质合金堆焊的自动化。参见图1:2.自动堆焊专机针对阀门密封面堆焊,国内厂家已经开发出了多种专用型堆焊专机,适用于偏心蝶阀、闸阀、球阀、截止阀、调节阀等各种通用型阀门领域。专机总体采用变位机加十字操作机(可选配机械手)方式,配合步进电机(可选配伺服电机)、直线滑轨、摆动器、弧压跟踪装置(选配)等,行走精准,震动小。专机控制系统使用LC系统,内置多种堆焊程序,可以针对各种复杂产品实现编程解决,比普通的数控系统操作更容易上手。另外,也可以根据客户需求添加CC控制系统。旋转机构采用精密回转支撑机构驱动,承重大、旋转精度高,并采用伺服电机控制,旋转角度精准。参见图2:三.不同类型阀门的等离子粉末堆焊工艺介绍1.高压高温阀门高压高温阀门一般用于用于核电、火电、石油化工、工业冶金等特种领域,工况比较严苛,要求阀门密封面必须承受公称压力10~760Ma,介质温度-29℃~620℃的工况考验。阀体一般有碳钢、不锈钢、铬钼钢等,密封方式均为金属密封,常见是在密封面上堆焊钴基合金材料。钴基合金材料的特性是拥有很好的红硬性,在高温状态下可以依然能保持良好的耐磨和耐腐蚀性能。(1)焊材选择常用的钴基合金焊材牌号为hield1F、hield6F、hield12F等。其化学成分及相关性能指标参见表1:(2)工艺控制①焊层质量不允许存在裂纹、气孔、疏松、夹渣、未熔合等缺陷,焊层平整度和厚度均符合精加工要求。②堆焊流程堆焊前要求对工件进行处理,不得有裂纹、气孔、缩孔、疏松等缺陷,也不得有油污、飞边、锈迹及其他杂物。然后预热,预热温度根据基体材料而定。但普遍情况下,焊前预热温度不低于300℃,时间不少于2h。所使用的焊材做烘干处理,即在150~250℃下,烘干时间不少于0.5h。在基材是Cr-Mo型合金钢或者马氏体不锈钢且直径大于150mm时,需用奥氏体不锈钢做堆焊过渡层。过渡层厚度机加工后不应小于2mm。堆焊过程中焊件层间温度不得低于预热温度下限,必要时层间需再次加热。堆焊后必须对工件进行保温处理,即将工件装入加热炉中,在不低于450℃的条件保温至少2h,然后炉内缓冷,也可以使用保温沙或者保温棉保温缓冷。2.中压阀门中压阀门用于石油、化工、制药等领域,密封面要求可承受公称压力2.5~6.4Ma。阀体材料一般为铸铁或者碳钢。密封方式少部分为软密封,大部分为金属密封。金属密封的通常做法是在密封面上堆焊半铁素体高铬钢。(1)焊材选择通常选用507Mo,即1Cr13半铁素体高铬钢,堆焊层具有空淬特性,堆焊金属具有较高的中温硬度,良好的热稳定性。其化学成分及相关性能指标参见表2:(2)工艺控制①焊层质量不允许存在裂纹、气孔、疏松、夹渣、未熔合等缺陷,焊层平整度和厚度均符合精加工要求。②堆焊流程堆焊前要求对工件进行处理,不得有裂纹、气孔、缩孔、疏松等缺陷,也不得有油污、飞边、锈迹及其他杂物。焊材需做烘干处理,即在150~250℃下,烘干时间不少于0.5h。工件焊前无需预热,堆焊过程中控制好稀释率,不可熔深过大。焊后无需做热处理,直接空冷即可。3.低压阀门低压阀门一般为民用工业阀门,密封方式上,软密封较多,也有部分为金属密封。金属密封常见于水利阀门、船用阀门。阀体通常是灰口铁或者球墨铸铁,金属密封的方法是在密封面上堆焊铜合金材料。(1)焊材选择通常选用紫铜、锡锌铜、锡青铜、铝青铜等,堆焊层有良好的润滑性,耐磨程度较好。基于材料价格及材料特性,易于使用焊条或焊丝堆焊方式,而粉末堆焊方式尚不具备优势。(2)工艺控制①焊层质量不允许存在裂纹、气孔、疏松、夹渣、未熔合等缺陷,焊层平整度和厚度均符合精加工要求。②堆焊流程堆焊前要求对工件进行处理,不得有裂纹、气孔、缩孔、疏松等缺陷,也不得有油污、飞边、锈迹及其他杂物。焊材需做烘干处理,即在150~250℃下,烘干时间不少于0.5h。工件焊前无需预热,堆焊过程中控制好稀释率,不可熔深过大。焊后无需做热处理,直接空冷即可。四.堆焊后的加工处理工件堆焊后,需要通过机床对堆焊面进行机加工,保留均等有效的合金层并使合金层光洁度高,达到镜面效果。加工方式常见为磨和车,其中硬度达到HRC50以上需用磨床加工,HRC50以下可以用车床加工。工件加工后,需对合金层进行着色探伤处理,如果有焊接缺陷,则需进行补焊。工件补焊时,尤其是硬质合金补焊,需要将缺陷位置深挖开槽,尤其是微裂纹补焊,更需要用角磨机清除裂纹周围合金层,深度要超过裂纹根部。然后将工件预热,再进行补焊。补焊完成后,再对工件进行二次加工。同一位置焊接缺陷补焊不得多于两次。五.等离子粉末自动堆焊的效果使用等离子粉末自动堆焊设备堆焊后的阀门密封面,堆焊层平整度高,加工量小,表面成型美观,合金分布均匀,硬度点分布均匀。参见图3:
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