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等离子堆焊工艺在阀门行业应用解决方案

发布时间:2019-10-21作者:上海多木实业有限公司次数:79

阀门是石化行业常用的易损件,翻新和维修给给企业带来了大量的成本支出,通过等离子堆焊工艺可以很好耐磨修复再造阀门,同时可以很好的节约企业人力财力支出。
阀门的内件通常指闸板(或阀瓣、球体、蝶板等)、阀座和阀杆,但在有些情况也包括其他零件,如衬套、上密封座等,经常用Trim表示。内件材料的选用原则为:
①根据主体材料、介质特性、结构特点及零件的受力等综合考虑;
②内件材料的耐腐蚀性能应高于或与主体材料相当。
等离子堆焊机
密封面材料
阀门密封面应耐磨损、耐腐蚀、耐冲蚀、耐擦伤,有足够的挤压强度,在高温下有足够的抗氧化性和热疲劳性,密封面与阀体的热膨胀系数相近,具有良好的加工性能和焊按性能,且应在价格和材料性能之间综合考虑。
阀门的密封面分为金属密封面、软密封面和密封剂密封三种。
1.金属密封面的磨损
金属密封面主要用于耐磨损、耐冲蚀、耐擦伤、耐高温的场合。磨损可分成黏着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、冲蚀磨损和擦伤等。
①黏着磨损 黏着磨损最为普遍,是由阀门密封面两种固体材料的交界面产生巨大的黏着力而产生的。当阀门密封面互相滑动时,接合点不断接触和断离,形成磨粒而产生磨损。
②磨粒磨损 阀门密封面中粗糙的较硬表面,在相对较软表面滑动时产生的磨损。控制磨粒磨损的有效办法是使较软的材料硬些。
③表面疲劳磨损反复循环加载和卸载会使表面或表下层产生疲劳裂纹,最终导致表面的破坏,形成碎片和凹坑。
④冲蚀磨损 由锐利的粒子冲刷密封面而产生。它与磨粒磨损相似,但表面很粗糙。
⑤擦伤密封面相对运动的过程中,因摩擦引起的破坏,这是由密封面硬度差不合理造成的。
阀门等离子堆焊机
2.金属密封面
阀门金属密封面常用材料有铜合金、铬不锈钢、钴基硬质合金等,也可以是经过表面处理的本体材料。
(1)铜合金JB/T 5300-2008《工业用阀门材料选用导则》中列入的铜合金密封面主要有铸铝黄铜( ZCu2n25Al6Fe3Mn3)、铸铝青铜(ZCuAI9Mn2和ZCuA19Fe4Ni4Mn2)、铸锰黄铜(ZCu2n38Mn2Pb2)、黄铜(H62)等。铜合金在水或蒸汽中的耐腐蚀性和耐磨性好,但强度低,不耐氨和氦水腐蚀,适用介质温度≤250℃。
在阀门的制造和修复中,铬不锈钢焊条常用来堆焊工作温度在450℃以下、工作压力为1.6~16MPa、基体材料为铸钢的电站、石油化工阀门密封面。通常,阀体(阀座)宜采用12 Cr13型堆焊焊条,闸板(阀瓣)采用硬度稍高的20Cr13型堆焊焊条。
(3)钻基硬质合金硬质合金的特点是耐腐蚀、耐磨损、抗擦伤,特别是热硬性好,即使在高温下也能保持足够的硬度。堆焊和热喷涂是硬质合金制备的最常用方法。
堆焊有钴基合金堆焊和合金粉末等离子弧堆焊。合金粉末等离子弧堆焊和热喷涂是阀门制造厂的一种代用工艺措施,本书不作详述。钴基合金又称司太立合金,是典型的阀门密封面堆焊材料。虽然钴( Co)是较为贵重的金属,但是由于它具有抗腐蚀、耐高温等一系列优良性能,在高温高压蒸汽阀门以及石油、化工等重化工行业应用比较广泛。
钴基硬质合金可采用氧乙炔焰堆焊、手工电弧堆焊、氩弧堆焊和等离子弧等工艺,在低碳钢、中碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢和Cr13型不锈钢及耐热钢上进行堆焊。
①公称直径≤DN200的阀门优先采用钨极氩弧堆焊、氧乙炔焰堆焊。
②公称直径>DN200的阀门优先采用等离子弧堆焊。
③上述工艺方法不能实施时(如阀体内部堆焊),采用手工电弧焊。
阀门等离子堆焊机
氧乙炔焰、钨极氩弧及等离子弧堆焊常用焊丝为HS111(相当于D802)、HS112(相当于D812);手工电弧堆焊采用焊条为D802、D812。钴基合金是以Co为基体成分,加入Cr钨(W)等元素组成合金。
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,具有以下特点:
(1) 生产率较高,目前熔敷率达到了9公斤/小时,接近生产率高的埋弧自动焊,超过了常用的手工电弧堆焊和氧炔焰堆焊。
(2)母材对合金冲淡率低,由于工艺上可调规范差数多,能主动控制热量输入;合金粉末在弧柱中被预先加热,呈喷射状过渡到熔池,对电弧吹力有缓冲作用,熔池受热均匀,因而可控制母材熔深,降低母材对合金的冲淡率。冲淡率可控制在5-15%范围内,接近氧炔堆焊,而大大低于其他方式的堆焊。
(3)堆焊层成形平整、光滑,成形尺寸范围宽并可精确控制,通过改变规范参数,一次喷焊可控制宽度3-40毫米,厚度0.25-8毫米,这是其他堆焊方法难以实现的。
(4)堆焊层质量和工艺稳定性好,由于等离子弧稳定性好,外界因素的干扰(周围气流的流动,喷焊枪距工件的高低,角度的微小变化等)对电参数(弧压、弧电流)和电弧稳定性影响较小,从而使工艺易于稳定。合金粉末熔化充分,飞溅少,熔池中熔渣和气体易于排除,容易消除焊层内气孔,夹渣等质量缺陷。由于等离子弧温度高,热量绩中。喷焊速度快,一次熔成,使工件热影响区小。堆焊层合金组织晶粒细,硬度和化学成分均一,喷焊层质量好。
(5)合金粉末制备简便,使用材料范围广。堆焊用合金粉末系熔炼后直接雾化成球状粉末,制备简便,不象丝极材料那样,受铸造、轧制、拔丝、磨削等加工工艺限制。可按需要配方,熔炼成各种成分不同的合金粉末,获得各种不同性能的合金熔焊层,以适应不同条件下对零部件表面性能的要求。喷焊合金材料的种类多,有钴基、镍基、铁基、铜基等。一般具有硬度高、耐磨、耐热、耐腐蚀的合金,是难以制成线材和用其他工艺方法堆焊,而将这些合金制成粉末,用等离子喷焊却是简便易行的。
(6)堆焊过程自动进行,易于实现机械化和自动化操作,减轻劳动强度。
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