閥門(mén)耐磨堆焊工藝及材料研究

1、閥門(mén)耐磨堆焊 工藝及材料研究,徐維普,上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院國(guó)家氣瓶閥門(mén)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,2,2024/3/30,法規(guī)要求 :1、TSG D7002-2006《壓力管道元件型式試驗(yàn)規(guī)則》中，要求對(duì)閘閥閘板密封面的硬度、截止閥和止回閥閥瓣的硬度進(jìn)行檢測(cè)。這些區(qū)域的高硬度大部分是靠堆焊的方法獲得的。,研究原因,3,2024/3/30,TSG D2001-2006《壓力管道元件制造許可規(guī)則》中規(guī)定：A1、A2級(jí)閥門(mén)制

2、造單位應(yīng)有等離子堆焊設(shè)備、B級(jí)閥門(mén)制造單位有滿(mǎn)足堆焊工藝要求的焊接設(shè)備,,主要原因,通過(guò)增強(qiáng)設(shè)備能力提高制造單位的準(zhǔn)入門(mén)檻,提高我國(guó)企業(yè)的制造能力,間接增強(qiáng)企業(yè)技術(shù)水平（好多企業(yè)因此增加了焊接技術(shù)人員和持證焊工）,2024/3/30,4,企業(yè)提高堆焊技術(shù)水平的必要性隨著在2010年即將頒布實(shí)施的《TSG G000X 壓力管道元件制造監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》《TSG DB001壓力管道閥門(mén)安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》,5,2024/3/30,必要性,2

3、024/3/30,6,2個(gè)新法規(guī)的實(shí)施，將加強(qiáng)對(duì)閥門(mén)制造企業(yè)的監(jiān)管。特別是制造監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則，要求對(duì)所有的壓力管道閥門(mén)制造企業(yè)進(jìn)行制造監(jiān)督檢驗(yàn)，而其中的一個(gè)重點(diǎn)就是對(duì)企業(yè)焊接設(shè)計(jì)及制造過(guò)程的控制。,必要性,2024/3/30,7,目前很多企業(yè)，連焊接工藝評(píng)定是什么都不清楚，有的企業(yè)在完成焊接工藝評(píng)定后，將花了幾萬(wàn)元作的評(píng)定試樣作為廢鐵賣(mài)掉，對(duì)焊接的技術(shù)儲(chǔ)備及過(guò)程控制非常不重視。同時(shí)，行業(yè)內(nèi)的焊接技術(shù)人員也嚴(yán)重不足。,期望的效果,通過(guò)與

4、企業(yè)的溝通，在了解企業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，與國(guó)內(nèi)知名的上海良工閥門(mén)廠(chǎng)有限公司及上海凱科閥門(mén)集團(tuán)開(kāi)展了合作，完成了《閥門(mén)耐磨密封面堆焊技術(shù)及檢驗(yàn)規(guī)范研究》希望能為各制造企業(yè)提供操作性強(qiáng)的堆焊方法及工藝,2024/3/30,8,堆焊技術(shù)介紹,9,2024/3/30,堆焊是一種應(yīng)用較為廣泛的焊接方法，可以獲得性能優(yōu)良的抗腐蝕、耐磨損的堆焊層，從而保護(hù)設(shè)備的安全及有效運(yùn)行。閥門(mén)作為制動(dòng)以及管道和設(shè)備安全的重要環(huán)節(jié)，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行以及操作人員的人

5、身安全都至關(guān)重要。目前的閥門(mén)的密封面大多使用堆焊的方法來(lái)獲得滿(mǎn)足使用要求的耐腐蝕、抗磨損性能。堆焊是閥門(mén)行業(yè)使用最為廣泛的焊接方法。,等離子弧堆焊設(shè)備,由于基體材料多變，閥門(mén)密封面的要求也不盡相同，因此在閥門(mén)的堆焊中，工藝變化很大。針對(duì)不同的母材和使用場(chǎng)合，需要制定不同的焊接工藝。目前，在閥門(mén)研制和生產(chǎn)中，鈷基硬質(zhì)合金以其無(wú)可替代的卓越綜合性能被廣泛應(yīng)用到各類(lèi)閥門(mén)密封面的堆焊中。這種合金以鑄造成型為主，制成焊絲和焊條及粉末等堆焊材料，采

6、用氣焊、電弧焊、惰性氣體保護(hù)焊、噴焊等工藝方法制造，以獲得閥門(mén)密封面的表面硬化層。,2024/3/30,11,表1國(guó)外閥門(mén)密封面堆焊用焊條,12,2024/3/30,2024/3/30,13,表2國(guó)外閥門(mén)密封面堆焊用粉末,在我國(guó)，按照J(rèn)B/T 6438-92《閥門(mén)密封面等離子弧堆焊技術(shù)要求》的內(nèi)容，常用基體材料主要有：25、35、40、WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni9、ZGCr5Mo、ZG20CrMoV、1Cr5M

7、o、12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、15Cr1MoV、WC6、WC9、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti。,2024/3/30,14,同時(shí)，按照GB/T 984-2001《堆焊焊條》的內(nèi)容，目前常用的堆焊焊條有60多個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品。另外，隨著技術(shù)的發(fā)展，近幾年，國(guó)內(nèi)外很多科研單位都開(kāi)發(fā)出了性能優(yōu)異的耐磨損合金粉末。如國(guó)內(nèi)幾家焊接研究所及科研機(jī)構(gòu)、焊接材料制造企業(yè)。,

8、2024/3/30,15,耐磨損堆焊主要是使用鈷基合金：EDCoCr××-××，以及WC粉末：EDW××-××。對(duì)于WC管狀焊條，其型號(hào)第一個(gè)字母“E”表示焊條；第二個(gè)字母“D”表示用語(yǔ)表面耐磨堆焊；后面字母“G”和元素符號(hào)“WC”表示W(wǎng)C管狀焊條，其后數(shù)字1、2、3表示芯部WC粉化學(xué)成分分類(lèi)代號(hào)（見(jiàn)表3）。短劃后面為WC粒度代號(hào)，用通過(guò)篩網(wǎng)和不通過(guò)篩網(wǎng)兩個(gè)

9、目數(shù)表示，以“/”相隔，或只用通過(guò)篩網(wǎng)的一個(gè)目數(shù)表示（見(jiàn)表4）。,2024/3/30,16,2024/3/30,17,表3 WC粉的化學(xué)成分,2024/3/30,表4 WC粉的顆粒,2024/3/30,19,目前鈷基合金的堆焊常用方法有等離子弧焊、氬弧焊、氧乙炔堆焊、電弧焊等。等離子弧焊主要是利用弧柱等離子體熱來(lái)加熱金屬。等離子弧的特性是能量密度可達(dá)10000-100000W／cm2，其溫度可達(dá)18000～24000K。通過(guò)控制粉末送

10、給量的穩(wěn)定和靈活的可調(diào)性，非轉(zhuǎn)移弧與轉(zhuǎn)移弧的電流規(guī)范送粉氣與離子氣的精確調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)速度的調(diào)節(jié)，噴槍擺幅與擺動(dòng)頻率的調(diào)節(jié)，噴嘴與工件的距離等參數(shù)，可以堆焊出其他焊接方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的高硬度、高強(qiáng)度，特別是其他焊接方法無(wú)法焊接的高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度合金粉末。,2024/3/30,20,氬弧焊時(shí)，首先對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱，為了保證堆焊面的硬度，必須焊二層或三層以上，且堆焊電流要適中。焊后需要進(jìn)行熱處理。由于該焊接方法溫度也比較高，因此獲得的鈷基合金堆焊層的性

11、能也還比較好只有沒(méi)有等離子弧焊及氬弧焊的條件，才進(jìn)行手工電弧焊，手工焊有氧-乙炔焊和手工電弧焊。,2024/3/30,21,氧-乙炔堆焊是一個(gè)傳統(tǒng)的操作工藝，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、熔敷率高、堆焊層化學(xué)成分穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，且堆焊一層（3㎜）即可達(dá)到設(shè)計(jì)及主品使用要求。這種焊接方法中，氣焊火焰的掌握十分關(guān)鍵。火焰有三部分：中性火焰、氧化焰、還原焰，堆焊操作時(shí)，必須采用乙炔三倍于氧氣的還原火焰（碳化焰）。堆焊前，將工件用火焰加熱到300～350℃，然

12、后將還原焰對(duì)準(zhǔn)工件堆焊面加熱到工件表面發(fā)紅，此時(shí)會(huì)在表面出現(xiàn)一層很薄的滲碳層。將焊材放入還原火焰區(qū)域，熔化的材料會(huì)在工件表面隨滲碳層迅速展開(kāi)，火焰持續(xù)動(dòng)作，熔滴有節(jié)奏與工件結(jié)合形成硬化堆焊層。焊后還要進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。,電弧焊的堆焊用電流主要與焊條的直徑有關(guān)。對(duì)于φ3.2的焊條，一般焊接電流為90～120A；對(duì)于φ4.0的焊條，焊接電流一般為140～170A；對(duì)于φ5.0的焊條，焊接電流一般為170～200A。焊接時(shí)直流短弧。,2024

13、/3/30,22,手工堆焊工藝,2024/3/30,23,焊條必須在指定溫度下烘干，烘干后放進(jìn)保溫筒中隨用隨取。按照焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的要求，還應(yīng)調(diào)整焊接設(shè)備的工藝參數(shù)。由于閥門(mén)對(duì)尺寸要求較高，因此焊前需要對(duì)毛坯的尺寸進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)行噴丸處理。為了防止飛濺對(duì)以后的機(jī)加工的影響，應(yīng)在堆焊的影響表面覆蓋石棉或涂上石灰水進(jìn)行防護(hù)。,等離子弧焊工藝要求,2024/3/30,24,等離子弧焊必須嚴(yán)格控制下列參數(shù)：粉末送給量的穩(wěn)定和靈活的可調(diào)性，非轉(zhuǎn)移

14、弧與轉(zhuǎn)移弧的電流規(guī)范送粉氣與離子氣的精確調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)速度的調(diào)節(jié)，噴槍擺幅與擺動(dòng)頻率的調(diào)節(jié)，噴嘴與工件的距離等。,如何排除手工焊缺陷,對(duì)于氣孔和翻泡之類(lèi)的缺陷，堆焊時(shí)如果工件表面局部溫度過(guò)高，基體溫度過(guò)熱，堆焊層內(nèi)會(huì)混入過(guò)多的基體金屬，當(dāng)出現(xiàn)焊接火焰或焊弧晃動(dòng)，保護(hù)氣氛不良及表面準(zhǔn)備工作不完善等，就會(huì)出現(xiàn)氣孔及翻泡。如果出現(xiàn)這種情況，就應(yīng)該重新用加熱焰重新加熱一次，可以使氣泡逸出。,2024/3/30,25,裂紋出現(xiàn)的情況：堆焊前預(yù)熱溫度低

15、，工件幾何尺寸復(fù)雜的部件，堆焊過(guò)程中保溫不良和堆焊后工件無(wú)保溫措施，形成急冷，均會(huì)出現(xiàn)裂紋和裂縫。另外堆焊中火焰突然從熔池離開(kāi)，都會(huì)因?yàn)槌霈F(xiàn)弧坑而發(fā)生龜裂。而沒(méi)有經(jīng)過(guò)退火的工件也很容易產(chǎn)生裂紋。要減少或排除這些裂紋，可以對(duì)小工件用火焰仔細(xì)深熔；大工件則必須均勻加熱，出現(xiàn)裂紋，可以打磨至基體后補(bǔ)焊。,2024/3/30,26,等離子弧焊缺陷排除,2024/3/30,27,工藝故障主要有四種。一個(gè)是非轉(zhuǎn)移弧不能起弧，主要原因有：高頻發(fā)生器火

16、花室發(fā)火點(diǎn)錯(cuò)位或間隙過(guò)大，排除方法是檢查高頻發(fā)火室，將發(fā)火點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，并用起子調(diào)整間隙。鎢極與壓縮道上端距離太大，排除方法是調(diào)節(jié)電極與壓縮角尖端的距離。噴嘴錐角附有氧化膜等污物，排除方法是拆下噴嘴，用鹽酸腐蝕清洗后，用細(xì)砂紙打磨。其他原因還有如電壓過(guò)低、鎢電極燒損嚴(yán)重、電流調(diào)節(jié)過(guò)小、離子氣未接通、鎢極與噴嘴短路等。,上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院隸屬于上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，依據(jù)國(guó)家有關(guān)法律、法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鍋爐、壓力容器（

17、含氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機(jī)械、游樂(lè)設(shè)施和場(chǎng)（廠(chǎng)）內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)輛等涉及公眾生命安全、危險(xiǎn)性較大的特種設(shè)備安全性能進(jìn)行檢驗(yàn)，并開(kāi)展檢驗(yàn)技術(shù)和方法的研究。上海市特檢院除具備國(guó)家認(rèn)可的特種設(shè)備檢驗(yàn)資格外，還通過(guò)了ISO 9001質(zhì)量體系認(rèn)證、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可和檢查機(jī)構(gòu)認(rèn)可、實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)定（計(jì)量認(rèn)證），具備馬來(lái)西亞、新加坡政府授權(quán)認(rèn)可的第三方鍋爐壓力容器檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)資格，是公正的第三方社會(huì)公益型事業(yè)單位，是上海市特種設(shè)備的權(quán)威檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)。,2024/3

18、/30,28,上海市特檢院現(xiàn)設(shè)7個(gè)職能管理處（辦），1個(gè)分院（化學(xué)工業(yè)區(qū)分院），13個(gè)檢驗(yàn)業(yè)務(wù)室，1個(gè)氣瓶閥門(mén)檢測(cè)中心（國(guó)家氣瓶閥門(mén)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心），1個(gè)鍋爐能效測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，1個(gè)特種設(shè)備作業(yè)人員培訓(xùn)中心，1個(gè)特種設(shè)備作業(yè)人員考試中心，1個(gè)承壓類(lèi)特種設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI）研究中心，1個(gè)機(jī)電類(lèi)特種設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究中心。全院現(xiàn)有職工541人，其中高級(jí)職稱(chēng)的技術(shù)人員92人（含教授級(jí)8人），中級(jí)職稱(chēng)的技術(shù)人員132人；特種設(shè)備高級(jí)檢驗(yàn)師1