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FESTO电磁阀的阀瓣堆焊工艺研究

  FESTO电磁阀的阀瓣堆焊工艺研究

  FESTO电磁阀阀杆一般都做旋转升降运动,手轮固定在阀杆顶端。当顺时针方向旋转手轮时,阀杆螺纹下旋,阀瓣密封面与阀座密封面紧密接触,截止阀达到关闭状态;当逆时针方向旋转手轮时,阀杆螺纹上旋,阀瓣密封面与阀座密封面脱开,截止阀开启。

  FESTO电磁阀的优缺点

  1、优点

  a、与闸阀比较,截止阀结构较简单,通常在阀体和阀瓣上只有一个密封面,密封面积小、节省贵重材料、成本低,因而制造工艺性比较好,便于维修。

  b、密封面磨损及擦伤较轻,密封性好。启闭时阀瓣与阀体密封面之间无相对滑动(锥形密封面除外),因而磨损与擦伤均不严重,密封性能好,使用寿命长。

  c、开启高度小,一般仅为阀座通道直径的1/4,结构紧凑,节省安装空间。

  2、缺点

  a、结构长度较大。

  b、启闭力矩大,启闭费力。关闭时,因为阀瓣运动方向与介质压力作用方向相反,必须克服介质的作用力,所以启闭力矩大。

  c、流阻大。阀体内介质通道比较曲折,流动阻力大,动力消耗大,特别是在液压装置中,这种压力损失尤为明显。在各类截断阀中截止阀的流阻。

  d、介质流动方向受限制。

  介质流经截止阀时,在阀座通道处只能是从下向上或从上向下流动,所以介质只能单方向流动,不能改变流动方向。

  e、在阀门关闭时,密封面间可能会夹住流体介质中的固体颗粒。

  f、安装不便。

  FESTO电磁阀瓣上堆焊钴基硬质合金时出现的堆焊缺陷。基于焊接工艺评定试验、焊接性能分析及出现问题后的工艺改进,堆焊裂纹的缺陷可以大幅度的减少甚至消除。

  1、概述

  FESTO电磁阀作为输送和切断流体介质组件之一,在石油、化工、冶金和城市建设中得到了广泛的应用。通过选用不同的材质,金属密封截止阀可以适用于水、蒸汽、、尿素和煤灰渣等多种介质,因此开发新产品来确保产品质量和使用寿命显得尤为重要。

  密封面具有阀门“心脏”之称,是阀门最重要的工作面之一,承担了阀门的启闭工作,密封面的好坏直接影响着阀门的使用寿命,对于硬密封截止阀的密封副主要由阀瓣和阀座构成,为了确保密封面有更好的耐磨性和耐蚀性,常在阀座和阀瓣基体上堆焊耐蚀合金或者耐磨合金焊条。本文中主要讨论在基体材料为ZG1Cr13的阀瓣上堆焊钴基硬质合金的焊接工艺及改进措施。

  2、焊接性分析

  (1)材料属性分析ZG1Cr13属于马氏体不锈钢,其与ASMEA217/A217M相当,材料的主要化学成分如表1所示。ZG1Cr13在阀门制造中,很多情况下作为中、低碳钢母材上的铁基硬质合金堆焊材料被使用。ZG1Cr13与CF3、CF8M相比,经过适当的热处理,ZG1Cr13有更高的抗拉强度,且价格较CF3、CF8M低廉,所以在石油化工设备中常选用它作为阀体内件。由于马氏体不锈钢淬硬倾向较大、易在热影响区引起开裂,因此马氏体钢焊接时容生冷裂纹。

  焊丝主要化学成分如表2所示,常温硬度40~45HRC,通常作为低合金耐热钢和低碳钢基体的堆焊材料。本焊丝材料具有良好的耐蚀、耐磨损性能及在540℃高温时具有良好的红硬性。在晶相组织中发现材料中含有大量的高硬度的碳化物,因此在焊接过程中容易产生脆性裂纹。

  根据两种材料的化学成分和性能特点,可以初步断定,易于开裂。如果直接堆焊工艺失败,可以考虑堆焊过渡层和堆焊隔离层的方法。

  3、焊接工艺评定

  (1)阀瓣结构特点如图1所示,截止阀阀瓣随着通径的变大,密封面的外圆D1也变大,堆焊的宽度L也变大,这样需要多层多道焊接来完成,焊接应力分布较复杂。在堆焊前应对待焊表面及近缝区进行磁粉探伤,以确保带焊区域没有铸造缺陷。

  截止阀阀瓣堆焊后

  图1 截止阀阀瓣堆焊后

  (2)焊接工艺方法的选择目前国内堆焊钴基硬质合金的方法多采用等离子弧焊、焊条电弧焊和钨极氩弧焊,前两种焊接方法效率较高,后两种焊接比较灵活。选择焊接方法的重要原则是高的熔敷速度和低的稀释率。表3是根据我公司多年的经验积累,总结的各焊接方法的优缺点。

  表3 焊接方法优缺点对比

  焊接方法优缺点对比

  焊接后检测按照焊接标准应进行渗透探伤、硬度和化学成分的检测。

  4、试生产结果

  通径为DN≤100mm的阀瓣未发生裂纹缺陷。通径为150~250mm的阀瓣偶有开裂,开裂条数为两条左右,这可以通过对缺陷打磨成V形坡口进行补焊。

  通径为300~400mm的阀瓣开裂较为严重,部分阀瓣的开裂条数达6条左右,并且裂纹延伸到热影响区外,按照要求一般裂缝多于4条,可以视为零件的报废。

  5、改进后堆焊工艺

  (1)堆焊工艺选择经过试件的焊接,鉴于大口径阀瓣需要多层多道焊接来完成,焊接应力分布较复杂,焊接缺陷率较高,返工周期较长,成本较高,有时一次修整不能确保合格,导致产品报废风险较高。由此采用在阀瓣上先堆焊隔离层,再堆焊ERCoCr-A的方法。隔离层的材料为不锈钢,该材料抗氧化性高,高温强度好,在加氢装置、核电管道和热交换器上都有应用,还可以用于异种钢的焊接。

上海乾拓贸易有限公司
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