閥門耐磨堆焊 工藝及材料研究,徐維普,上海市特種設備監督檢驗技術研究院 國家氣瓶閥門質量監督檢驗中心,2,2019/5/16,法規要求 : 1、TSG D7002-2006壓力管道元件型式試驗規則中，要求對閘閥閘板密封面的硬度、截止閥和止回閥閥瓣的硬度進行檢測。這些區域的高硬度大部分是靠堆焊的方法獲得的。,研究原因,3,2019/5/16,TSG D2001-2006壓力管道元件制造許可規則中規定：A1、A2級閥門制造單位應有等離子堆焊設備、B級閥門制造單位有滿足堆焊工藝要求的焊接設備,主要原因,通過增強設備能力提高制造單位的準入門檻,提高我國企業的制造能力,間接增強企業技術水平（好多企業因此增加了焊接技術人員和持證焊工）,2019/5/16,4,企業提高堆焊技術水平的必要性 隨著在2010年即將頒布實施的 TSG G000X 壓力管道元件制造監督檢驗規則 TSG DB001壓力管道閥門安全技術監察規程,5,2019/5/16,必要性,2019/5/16,6,2個新法規的實施，將加強對閥門制造企業的監管。 特別是制造監督檢驗規則，要求對所有的壓力管道閥門制造企業進行制造監督檢驗，而其中的一個重點就是對企業焊接設計及制造過程的控制。,必要性,2019/5/16,7,目前很多企業，連焊接工藝評定是什么都不清楚，有的企業在完成焊接工藝評定后，將花了幾萬元作的評定試樣作為廢鐵賣掉，對焊接的技術儲備及過程控制非常不重視。 同時，行業內的焊接技術人員也嚴重不足。,期望的效果,通過與企業的溝通，在了解企業現狀的基礎上，與國內知名的上海良工閥門廠有限公司及上海凱科閥門集團開展了合作，完成了 閥門耐磨密封面堆焊技術及檢驗規范研究 希望能為各制造企業提供操作性強的堆焊方法及工藝,2019/5/16,8,堆焊技術介紹,9,2019/5/16,堆焊是一種應用較為廣泛的焊接方法，可以獲得性能優良的抗腐蝕、耐磨損的堆焊層，從而保護設備的安全及有效運行。閥門作為制動以及管道和設備安全的重要環節，對設備的安全運行以及操作人員的人身安全都至關重要。目前的閥門的密封面大多使用堆焊的方法來獲得滿足使用要求的耐腐蝕、抗磨損性能。堆焊是閥門行業使用最為廣泛的焊接方法。,等離子弧堆焊設備,由于基體材料多變，閥門密封面的要求也不盡相同，因此在閥門的堆焊中，工藝變化很大。針對不同的母材和使用場合，需要制定不同的焊接工藝。目前，在閥門研制和生產中，鈷基硬質合金以其無可替代的卓越綜合性能被廣泛應用到各類閥門密封面的堆焊中。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，采用氣焊、電弧焊、惰性氣體保護焊、噴焊等工藝方法制造，以獲得閥門密封面的表面硬化層。,2019/5/16,11,表1國外閥門密封面堆焊用焊條,12,2019/5/16,2019/5/16,13,表2國外閥門密封面堆焊用粉末,在我國，按照JB/T 6438-92閥門密封面等離子弧堆焊技術要求的內容，常用基體材料主要有：25、35、40、WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni9、ZGCr5Mo、ZG20CrMoV、1Cr5Mo、12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、15Cr1MoV、WC6、WC9、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti。,2019/5/16,14,同時，按照GB/T 984-2001堆焊焊條的內容，目前常用的堆焊焊條有60多個型號的產品。另外，隨著技術的發展，近幾年，國內外很多科研單位都開發出了性能優異的耐磨損合金粉末。 如國內幾家焊接研究所及科研機構、焊接材料制造企業。,2019/5/16,15,耐磨損堆焊主要是使用鈷基合金：EDCoCr-，以及WC粉末：EDW-。對于WC管狀焊條，其型號第一個字母“E”表示焊條；第二個字母“D”表示用語表面耐磨堆焊；后面字母“G”和元素符號“WC”表示WC管狀焊條，其后數字1、2、3表示芯部WC粉化學成分分類代號（見表3）。短劃后面為WC粒度代號，用通過篩網和不通過篩網兩個目數表示，以“/”相隔，或只用通過篩網的一個目數表示（見表4）。,2019/5/16,16,2019/5/16,17,表3 WC粉的化學成分,2019/5/16,表4 WC粉的顆粒,2019/5/16,19,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加熱金屬。等離子弧的特性是能量密度可達10000-100000Wcm2，其溫度可達1800024000K。通過控制粉末送給量的穩定和靈活的可調性，非轉移弧與轉移弧的電流規范送粉氣與離子氣的精確調節轉動臺速度的調節，噴槍擺幅與擺動頻率的調節，噴嘴與工件的距離等參數，可以堆焊出其他焊接方法無法實現的高硬度、高強度，特別是其他焊接方法無法焊接的高熔點、高強度合金粉末。,2019/5/16,20,氬弧焊時，首先對工件進行預熱，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能也還比較好 只有沒有等離子弧焊及氬弧焊的條件，才進行手工電弧焊，手工焊有氧-乙炔焊和手工電弧焊。,2019/5/16,21,氧-乙炔堆焊是一個傳統的操作工藝，具有設備簡單、熔敷率高、堆焊層化學成分穩定等優點，且堆焊一層（3）即可達到設計及主品使用要求。這種焊接方法中，氣焊火焰的掌握十分關鍵。火焰有三部分：中性火焰、氧化焰、還原焰，堆焊操作時，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300350，然后將還原焰對準工件堆焊面加熱到工件表面發紅，此時會在表面出現一層很薄的滲碳層。將焊材放入還原火焰區域，熔化的材料會在工件表面隨滲碳層迅速展開，火焰持續動作，熔滴有節奏與工件結合形成硬化堆焊層。焊后還要進行消應力熱處理。,電弧焊的堆焊用電流主要與焊條的直徑有關。對于3.2的焊條，一般焊接電流為90120A；對于4.0的焊條，焊接電流一般為140170A；對于5.0的焊條，焊接電流一般為170200A。焊接時直流短弧。,2019/5/16,22,手工堆焊工藝,2019/5/16,23,焊條必須在指定溫度下烘干，烘干后放進保溫筒中隨用隨取。按照焊接作業指導書的要求，還應調整焊接設備的工藝參數。由于閥門對尺寸要求較高，因此焊前需要對毛坯的尺寸進行測量，并進行噴丸處理。為了防止飛濺對以后的機加工的影響，應在堆焊的影響表面覆蓋石棉或涂上石灰水進行防護。,等離子弧焊工藝要求,2019/5/16,24,等離子弧焊必須嚴格控制下列參數：粉末送給量的穩定和靈活的可調性，非轉移弧與轉移弧的電流規范送粉氣與離子氣的精確調節轉動臺速度的調節，噴槍擺幅與擺動頻率的調節，噴嘴與工件的距離等。,如何排除手工焊缺陷,對于氣孔和翻泡之類的缺陷，堆焊時如果工件表面局部溫度過高，基體溫度過熱，堆焊層內會混入過多的基體金屬，當出現焊接火焰或焊弧晃動，保護氣氛不良及表面準備工作不完善等，就會出現氣孔及翻泡。如果出現這種情況，就應該重新用加熱焰重新加熱一次，可以使氣泡逸出。,2019/5/16,25,裂紋出現的情況：堆焊前預熱溫度低，工件幾何尺寸復雜的部件，堆焊過程中保溫不良和堆焊后工件無保溫措施，形成急冷，均會出現裂紋和裂縫。另外堆焊中火焰突然從熔池離開，都會因為出現弧坑而發生龜裂。而沒有經過退火的工件也很容易產生裂紋。要減少或排除這些裂紋，可以對小工件用火焰仔細深熔；大工件則必須均勻加熱，出現裂紋，可以打磨至基體后補焊。,2019/5/16,26,等離子弧焊缺陷排除,2019/5/16,27,工藝故障主要有四種。一個是非轉移弧不能起弧，主要原因有：高頻發生器火花室發火點錯位或間隙過大，排除方法是檢查高頻發火室，將發火點對準，并用起子調整間隙。鎢極與壓縮道上端距離太大，排除方法是調節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，用細砂紙打磨。其他原因還有如電壓過低、鎢電極燒損嚴重、電流調節過小、離子氣未接通、鎢極與噴嘴短路等。,上海市特種設備監督檢驗技術研究院隸屬于上海市質量技術監督局，依據國家有關法律、法規、安全技術規范和技術標準，對鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機械、游樂設施和場（廠）內機動車輛等涉及公眾生命安全、危險性較大的特種設備安全性能進行檢驗，并開展檢驗技術和方法的研究。上海市特檢院除具備國家認可的特種設備檢驗資格外，還通過了ISO 9001質量體系認證、國家實驗室認可和檢查機構認可、實驗室資質認定（計量認證），具備馬來西亞、新加坡政府授權認可的第三方鍋爐壓力容器檢驗機構資格，是公正的第三方社會公益型事業單位，是上海市特種設備的權威檢驗機構。,2019/5/16,28,上海市特檢院現設7個職能管理處（辦），1個分院（化學工業區分院），13個檢驗業務室，1個氣瓶閥門檢測中心（國家氣瓶閥門質量監督檢驗中心），1個鍋爐能效測試實驗室，1個特種設備作業人員培訓中心，1個特種設備作業人員考試中心，1個承壓類特種設備基于風險的檢驗（RBI）研究中心，1個機電類特種設備風險評價研究中心。全院現有