连杆蝶阀司太立合金止口制作问题的分析解决.pdf

作者简介:马辉()男中级工程师从事冶金设备制造工艺以及工艺装备设计文章编号:()连杆蝶阀司太立合金止口制作问题的分析解决马 辉吴芳芳(秦皇岛秦冶重工有限公司工业设计中心河北 秦皇岛)摘要 司太立合金作为一种常用的耐磨损、耐腐蚀、耐高温和耐氧化的硬质合金在阀门产品中有一定范围的应用我公司的连杆蝶阀在特殊工况系统应用时其止口合金也会采用司太立合金堆焊方法加工制作但该合金焊接难度大、硬度高、加工困难在实际制作中往往会出现返工返修等问题 本文主要介绍了该合金在一种低压低泄露连杆蝶阀制作过程中出现的问题和改进措施关键词 连杆蝶阀司太立合金焊接裂纹中图分类号:文献标志码:(.):.:概述连杆蝶阀以其结构简单、体积小、重量轻、安装空间小、操作简便具有良好的流量调节功能和关闭密封特性是近十几年来发展最快的阀门品种之一我公司生产的大型连杆蝶阀主要适用于热风炉系统作为冷风阀、煤气切断阀、煤气燃烧阀、助燃空气切断阀、烟道阀使用 根据阀门产品的实际工况需要对一些特殊介质管道阀门在设计时止口都要求堆焊合金以满足耐磨、耐腐蚀等需要常用的堆焊合金有 司太立合金等这些止口面合金层的焊接和加工在整个产品制造中都是关键控制点直接影响出厂前成品检验是否合格 年我公司承接了特殊管道用连杆蝶阀的 台订单开始制作时沿用以往的制作工艺对硬密封面精车、磨削后装配调试前 台蝶阀首次装配后进行的密封试验都不合格经过重新精磨和手工研磨后再次装配仍然出现不同程度的连贯密集气泡泄漏都达不到产品的密封要求前后 次的制作失败使产品面临拖期违约的危险后组织专门人员进行了约 个月的分析研究和改善攻关最终解决了制作问题并完成了按时交货以下对该过程中的问题原因和解决措施进行简要分析介绍 产品止口的结构形式和性能要求产品的的系统介质为烟气压力 温度 止口结构形式如图 所示要求阀体止口堆焊司太立合金 宽 深度 阀板止口堆焊司太立合金 宽度 深度 强度试验为 水压保压 分钟不得有可见阀 门 年第 期液滴或潮湿气密试验要求为 气压保压 分钟压降小于每分钟 个气泡 该产品的气密试验要求严格是整个制造过程中的技术难点 阀体 阀板 密封副图 止口结构形式 止口面制作要点焊接要点:司太立合金焊接难度较大堆焊合金前基体要用奥氏体不锈钢焊材打底焊接过渡层一般采用 焊条或 焊丝进行过渡层焊接过渡层的作用在于不将司太立合金直接焊接在碳钢基体母材上保证焊接的合金都直接熔化在奥氏体不锈钢过渡层上这样可以有效减少焊接裂纹的出现 司太立合金堆焊前将工件置于加热炉预热至 后出炉焊接整个焊接过程中保持工件温度不低于 焊后置入 保温炉内随炉缓冷至室温加工要点:堆焊前先在止口位置车梯形合金槽深度保证预留 加工量梯形槽形状为上大下小有利于保证焊接熔合质量车槽时需保证基体光洁无气孔、夹砂等铸造缺陷如有缺陷要先打磨补焊好 堆焊完的止口面经过精车后放松卡盘爪再磨削经粗磨、精磨后满足止口面的平面度在 以内百分表测量平面度不得有局部突变的位置制作问题主要是该产品首批装配后进行密封试验时泄漏率达不到设计要求表现为密集小气泡泄露局部点大气泡泄露经观察发现主要是由焊接裂纹、补焊硬点、止口平面度、止口粗糙度、工件打压变形、划伤磕碰六个方面的影响因素造成 具体原因分析 焊接裂纹问题首先受司太立合金本身的焊接工艺性影响焊接过程需要比较苛刻的预热和缓冷的条件其次工件止口面的合金层厚度大一般厚度在 以内容易保证焊接质量但该产品工件在包含加工余量的前提下阀体和阀板的止口面需要焊接至 和 这也加大了出现焊接裂纹的几率手工钨极氩弧焊的焊接方法在焊接过程中需要反复更换焊条起弧收弧的连接点较多焊接停顿的位置形成短时间内温度急剧变化焊缝熔池凝固速度快冷却过程中焊缝应力得不到充分释放容易造成裂纹的形成如图 所示 同理在出现裂纹后补焊过程也是容易出现裂纹甚至出现裂纹越补越多的情况 根据气密试验泄露位置判断焊接裂纹是影响气密试验泄露的主要因素图 焊接裂纹 焊接局部硬点问题局部硬点是在裂纹缺陷补焊时出现的原因是补焊点冷却速度快造成局部硬度比相邻区域略高硬度的突变位置在车削和磨削时会造成微观让刀现象形成止口面的局部凸点此凸点在整个加工过程都会去除不完全造成装配后的止口凸点处有间隙出现气密试验时冒大泡的气体泄漏如图 所示图 局部硬点 止口平面度问题止口经砂轮磨削后放松卡爪打表测量以及加工后放置 后打表测量显示其平面度都在 以内打压试验时阀板有塑性变形平面度圆周 年第 期阀 门渐变 的止口能贴合紧密不会对气密试验造成影响 止口粗糙度差问题止口磨削加工后其表面上分布有径向磨削纹这些目视可见的很浅的刀纹是造成气密实验时大面积小气泡渗漏的主要原因如图 所示首次制作工艺流程中在磨削止口面时使用的砂轮目数先后为 目和 目磨削出的刀纹较深粗糙度虽然能达到 但微观上也是达不到有效阻挡空气分子通过的效果的气密试验时止口圆周方向出现密集小气泡泄露原因是空气中氧气分子直径 氮气 止口面粗糙度 微米在微观上每个刀纹深度接近空气分子的上千倍每个磨削纹都是气体的泄漏通道考虑到试验压力对刀纹的微观变形影响有限有径向微观磨削刀纹的止口达不到试验要求 解决思路是改变刀纹的形状保证径向刀纹不通透或磨削成环形纹的效果达到降低泄漏量的目的止口面径向磨削刀纹是影响气密试验泄露的主要因素图 止口粗糙度差造成的泄露 工件的打压变形的影响为了验证工件变形对泄漏量的影响分别在 的压力下进行测量阀板中心的变形量结果显示阀板确实都有不同程度的弹性变形但泄露量的变化并不明显根据试验的结果显示工件的弹性变形对泄露量的影响基本可以忽略 其他问题划伤和磕碰点在打压时会造成明显的局部大的泄漏点在制造、周转、装配过程中要做好防护严格杜绝出现此类问题经过以上分析得知焊接裂纹、局部硬点、止口粗糙度差是造成泄漏率大的主要问题需要采取措施改善 改进措施 焊接裂纹问题针对产生裂纹的原因主要从两个方面进行了改善为了改变手工钨极氩弧焊在焊接过程中需要反复更换焊条、起弧收弧的连接点多的问题将焊接方法改为使用等离子弧喷焊焊材由司太立合金棒材改为司太立合金粉末等离子弧喷焊设备配操作机联动可实现摆动喷焊另给工件配置了水平转台能实现工件的旋转自动喷焊 等离子弧焊接方法较手工钨极氩弧焊有焊接稳定焊接速度均匀成形美观等优势工件预热温度不会影响到操作人员也就影响不到焊接质量同时能较大程度的保证焊接的连续和厚度的均匀止口面的加工量可以减小到 焊接厚度的减小同时也起到了减少出现裂纹几率和节约焊材的效果等离子弧喷焊涉及的主要焊接参数如表 所示表 主要焊接参数主弧电流()维弧电流()离子弧流量(/)保护气流量(/)送粉气流量(/)送粉延时()摆动速度(/)摆动左停留()摆动右停留()焊接速度(/)图 手工钨极氩弧焊焊缝图 等离子弧喷焊焊缝因工件止口宽度不同阀体的止口面焊缝焊一遍两道阀板的止口焊两遍一道通过此方法确实起到了减少裂纹的数量的效果实际的效果为采用等离子弧喷焊后的止口面裂纹数量可以控制在 道以内阀 门 年第 期补焊工艺的改善针对补焊过程中出现裂纹的问题改进使用专用引弧板即在裂纹出现的位置提前焊接引弧板工艺过程为先将裂纹缺陷用打磨的方式去除将工件预热后从引弧板的位置引弧补焊完成裂纹处补焊后将电弧引出至引弧板上再熄弧整个过程要连续不得间断焊后立即覆盖保温棉保温 补焊过程使用引弧板如图 所示图 补焊点设置引弧板通过以上两个方面的措施改进后基本解决了止口焊接裂纹的问题 局部硬点问题在现有设备、刀具等硬件条件不好改善的前提下经过试验用 目油石浸湿研磨止口能解决该问题该过程需要靠钳工的高超手工技能来实现 止口粗糙度差问题针对磨削刀纹深的问题需要继续加大砂轮目数以期达到更光洁的止口面但在立车没有配置冷却的情况下当使用 目以上砂轮磨削时会产生砂轮砂粒间的铁屑填充问题很容易造成止口面烧伤达不到到磨削的效果借鉴金相检验试样制备的工艺流程我们对磨削工艺增加了抛光序即在止口面经过 目和 目磨削后增加抛光工序 经过试验选用不同的抛光布最终采用了呢子布料作为研磨膏载体具体操作为在刀杆上缠绕固定抛光布并涂抹研磨膏的方式进行抛光磨削先后使用了 目、目的金刚石研磨膏在将径向磨削纹抛光至不通透后可继续抛光至环形纹该工序在提高了止口面粗糙度的同时也改变了微观纹路的方向环形纹理论上有助于阻止和减缓气密试验过程中的气体分子的泄露通过磨削工艺的改进抛光加工后的工件装配后在气密试验时达到了技术要求 该方法可根据具体密封要求提升抛光用的研磨膏的目数实践中曾对一种球面止口依次升高研磨膏目数达到 目时可以抛光出镜面效果(见图)图 抛光后效果 结语本文介绍了连杆蝶阀堆焊司太立合金止口在焊接和加工过程中的工艺难点和解决措施通过分析焊接缺陷的产生原因提出焊接缺陷的工艺改进以及止口面磨削降低粗糙度的工艺改进措施最终解决了连杆蝶阀低压低泄露产品制作中的技术难点完善了我公司连杆蝶阀在不同工况使用需求下的产品制作流程希望对类似工艺的应用和研究起到参考借鉴作用参 考 文 献 杨源泉.阀门设计手册.北京:机械工业出版社.陆培文.实用阀门设计手册.北京:机械工业出版社.陈祝年.焊接工程师手册.北京:机械工业出版社.中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第 卷:材料的焊接).北京:机械工业出版社.李亚江.焊接冶金学.北京:机械工业出版社.邹言龙聂正斌雷振国.等离子弧焊与切割技术快速入门.上海:上海科学技术出版社:.周振丰.金属熔焊原理与工艺.北京:机械工业出版社.刘清.平面研磨加工机理研究.北京:机械工业出版社.吴全生.机修钳工(技师、高级技师).版 北京:机械工业出版社.李伯民赵波.现代磨削技术.北京:机械工业出版社.赵如福.金属机械加工工艺人员手册.版.上海:上海科学技术出版社:.孟少农.机械加工工艺手册:第 卷.北京:机械工业出版社./阀门的检验与试验./承压设备无损检测.李友谊罗扬洪杰等.司太立钴基合金 堆焊工艺探研.焊接():.(收稿日期:)年第 期阀 门