堆焊-徐维普

阀门耐磨堆焊工艺及材料研究徐维普上海市特种设备监督检验技术研究院国家气瓶阀门质量监督检验中心22020/4/27法规要求:1、TSGD7002-2006《压力管道元件型式试验规则》中，要求对闸阀闸板密封面的硬度、截止阀和止回阀阀瓣的硬度进行检测。这些区域的高硬度大部分是靠堆焊的方法获得的。研究原因32020/4/27TSGD2001-2006《压力管道元件制造许可规则》中规定：A1、A2级阀门制造单位应有等离子堆焊设备、B级阀门制造单位有满足堆焊工艺要求的焊接设备主要原因通过增强设备能力提高制造单位的准入门槛提高我国企业的制造能力间接增强企业技术水平（好多企业因此增加了焊接技术人员和持证焊工）2020/4/274企业提高堆焊技术水平的必要性随着在2010年即将颁布实施的《TSGG000X压力管道元件制造监督检验规则》《TSGDB001压力管道阀门安全技术监察规程》52020/4/27必要性2020/4/2762个新法规的实施，将加强对阀门制造企业的监管。特别是制造监督检验规则，要求对所有的压力管道阀门制造企业进行制造监督检验，而其中的一个重点就是对企业焊接设计及制造过程的控制。必要性2020/4/277目前很多企业，连焊接工艺评定是什么都不清楚，有的企业在完成焊接工艺评定后，将花了几万元作的评定试样作为废铁卖掉，对焊接的技术储备及过程控制非常不重视。同时，行业内的焊接技术人员也严重不足。期望的效果通过与企业的沟通，在了解企业现状的基础上，与国内知名的上海良工阀门厂有限公司及上海凯科阀门集团开展了合作，完成了《阀门耐磨密封面堆焊技术及检验规范研究》希望能为各制造企业提供操作性强的堆焊方法及工艺2020/4/278堆焊技术介绍92020/4/27堆焊是一种应用较为广泛的焊接方法，可以获得性能优良的抗腐蚀、耐磨损的堆焊层，从而保护设备的安全及有效运行。阀门作为制动以及管道和设备安全的重要环节，对设备的安全运行以及操作人员的人身安全都至关重要。目前的阀门的密封面大多使用堆焊的方法来获得满足使用要求的耐腐蚀、抗磨损性能。堆焊是阀门行业使用最为广泛的焊接方法。等离子弧堆焊设备由于基体材料多变，阀门密封面的要求也不尽相同，因此在阀门的堆焊中，工艺变化很大。针对不同的母材和使用场合，需要制定不同的焊接工艺。目前，在阀门研制和生产中，钴基硬质合金以其无可替代的卓越综合性能被广泛应用到各类阀门密封面的堆焊中。这种合金以铸造成型为主，制成焊丝和焊条及粉末等堆焊材料，采用气焊、电弧焊、惰性气体保护焊、喷焊等工艺方法制造，以获得阀门密封面的表面硬化层。2020/4/2711表1国外阀门密封面堆焊用焊条122020/4/27焊条牌号手工堆焊金属化学成分（%）硬度HRC国别CSiMnCrNiMoWFeCoNbECoCr0.7-1.4≤2.0≤2.026-32≤3≤1.03-6≤5余-38-42美国1.6-2.21.5-2.6-25-32--4-5≤4余-40-50前苏联STL-30.7-1.4≤2.0≤2.025-32--3-6≤3余-38-44日本UR-451.1--29-31--6-7-余-45-48德国YOHU-13H0.1-0.3≤0.7≤0.812-14≤0.6--余--33-48前苏联CR-550.330.360.3612.87---余--45-51日本GRIOUR-240.21.51.513-1.1-余--40-52德国2020/4/2713合金粉末牌号手工堆焊金属化学成分（%）硬度HRC国别CSiMnCrNiMoWFeCoB司太利N061.01.0128≤3-4.0≤3余--德国钴基No1580.751.25125.5--4.00.7余0.743美国福田合金1001.21.3-1.7-19-21≤3-4.5-5.5-68-722.3-2.750-55日本1.150.720.8631.4--4.3-余-42-48前苏联镍基合金410.45319余--3.751240前苏联0.3-0.61.5-4-12-15余--5-1.5-2.545-50前苏联铁基合金902.751127---余--52美国表2国外阀门密封面堆焊用粉末在我国，按照JB/T6438-92《阀门密封面等离子弧堆焊技术要求》的内容，常用基体材料主要有：25、35、40、WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni9、ZGCr5Mo、ZG20CrMoV、1Cr5Mo、12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、15Cr1MoV、WC6、WC9、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti。2020/4/2714同时，按照GB/T984-2001《堆焊焊条》的内容，目前常用的堆焊焊条有60多个型号的产品。另外，随着技术的发展，近几年，国内外很多科研单位都开发出了性能优异的耐磨损合金粉末。如国内几家焊接研究所及科研机构、焊接材料制造企业。2020/4/2715耐磨损堆焊主要是使用钴基合金：EDCoCr××-××，以及WC粉末：EDW××-××。对于WC管状焊条，其型号第一个字母“E”表示焊条；第二个字母“D”表示用语表面耐磨堆焊；后面字母“G”和元素符号“WC”表示WC管状焊条，其后数字1、2、3表示芯部WC粉化学成分分类代号（见表3）。短划后面为WC粒度代号，用通过筛网和不通过筛网两个目数表示，以“/”相隔，或只用通过筛网的一个目数表示（见表4）。2020/4/27162020/4/2717型号粒度分布EDGWC×-12/301.7㎜～600μm(-12目+30目)EDGWC×-20/30850μm～600μm(-20目+30目)EDGWC×-30/40600μm～425μm(-30目+40目)EDGWC×-40425μm(-40目)EDGWC×-40/120425μm～125μm(-40目+120目)注:1、焊条型号中的×表示1或者2或者3；2、允许通过筛网的筛上物≤5%。表3WC粉的化学成分2020/4/27表4WC粉的颗粒型号CSiNiMoCoWFeThEDGW1-×3.6-4.2≤0.3≤0.3≤0.6≤0.3≥94≤1≤0.01EDGW2-×6-6.2≥91.5≤0.5EDGW3-×由供需双方商定2020/4/2719目前钴基合金的堆焊常用方法有等离子弧焊、氩弧焊、氧乙炔堆焊、电弧焊等。等离子弧焊主要是利用弧柱等离子体热来加热金属。等离子弧的特性是能量密度可达10000-100000W／cm2，其温度可达18000～24000K。通过控制粉末送给量的稳定和灵活的可调性，非转移弧与转移弧的电流规范送粉气与离子气的精确调节转动台速度的调节，喷枪摆幅与摆动频率的调节，喷嘴与工件的距离等参数，可以堆焊出其他焊接方法无法实现的高硬度、高强度，特别是其他焊接方法无法焊接的高熔点、高强度合金粉末。2020/4/2720氩弧焊时，首先对工件进行预热，为了保证堆焊面的硬度，必须焊二层或三层以上，且堆焊电流要适中。焊后需要进行热处理。由于该焊接方法温度也比较高，因此获得的钴基合金堆焊层的性能也还比较好只有没有等离子弧焊及氩弧焊的条件，才进行手工电弧焊，手工焊有氧-乙炔焊和手工电弧焊。2020/4/2721氧-乙炔堆焊是一个传统的操作工艺，具有设备简单、熔敷率高、堆焊层化学成分稳定等优点，且堆焊一层（3㎜）即可达到设计及主品使用要求。这种焊接方法中，气焊火焰的掌握十分关键。火焰有三部分：中性火焰、氧化焰、还原焰，堆焊操作时，必须采用乙炔三倍于氧气的还原火焰（碳化焰）。堆焊前，将工件用火焰加热到300～350℃，然后将还原焰对准工件堆焊面加热到工件表面发红，此时会在表面出现一层很薄的渗碳层。将焊材放入还原火焰区域，熔化的材料会在工件表面随渗碳层迅速展开，火焰持续动作，熔滴有节奏与工件结合形成硬化堆焊层。焊后还要进行消应力热处理。电弧焊的堆焊用电流主要与焊条的直径有关。对于φ3.2的焊条，一般焊接电流为90～120A；对于φ4.0的焊条，焊接电流一般为140～170A；对于φ5.0的焊条，焊接电流一般为170～200A。焊接时直流短弧。2020/4/2722手工堆焊工艺2020/4/2723焊条必须在指定温度下烘干，烘干后放进保温筒中随用随取。按照焊接作业指导书的要求，还应调整焊接设备的工艺参数。由于阀门对尺寸要求较高，因此焊前需要对毛坯的尺寸进行测量，并进行喷丸处理。为了防止飞溅对以后的机加工的影响，应在堆焊的影响表面覆盖石棉或涂上石灰水进行防护。等离子弧焊工艺要求2020/4/2724等离子弧焊必须严格控制下列参数：粉末送给量的稳定和灵活的可调性，非转移弧与转移弧的电流规范送粉气与离子气的精确调节转动台速度的调节，喷枪摆幅与摆动频率的调节，喷嘴与工件的距离等。如何排除手工焊缺陷对于气孔和翻泡之类的缺陷，堆焊时如果工件表面局部温度过高，基体温度过热，堆焊层内会混入过多的基体金属，当出现焊接火焰或焊弧晃动，保护气氛不良及表面准备工作不完善等，就会出现气孔及翻泡。如果出现这种情况，就应该重新用加热焰重新加热一次，可以使气泡逸出。2020/4/2725裂纹出现的情况：堆焊前预热温度低，工件几何尺寸复杂的部件，堆焊过程中保温不良和堆焊后工件无保温措施，形成急冷，均会出现裂纹和裂缝。另外堆焊中火焰突然从熔池离开，都会因为出现弧坑而发生龟裂。而没有经过退火的工件也很容易产生裂纹。要减少或排除这些裂纹，可以对小工件用火焰仔细深熔；大工件则必须均匀加热，出现裂纹，可以打磨至基体后补焊。2020/4/2726等离子弧焊缺陷排除2020/4/2727工艺故障主要有四种。一个是非转移弧不能起弧，主要原因有：高频发生器火花室发火点错位或间隙过大，排除方法是检查高频发火室，将发火点对准，并用起子调整间隙。钨极与压缩道上端距离太大，排除方法是调节电极与压缩角尖端的距离。喷嘴锥角附有氧化膜等污物，排除方法是拆下喷嘴，用盐酸腐蚀清洗后，用细砂纸打磨。其他原因还有如电压过低、钨电极烧损严重、电流调节过小、离子气未接通、钨极与喷嘴短路等。上海市特种设备监督检验技术研究院隶属于上海市质量技术监督局，依据国家有关法律、法规、安全技术规范和技术标准，对锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、游乐设施和场（厂）内机动车辆等涉及公众生命安全、危险性较大的特种设备安全性能进行检验，并开展检验技术和方法的研究。上海市特检院除具备国家认可的特种设备检验资格外，还通过了ISO9001质量体系认证、国家实验室认可和检查机构认可、实验室资质认定（计量认证），具备马来西亚、新加坡政府授权认可的第三方锅炉压力容器检验机构资格，是公正的第三方社会公益型事业单位，是上海市特种设备的权威检验机构。2020/4/2728上海市特检院现设7个职能管理处（办），1个分院（化学工业区分院），13个检验业务室，1个气瓶阀门检测中心（国家气瓶阀门质量监督检验中心），1个锅炉能效测试实验室，1个特种设备作业人员培训中心，1个特种设备作业人员考试中心，1个承压类特种设备基于风险的检验（RBI）研究中心，1个机电类特种设备风险评价研究中心。全院现有职工541人，其中高级职称的技术人员92人（含教授级8人），中级职称的技术人员132人；特种设备高级检验师12人，检验师133人；博士、硕士57人。2020/4/2729目前，我院有国家气瓶阀门质量监督检验中心、气瓶型式试验中心和即将成立的压力管道阀门型式试验中心，可以开展各类气瓶、气瓶阀门和A1级压力管道阀门的型式试验。2020/4/27302020/4/2731