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【学术前沿】连杆蝶阀司太立合金止口制作问题的分析解决

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2025-03-05-03-07

展会结束

收录于话题

#科学 #技术 #工艺 #论文 #学术

出品 |《阀门》期刊

作者 | 秦皇岛秦冶重工有限公司工业设计中心：马辉，吴芳芳

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。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D507MoNb，D547Mo，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。

各类问题分析●2.1 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3 mm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5 mm和8 mm，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1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1 焊接裂纹

2.2 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2所示。

图2 局部硬点

2.3 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48小时后打表测量显示其平面度都在0.02 mm以内，打压试验时阀板有塑性变形，平面度圆周渐变0.02 mm的止口能贴合紧密，不会对气密试验造成影响。2.4 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3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80目和320目，磨削出的刀纹较深，粗糙度虽然能达到0.4，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0.346 nm，氮气0.364 nm，止口面粗糙度0.4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3 止口粗糙度差造成的泄露

2.5 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0.1 MPa，0.25 MPa，0.4 MPa，0.6 MPa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。2.6 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●3.1 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0.5~1.0 mm，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1所示。

表1 主要焊接参数

图4 手工钨极氩弧焊焊缝

图5 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3道以内。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6所示。

图6 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。3.2 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1000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。3.3 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400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80目和320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800目、2000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10000目时，可以抛光出镜面效果（见图7）。