馬世輝，張春青 ，楊 軍

(1.承德石油高等?？茖W(xué)校，河北 承德 067000；2.承德江鉆石油有限責(zé)任公司，河北 承德 067000)

0 前言

石油礦場(chǎng)用采油（氣）井口裝置中最重要用量最多的是閘閥。平行閘板閥有較多的優(yōu)越性，如在相同工況下開(kāi)關(guān)力矩小，采用浮動(dòng)閥座密封可靠且可防止雜質(zhì)擦傷密封面拉毛，密封比壓隨工作壓力而變化，有自封性等，因而被廣泛采用。

1 問(wèn)題提出

承德江鉆石油廠大量生產(chǎn)采油（氣）井口裝置中的平行閘板閥，材質(zhì)為35CrMo，規(guī)格包括φ180×20、φ133×25、φ106×23，其閥體和法蘭采用焊條電弧焊焊接，為保證接頭良好的性能，采用嵌入式坡口，如圖1所示。這種坡口形式盡管能滿足生產(chǎn)需要，接頭組織和力學(xué)性能符合技術(shù)要求，但接頭坡口處圓弧加工困難，由于是焊條電弧焊焊接，裝配焊接工作量大，生產(chǎn)效率低下，且不可避免產(chǎn)生熔焊時(shí)熔池凝固過(guò)程中的裂紋、氣孔等缺陷。為此，一是考慮到平行閘板閥閥體和法蘭均為圓形截面，如圖2所示，尺寸規(guī)格不大，符合連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊構(gòu)件要求的特點(diǎn)；二是考慮到連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊焊接接頭屬于固態(tài)焊接過(guò)程，接頭不存在金屬熔化，在合金中保持母材的冶金性能。因而，采用連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊焊接工藝完成平行閘板閥閥體和法蘭的焊接。

2 焊接工藝對(duì)比

焊條電弧焊焊接閥體和法蘭的主要工藝為：焊條 φ3.2，E8515-G，焊前 400 ℃，烘干 1～2 h；焊前法蘭在 350℃～400℃預(yù)熱2～3 h；打底焊焊接電流90～110 A，電壓 24～26 V；其余各層的焊接電流140～160 A，電壓 26～28 V；焊后按如圖 3所示的熱處理工藝進(jìn)行消除應(yīng)力處理。

圖1 閥體與法蘭焊條電弧焊接頭設(shè)計(jì)

圖2 閥體與法蘭摩擦焊接頭設(shè)計(jì)

圖3 閥體與法蘭焊條電弧焊熱處理規(guī)范

摩擦焊焊接閥體和法蘭主要工藝為：焊前，將閥體作為移動(dòng)工件夾持于移動(dòng)夾具，法蘭作為旋轉(zhuǎn)夾具夾持于旋轉(zhuǎn)夾具；焊接時(shí)旋轉(zhuǎn)工件在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始高速旋轉(zhuǎn)，移動(dòng)工件在軸向力作用下逐步向旋轉(zhuǎn)工件靠攏，兩側(cè)工件接觸并壓緊后進(jìn)入準(zhǔn)摩擦階段。在此階段，摩擦壓力與轉(zhuǎn)速保持恒定。當(dāng)摩擦焊焊接區(qū)的溫度分布、變形達(dá)到一定程度后，開(kāi)始剎車制動(dòng)并使軸向力迅速升高到達(dá)所設(shè)定的頂鍛壓力。在頂鍛過(guò)程中及頂鍛后保壓過(guò)程中，焊接區(qū)金屬通過(guò)相互擴(kuò)散與再結(jié)晶完成整個(gè)焊接過(guò)程。三種規(guī)格的平行閘板閥焊接時(shí)的摩擦壓力、頂鍛壓力、頂鍛時(shí)間如表1所示。

表1 三種規(guī)格的平行閘板閥閥體與法蘭摩擦焊主要焊接參數(shù)

連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊焊接時(shí)，工件尺寸加工和組裝要求嚴(yán)格；接頭焊后產(chǎn)生飛濺，需機(jī)械去除。夾持部位要注意產(chǎn)生劃傷或夾持痕跡。焊接后采用高頻感應(yīng)加熱器進(jìn)行高頻退火消除應(yīng)力處理，退火溫度為680℃～690℃，時(shí)間15 min。

摩擦焊焊接后接頭組織（索氏體）致密、晶粒細(xì)化，接頭質(zhì)量高，再現(xiàn)性好，如圖4所示。在工藝試板上制取試件進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，其結(jié)果證明焊縫力學(xué)性能合格（見(jiàn)表2）。

圖4 閥體與法蘭摩擦焊接頭索氏體組織

表2 平行閘板閥閥體與法蘭摩擦焊力學(xué)性能

3 結(jié)論

生產(chǎn)實(shí)踐證明，平行閘板閥閥體與法蘭采用連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊工藝，與焊條電弧焊工藝相比，避免了熔焊時(shí)熔池凝固過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋、氣孔等缺陷；接頭坡口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易加工；接頭組織致密、晶粒細(xì)化，質(zhì)量高；改善了施焊者勞動(dòng)條件，提高了生產(chǎn)效率。