周國東

（美鉆石油鉆采系統(tǒng)（南京）有限公司，江蘇 南京 210000）

1.引言

節(jié)流閥在油田各項流體作業(yè)中應(yīng)用廣泛，主要用于流體的流量調(diào)節(jié)或壓力調(diào)節(jié)，在作業(yè)中通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的閥桿軸向移動來改變節(jié)流孔面積，以達到調(diào)節(jié)管路中的壓力和流量的目的。因此，節(jié)流閥的性能直接影響到作業(yè)的質(zhì)量。閥桿是節(jié)流閥的關(guān)鍵件，它的性能直接影響到節(jié)流閥的節(jié)流性能，目前國內(nèi)市場常用的針式節(jié)流閥閥桿為鑲制硬質(zhì)合金的閥桿，造成失效的形式表現(xiàn)為硬質(zhì)合金體脫落，裂紋。

2.節(jié)流閥閥桿工作原理

針式節(jié)流閥機構(gòu)如圖1所示。閥桿前端帶有錐度的針狀結(jié)構(gòu)，焊接整體式硬質(zhì)合金，使閥桿具有很好的耐磨和耐沖蝕能力。閥座與閥桿配合部分為硬質(zhì)合金材料，硬度高，耐沖刷，閥座與閥體為螺紋連接，連接部分采用合金鋼，具有減震，防脫落作用。在額定壓力下，順時針轉(zhuǎn)動手輪，閥門開啟度變小并趨于關(guān)閉狀態(tài)，完全關(guān)閉時，可達流量為零的狀態(tài)；逆時針轉(zhuǎn)動，閥門開啟度逐漸變大，節(jié)流閥開啟度可以從刻度套中來判斷。高速流體從下端法蘭流入，經(jīng)錐面孔阻尼后，再從右端法蘭孔流出，硬質(zhì)合金錐體處于懸臂狀態(tài)并高頻率震動，因此桿體附近極易發(fā)生疲勞斷裂，導(dǎo)致節(jié)流閥無法工作。因此，節(jié)流閥閥桿硬質(zhì)合金錐體與桿體連接可靠是關(guān)鍵點。

3.常用結(jié)構(gòu)

圖2是目前的常用的結(jié)構(gòu)。桿體通過前端螺紋旋合到硬質(zhì)合金錐體內(nèi)部，螺紋連接在釬焊過程中會產(chǎn)生不同應(yīng)力，造成釬焊結(jié)合面會有微小裂紋，在高速流體沖刷下易脫落，市場使用情況也是如此。懸臂狀態(tài)閥桿頭部在高速氣流沖刷下產(chǎn)生交變應(yīng)力，錐體前端在長時間下高頻率振動，產(chǎn)生輕微斷裂斷裂或合金體脫落，所以錐體與桿體連接強度要可靠，釬料選擇及釬料性能的性能至關(guān)重要的。

4.改進后的方案及工藝

桿體與錐體連接的關(guān)鍵如何讓硬質(zhì)合金錐體能夠承受交變高頻振動及交變載荷的作用。這需要從桿體，錐體的硬質(zhì)合金的機械性能，釬料及釬劑適用性，釬焊溫度等多方面綜合考慮。圖3為改進后新結(jié)構(gòu)，桿體材料1Cr13，熱處理硬度HBW197-235，抗拉強度бb=655Mpa，屈服極限б0.2=517Mpa，收縮率ψ%=35%，延伸率δ%=18%，低溫沖擊值（-46℃），Akv（min）=20J。錐體采用硬質(zhì)合金YG8，表面硬度達HRA89，抗彎強度σbb=1500Mpa。焊接面置于硬質(zhì)合金內(nèi)部，不與流體接觸，避免介質(zhì)沖擊破壞，有效抵抗高頻振動過程的沖擊力。

銀基釬料Ag50CuZn，適合釬焊間隙不均勻以及承受多次振動載荷工作，其焊接流動性及固化后韌性較高，有效抵抗流體高頻振動過程的沖擊力。釬料供應(yīng)狀態(tài)有：絲、片等狀態(tài)，本次試驗選用片狀厚度0.10mm，經(jīng)過多次試驗選用QJ102比較理想。外錐桿體在車床上加工與合金內(nèi)錐配合，間隙約在0.10-0.20。預(yù)先裁剪好焊片內(nèi)置于的錐體內(nèi)部，硬質(zhì)合金與不銹鋼有較大差別線膨脹系數(shù)，所以先預(yù)熱桿體頭部溫度200～300℃，再插入錐體內(nèi)部，緩慢加熱，控制釬焊溫度在790～830℃，焊接完成后將工件放入爐中保溫，爐內(nèi)溫度控制320-350℃，保溫6h，消除焊接殘余應(yīng)力。圖3中縱向四個及環(huán)向兩個通氣孔為工藝孔，使焊接密閉內(nèi)腔處于開放狀態(tài)，加熱過程留給內(nèi)部氣體逃逸空間，既便于焊接排渣及多余溶液流出又可以減少焊接應(yīng)力。

5.試驗論證

按圖3結(jié)構(gòu)加工的針式節(jié)流閥閥桿，可靠性得到很到保證。交付油田使用未出現(xiàn)硬質(zhì)合金錐體脫落等情況，較好滿足現(xiàn)場的需求。