傅慧明，王家?guī)?/p>

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

閥門的密封面堆焊材料應(yīng)依據(jù)閥門的工作溫度、工作壓力、介質(zhì)腐蝕程度以及閥門的類型、密封面結(jié)構(gòu)形式、密封比壓與許用比壓、企業(yè)自身生產(chǎn)條件、設(shè)備加工能力、堆焊技術(shù)能力與客戶指定要求等條件來進(jìn)行選擇。同時(shí)需優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在滿足閥門所需標(biāo)準(zhǔn)的前提下，優(yōu)先選用價(jià)格較低、生產(chǎn)速度較快、整體性價(jià)比相對(duì)較高的密封面材料。

1 閥門密封面材料標(biāo)準(zhǔn)

API是 美 國(guó) 石 油 學(xué) 會(huì)（American Petroleum Institute）的縮寫，其對(duì)不同的材料做出了規(guī)定，并明確每種材料在某種情況下可以使用，但在實(shí)際使用時(shí)仍要考慮材料的綜合性能合理選擇。而后，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）參考API標(biāo)準(zhǔn)中的一部分規(guī)定內(nèi)容作為相關(guān)密封面材料的規(guī)定，母材類別主要包括Fe-1、Fe-2、Fe-3、Fe-4、Fe-5A、Fe-5B、Fe-5C、Fe-6、Fe-7、Fe-8、Fe-9B、Fe-10H、Ni-1、Ni-2、Ni-3、Ni-4和Ni-5。JB/T 6438-2011對(duì)閥門密封面等離子弧堆焊的各項(xiàng)材料參數(shù)做出了詳細(xì)規(guī)定：（1）堆焊合金粉末（以下簡(jiǎn)稱粉末）材料的化學(xué)成分、堆焊層硬度、粒度等均應(yīng)符合JB/T 3168.1～3168.3、JB/T 7744的有關(guān)規(guī)定。（2）選用JB/T 3168.1～3168.3、JB/T 7744之外的粉末材料，由供需雙方協(xié)商確定。但其檢驗(yàn)方法按JB/T3168、JB/T7744的規(guī)定。（3）粉末材料的質(zhì)量應(yīng)符合JB/T 3168.1～3168.3、JB/T 7744的要求，并附有粉末制造廠檢驗(yàn)部門出具的質(zhì)量合格證書。（4）每批粉末使用前應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn)及化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)?；瘜W(xué)成分分析按JB/T 3168.2、JB/T 7744的規(guī)定。（5）粉末使用前應(yīng)進(jìn)行烘干，烘干時(shí)堆積厚應(yīng)小于5mm。烘干溫度按表1的規(guī)定。JB/T 7744-2011列舉16種合金粉末的成分、硬度及其適用范圍。

2 閥門密封面的堆焊工藝

要對(duì)閥門密封面的堆焊工藝進(jìn)行全面了解，需要對(duì)不同的堆焊工藝進(jìn)行了解，現(xiàn)階段常見的閥門密封面的堆焊工藝主要包括手工焊條電弧堆焊、氧乙炔火焰堆焊、鎢極氬弧焊堆焊、熔化極氣體保護(hù)焊堆焊、等離子弧堆焊等幾種，不同的對(duì)焊工藝優(yōu)點(diǎn)、缺陷以及應(yīng)用范圍也較不一致，具體分析如下。

2.1 手工焊條電弧堆焊

手工焊條電弧對(duì)焊的產(chǎn)生時(shí)間相對(duì)較早，工藝方式較為傳統(tǒng)，堆焊工藝主要是通過手工方式來對(duì)焊條進(jìn)行操作，把金屬熔敷堆積在堆焊表面，其所需工具主要包括輸電線、焊條、電焊鉗及弧焊電源等。焊條電弧堆焊在密封閥門密封面時(shí)，這種堆焊工藝是較為常見的一種堆焊方式，由于焊條電弧堆焊的熔池溫度相對(duì)較高，在堆焊過程中電弧擁有較大的沖擊力，致使堆焊稀釋率通常較高，從而使破壞了堆焊層成分，一定程度地降低其硬度和耐磨性。因此，要在其工作層表面堆焊2~3層，加工后的堆焊層厚度要保證在2mm以上，才能夠獲得與填充材料相類似的成分。這種堆焊工藝擁有的焊條種類相對(duì)較多，因此在選擇焊條進(jìn)行堆焊作業(yè)時(shí)要根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需求。此外，此工藝一般使用堿性焊條，在進(jìn)行堆焊前需在300~350℃的環(huán)境中烘焙1~2h，以此來提高堆焊層的抗裂能力。焊條進(jìn)行堆焊時(shí)應(yīng)使用直流電源，可以有效地防止堆焊時(shí)發(fā)生飛濺。焊條電弧堆焊工藝具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）因?yàn)樵摴に嚨暮笚l種類相對(duì)較多，利用不同焊條多層堆焊可使堆焊化學(xué)成分類似于填充材料；（2）該工藝堆焊所需設(shè)備簡(jiǎn)單，設(shè)備相對(duì)比較容易攜帶，便于現(xiàn)場(chǎng)堆焊作業(yè)；（3）利用該工藝堆焊過程中產(chǎn)生明弧，這使得焊工在堆焊時(shí)可以時(shí)刻觀察堆焊層，特別在堆焊一些直徑較小、形狀復(fù)雜或者可達(dá)性不強(qiáng)的閥門通道時(shí)擁有較好的堆焊效果；（4）該工藝的生產(chǎn)率相對(duì)較低，堆焊層通常較厚，因此需要反復(fù)進(jìn)行堆焊，焊接量隨之增加，工件的加工溫度也擁有較高的梯度。

2.2 氧乙炔火焰堆焊

這種堆焊工藝又稱氣焊堆焊，其熱源是燃燒乙炔與氧氣的混合氣體所后產(chǎn)生的火焰，將融化的堆焊材料及表層合為整體的堆焊工藝。由于氧乙炔燃燒時(shí)的火焰溫度通常較低，一般在3000~3300℃左右，因此，可通過調(diào)整火焰性質(zhì)與火焰能率對(duì)不同材料的不同厚度及大小來進(jìn)行堆焊。此外，因?yàn)檫@種堆焊工藝的堆焊溫度較低，在開始堆焊工作前需要較長(zhǎng)的加熱時(shí)間，同時(shí)熔入焊縫的母材也相對(duì)較少，冷卻速度較慢，因此堆焊層通常較薄且稀釋率較低。氧乙炔堆焊所需設(shè)備同樣相對(duì)較為簡(jiǎn)單，且該工藝極易掌握，操作相對(duì)較為方便，只要將焊絲溫度加熱到最高焰心部分即可。該工藝相對(duì)其他工藝所需成本較低，因此在日常生活中是較為常用的一種堆焊方式。但這種工藝同樣存在著勞動(dòng)環(huán)境差、工作量較大、材料產(chǎn)生嚴(yán)重形變與熔敷速度緩慢等缺點(diǎn)。

2.3 鎢極氬弧焊堆焊

這種堆焊工藝是利用電弧熱使堆焊表層和填充焊絲熔化在焊縫處形成堆積的一種焊接工藝，因?yàn)樾枰跉鍤獾谋Ｗo(hù)下才能進(jìn)行焊接，所以稱其為鎢極氬弧焊堆焊。該工藝通過對(duì)電弧電壓、焊接電力、氬氣流量與焊接速度等幾方面因素進(jìn)行控制來達(dá)到對(duì)不同材料的焊接目的。這種工藝同樣是堆焊閥門密封面的常用技術(shù)手段之一，通常在堆焊鈷基與鎳基合金或者不銹鋼時(shí)擁有較好的堆焊效果。由于氬氣的保護(hù)，因此有效地隔絕了空氣中的一些氣體對(duì)焊接過程造成的影響，進(jìn)而可以獲得質(zhì)量相對(duì)較高的堆焊層。另外，該工藝對(duì)于電弧的控制相對(duì)較為容易，且焊接后的表層也較為平整，為日后加工提供了便利條件。同時(shí)這種工藝會(huì)釋放比較集中的能量，且電弧比較穩(wěn)定，因此焊接時(shí)材料產(chǎn)生的形變較小，稀釋率較低，從而節(jié)省了大量的貴重金屬。這種堆焊工藝在堆焊過程中同樣產(chǎn)生明弧，便于焊工觀察，且弧長(zhǎng)有較好的可控性，電極消耗量極小，堆焊過程中不易產(chǎn)生雜質(zhì)或焊渣，因此可實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化操作。

2.4 熔化極氣體保護(hù)焊堆焊

這種堆焊工藝是利用填充焊絲及堆焊表層間產(chǎn)生的電弧作為熱源來堆焊的一種焊劑工藝，該工藝同樣利用一些惰性氣體與混合氣體的保護(hù)來隔絕空氣中某些氣體。隨著科技水平的發(fā)展，批量化生產(chǎn)才能滿足現(xiàn)代社會(huì)需求，因此生產(chǎn)效率更高、投入成本更低且發(fā)生形變更小的焊接技術(shù)出現(xiàn)了。在半自動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上加入了擺動(dòng)器、水冷焊槍和轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)堆焊，堆焊過后的表面不僅平整，便于后續(xù)加工，產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率都得到了一定程度地提高。這種堆焊工藝在堆焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大電流，熔敷速度也相對(duì)較快，因此導(dǎo)致堆焊層相對(duì)較厚，很難進(jìn)行后續(xù)操作。此外，母材金屬有較大的熔化量，致使堆焊材料稀釋率相對(duì)較高，因此該工藝通常需要定制焊絲來進(jìn)行堆焊工作才能確保母材的化學(xué)成分不受其影響，符合應(yīng)有的化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，該工藝要嚴(yán)格按照操作規(guī)范來控制焊接電流、電弧電壓、焊絲長(zhǎng)度、噴嘴半徑及氣體流量等因素，以此來減少焊接工藝所帶來的不良影響。

2.5 等離子弧堆焊

等離子弧堆焊是將等離子弧作為熱源，迅速加熱堆焊表層與合金使其一起熔化，經(jīng)混合再自動(dòng)冷卻成一層性能更高的合金層，進(jìn)而強(qiáng)化堆焊表層的一種堆焊工藝。由于該工藝堆焊時(shí)溫度較高且穩(wěn)定性較好，因此常用來堆焊一些較為難熔的材料，同時(shí)擁有較高的堆焊速度，最低稀釋率只有5%。該工藝所用的所有堆焊合金粉末通過簡(jiǎn)單的工序就可制備，因此該工藝在堆焊時(shí)都會(huì)使用離子弧粉末。這種粉末在堆焊時(shí)可以使堆焊材料與母材有效熔合，擁有較高的結(jié)合強(qiáng)度。且合金粉末使堆焊表層擁有極強(qiáng)的耐腐蝕性與耐磨損性。在堆焊難熔材料時(shí)，使用合金粉末能提高合金設(shè)計(jì)的自主選擇性。目前，等離子弧對(duì)焊在密封面的閥門中應(yīng)用范圍也較為廣泛，其顯著的優(yōu)勢(shì)促使該技術(shù)在密封面的閥門應(yīng)用上還具有一定的發(fā)展空間。

3 結(jié)語(yǔ)

密封面是閥門相對(duì)較為重要的部分，其密封程度與質(zhì)量決定著閥門的使用年限，閥門的使用年限與合理地選擇閥門密封面材料密不可分。選擇密封面材料時(shí)，硬度高并不代表其耐磨損性能好，密封面材料的組織結(jié)構(gòu)決定著其耐磨損性能。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇密封面材料及堆焊工藝。同時(shí)，密封材料的耐腐蝕性十分不穩(wěn)定，一旦外界的溫度或者介質(zhì)濃度等發(fā)生改變，其對(duì)于這種介質(zhì)的耐腐蝕性就可能發(fā)生變化。密封面材料的耐腐蝕性只能通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)中得出，借鑒時(shí)切勿盲目選擇，從而影響堆焊質(zhì)量。