一种大直径阀门密封环堆焊方法技术

本发明专利技术为一种大直径阀门密封环堆焊方法。该方法通过在阀门密封面与硬质合金层之间增加过渡层，过渡层选用ER310焊丝，硬质合金选用Co‑Cr‑Mo‑Si‑稀土合金粉末，并在堆焊过渡层与硬质合金层时，合理选择焊接工艺参数与热处理温度，减小了焊接变形量，提高了堆焊层硬度，并避免了在阀门密封面直接堆焊硬质合金层时出现的开裂现象。

A surfacing method for large diameter valve sealing ring

The invention relates to a surfacing method for large diameter valve sealing rings. By adding a transition layer between the sealing surface of the valve and the cemented carbide layer, selecting ER310 welding wire for the transition layer and Co_Cr_Mo_Si_rare earth alloy powder for the cemented carbide layer, the welding process parameters and the heat treatment temperature are reasonably selected for surfacing the transition layer and the cemented carbide layer, thus reducing the welding deformation and increasing the surfacing quality. The hardness of the welding layer is avoided and the cracking phenomenon occurs when the hard alloy layer is directly welded on the sealing surface of the valve.

【技术实现步骤摘要】
一种大直径阀门密封环堆焊方法
本专利技术涉及焊接工艺，尤其涉及一种大直径阀门密封环堆焊方法。
技术介绍
高温、耐磨蚀阀门主要应用在能源化工等领域，用于工作条件极其恶劣的关键场合。阀门工作温度往往大于400℃，受到流体的冲蚀、介质的腐蚀，并且阀门开关频繁，一旦阀门密封面出现泄漏，将造成重大经济损失，严重威胁着生产人员的安全，这就要求阀门密封面要有优异的耐腐蚀、耐磨损、耐高温性能。为了提高阀门密封面的性能，传统的做法就是在阀门密封环上堆焊一层硬质合金，而堆焊工艺对堆焊层的质量有着很大的影响。目前在阀门密封环堆焊过程中，普遍存在以下问题：由于阀门密封环与硬质合金材料热膨胀系数的不同会导致堆焊层开裂；焊接工艺参数不合理，导致堆焊层稀释率过大，堆焊层硬质合金被母材稀释，堆焊层硬度不能达到要求；对于大直径阀门密封环，焊接方法、焊接工艺参数不合理等还会造成扭曲变形。以上问题使得产品质量较差，一次堆焊成品率较低。
技术实现思路
本专利技术针对大直径阀门密封环堆焊过程中出现的上述问题，提出一种大直径阀门密封环堆焊方法。本专利技术通过在阀门密封环与硬质合金层之间增加过渡层，过渡层选用ER310焊丝，硬质合金选用Co-Cr-Mo-Si-稀土合金粉末，并在堆焊过渡层与硬质合金层时，合理选择焊接工艺参数与热处理温度，减小了焊接变形量，提高了堆焊层硬度，并避免了在阀门密封环上直接堆焊硬质合金层时出现的开裂现象。本专利技术的技术方案为：一种大直径阀门密封环堆焊方法，包括以下步骤：(1)焊前清理：将待堆焊的阀门密封环表面车平，然后用丙酮清洗待堆焊面；另外，将ER310焊丝和Co-Cr-Mo-Si-稀土合金粉末在150～200℃下烘烤2～3h；(2)堆焊过渡层:采用钨极氩弧焊在车平的密封面上堆焊ER310焊丝，采用多层多道焊，焊完一道后，接着焊下一道，直至将整个密封面焊满，每层厚度1.5～2.0mm，堆焊2～3层，第一层堆焊时采用较小的焊接电流，堆焊完一层后再进行下一层的堆焊；堆焊完成后将过渡层车平，控制过渡层厚度为2～3mm；其中，焊接参数：第一层焊接电流100A，第二层至第三层焊接电流110～130A，焊接电压20V，焊接速度70～90mm/min，氩气流量8～10L/min，层间温度在0～100℃；(3)焊前预热：采用氧乙炔火焰加热的方法对堆焊完过渡层的密封环进行预热，预热温度为400～450℃；(4)堆焊Co-Cr-Mo-Si-稀土硬质合金层：采用等离子弧堆焊设备在已车平的过渡层上进行多层多道堆焊，焊完一道后，接着焊下一道，直至将整个密封面焊满，每层堆焊层厚度1.5～2.0mm，堆焊层控制在3～4层；在堆焊过程中采用氧乙炔火焰进行烘烤，控制层间温度范围在400～450℃；其中，焊接参数：第一层焊接电流150A，第二层至第四层焊接电流160～180A，焊接速度30～40mm/min,摆动速度100～120mm/min,等离子气为Ar和H2的混合气，流量4～6L/min,送粉量26～30g/min；(5)焊后热处理：将堆焊后的阀门密封环随炉加热至600～650℃,在炉内保温3～4h，然后随炉冷却至180℃并取出,自然冷却至常温；(6)机械加工：采用车床对硬质合金堆焊层进行加工，使硬质合金层厚度为4～5mm。所述的步骤(4)中的堆焊中，等离子气中H2占混合气的体积百分数为5％。本专利技术的有益效果是：本专利技术焊接方法和焊材选用合适，焊接工艺参数合理，能够明显降低堆焊层稀释率，提高堆焊层硬度与耐磨性，经测量，获得的硬质合金堆焊层硬度值均≥40HRC，能够满足硬度要求。在阀门密封环基体和硬质合金堆焊层之间增加过渡层，突破了阀门密封环基体与堆焊层容易开裂的难点，并解决了硬质合金堆焊层易出现裂纹的问题，经渗透检测后，在堆焊层表面未发现裂纹、夹杂、气孔等缺陷，一次堆焊合格率由原来的60％提高到80％，大大提高了产品质量和生产效率，经阀门静压寿命试验后进行对比，采用本专利技术堆焊的阀门密封环启闭寿命由原来的15000次左右提高到18000次左右。附图说明图1为本专利技术实施例1堆焊层渗透检测后照片。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详述。一种大直径阀门密封环堆焊工艺，包括以下步骤：1.焊接方法与焊材选择：为了解决阀门密封环与硬质合金材料热膨胀系数的不同引起的开裂，本专利技术在阀门密封环基体和硬质合金层之间堆焊过渡层，过渡层要有良好的耐高温和耐蚀性能，因此焊丝选用ER310不锈钢焊丝，直径2.5mm，堆焊方法采用交流钨极氩弧焊。为了满足阀门密封面对硬度和耐磨性的要求，然后在不锈钢过渡层上堆焊Co-Cr-Mo-Si-稀土合金粉末，堆焊方法选用等离子弧粉末堆焊。表一ER310焊丝化学成分(wt.％)堆焊ER310不锈钢焊丝获得的熔敷金属为奥氏体组织，具有优良的耐高温耐腐蚀性能和优良的力学性能、抗裂性能及抗氧化性能，在合理的焊接工艺参数下能够与硬质合金堆焊层很好的结合。表二Co-Cr-Mo-Si-稀土合金粉末的化学成分(wt.％)CrMoSiAlTaY2O3CeO2Co12～1420～242.5～3.23～61～30.3～0.80.1～0.2BalCo-Cr-Mo-Si-稀土合金粉末在堆焊时会形成一种Laves相，Laves相是一种硬质相，它的存在能够提高堆焊层的硬度与耐磨性，加入Y2O3和CeO2等稀土氧化物能够细化晶粒，提高堆焊层的耐蚀性，能够满足阀门密封面在苛刻条件下工作的要求。2.焊前准备：将待堆焊的阀门密封环表面车平，不得有裂纹、蚀坑等缺陷，然后用丙酮清洗待堆焊面，保证无水、油污等，将ER310焊丝和Co-Cr-Mo-Si-稀土合金粉末在150～200℃下烘烤2～3h。3.堆焊过渡层:采用钨极氩弧焊在车平的密封面上堆焊ER310焊丝，采用多层多道焊，焊完一道后，接着焊下一道，直至将整个密封面焊满(形成一层)，每层厚度1.5～2.0mm，堆焊2～3层，第一层堆焊时采用较小的焊接电流，堆焊完一层后再进行下一层的堆焊。堆焊完成后将过渡层车平，经渗透检测后，不得有裂纹、夹渣等缺陷产生，控制过渡层厚度为2～3mm。过渡层为奥氏体不锈钢，它对焊接热裂纹敏感性较高，易出现液化裂纹、弧坑裂纹和晶间腐蚀，因此要采用较低的线能量。焊接参数：第一层焊接电流100A，第二层至第三层焊接电流110～130A，焊接电压20V，焊接速度70～90mm/min，氩气流量8～10L/min，要严格控制层间温度在0～100℃。4.焊前预热Co-Cr-Mo-Si-稀土合金堆焊层硬脆性明显，为了防止堆焊时过渡层和硬质合金堆焊层产生开裂和裂纹，在堆焊硬质合金层前需要将堆焊有过渡层的密封环预热，本专利技术采用氧乙炔火焰加热的方法对密封环进行预热，用测温仪测量预热温度，预热温度为400～450℃。5.堆焊Co-Cr-Mo-Si-稀土硬质合金层：采用等离子弧堆焊设备在已车平的过渡层上进行多层多道堆焊，焊完一道后，接着焊下一道，直至将整个密封面焊满，每层堆焊层厚度1.5～2.0mm，堆焊层控制在3～4层。在堆焊过程中采用氧乙炔火焰进行烘烤，控制层间温度范围在400～450℃，防止冷裂纹的产生。Co-Cr-Mo-Si-稀土合金粉末堆焊时，如果焊接热输入过大，会降低堆焊层稀释率，减少Laves相数量，使堆焊层硬度与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大直径阀门密封环堆焊方法，其特征为该方法包括以下步骤：(1)焊前清理：将待堆焊的阀门密封环表面车平，然后用丙酮清洗待堆焊面；另外，将ER310焊丝和Co‑Cr‑Mo‑Si‑稀土合金粉末在150～200℃下烘烤2～3h；(2)堆焊过渡层:采用钨极氩弧焊在车平的密封面上堆焊ER310焊丝，采用多层多道焊，焊完一道后，接着焊下一道，直至将整个密封面焊满，每层厚度1.5～2.0mm，堆焊2～3层，第一层堆焊时采用较小的焊接电流，堆焊完一层后再进行下一层的堆焊；堆焊完成后将过渡层车平，控制过渡层厚度为2～3mm；其中，焊接参数：第一层焊接电流100A，第二层至第三层焊接电流110～130A，焊接电压20V，焊接速度70～90mm/min，氩气流量8～10L/min，层间温度在0～100℃；(3)焊前预热：采用氧乙炔火焰加热的方法对堆焊完过渡层的密封环进行预热，预热温度为400℃～450℃；(4)堆焊Co‑Cr‑Mo‑Si‑稀土硬质合金层：采用等离子弧堆焊设备在已车平的过渡层上进行多层多道堆焊，焊完一道后，接着焊下一道，直至将整个密封面焊满，每层堆焊层厚度1.5～2.0mm，堆焊层控制在3～4层；在堆焊过程中采用氧乙炔火焰进行烘烤，控制层间温度范围在400～450℃；其中，焊接参数：第一层焊接电流150A，第二层至第四层焊接电流160～180A，焊接速度30～40mm/min,摆动速度100～120mm/min,等离子气为Ar和H2的混合气，流量4～6L/min,送粉量26～30g/min；(5)焊后热处理：将堆焊后的阀门密封环随炉加热至600～650℃,在炉内保温3～4h，然后随炉冷却至180℃并取出，自然冷却至常温；(6)机械加工：采用车床对硬质合金堆焊层进行加工，使硬质合金层厚度为4～5mm。...

【技术特征摘要】
1.一种大直径阀门密封环堆焊方法，其特征为该方法包括以下步骤：(1)焊前清理：将待堆焊的阀门密封环表面车平，然后用丙酮清洗待堆焊面；另外，将ER310焊丝和Co-Cr-Mo-Si-稀土合金粉末在150～200℃下烘烤2～3h；(2)堆焊过渡层:采用钨极氩弧焊在车平的密封面上堆焊ER310焊丝，采用多层多道焊，焊完一道后，接着焊下一道，直至将整个密封面焊满，每层厚度1.5～2.0mm，堆焊2～3层，第一层堆焊时采用较小的焊接电流，堆焊完一层后再进行下一层的堆焊；堆焊完成后将过渡层车平，控制过渡层厚度为2～3mm；其中，焊接参数：第一层焊接电流100A，第二层至第三层焊接电流110～130A，焊接电压20V，焊接速度70～90mm/min，氩气流量8～10L/min，层间温度在0～100℃；(3)焊前预热：采用氧乙炔火焰加热的方法对堆焊完过渡层的密封环进行预热，预热温度为400℃～450℃；(4)堆焊Co-Cr-...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛海涛，贾俊亚，陆志明，靳伟，李永艳，
申请(专利权)人：河北工业大学，北京航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12