一种焊缝结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种焊缝结构及其制造方法，适用于阀座和阀体的连接，焊缝结构包括尾部对接焊缝和头部对接焊缝，在焊缝介质阻隔台阶、尾部保温桶和头部保温桶的设置下，最大限度地降低了焊缝应力疲劳失效现象的发生,同时使焊缝避免了超高温介质的直接热辐射，头部热影响区焊缝的设置，使焊缝整个区域在恶劣的工况条件下更加安全可靠，焊缝应变槽和焊缝应变区的设置，有效延长焊缝疲劳失效现象的发生，阀座材质采用高温变形镍基合金NS3103，使异种材质焊接达到同等机械强度，阀座与阀体连接采用尾部对接焊缝和头部对接焊缝，形成等强度焊缝，提高了焊缝的整体强度，消除了角式焊缝根部裂纹的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种焊缝结构及其制造方法
本专利技术涉及焊接
，特别是涉及一种焊缝结构及其制造方法。
技术介绍
目前，在高超声速风洞设备中，高压下吹——真空抽吸暂冲式风洞，由于具有模型尺度大、模拟范围宽等特点，广泛用于试验对象为气动力/热、气动布局、喷流控制等测试与试验计算领域。由于系统对加热器中超高温高压试验介质快速释放的特殊要求，因此在供气入口端设有快开阀，快开阀具体工作工况为：关闭状态时入口处承受着超高温高压试验介质（入口处最大设计温度可达1000℃，设计压力＞12MPa），而出口侧具有真空的特性，为了保证阀门两侧介质的绝对隔离，因此对阀门本身密封副的热变形提出了很高的要求，国内外为解决这一密封难题，普遍在密封副零件（阀瓣、阀座）处设置水冷却结构，以此降低阀门密封副在工作过程中变形导致介质泄漏的风险。由于焊缝外部超高温高压介质和内部水冷却的工作特性，因此在焊缝区域有着极为苛刻的工作环境，根据以往的使用效果看，此部位的焊缝经常会出现裂纹失效，进而漏水的现象发生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种焊缝结构及其制造方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种焊缝结构，适用于阀座和阀体的连接，所述阀座头部设置有头部保温桶，阀座尾部设置有尾部保温桶，所述焊缝结构包括尾部对接焊缝和头部对接焊缝，所述尾部对接焊缝位于尾部保温桶外侧，所述头部对接焊缝位于头部保温桶外侧。所述阀座头部还设置有头部热影响区焊缝。所述阀座头部还设置有焊缝介质阻隔台阶，焊缝介质阻隔台阶位于头部对接焊缝和头部保温桶之间。所述阀座头部还设置有焊缝应变槽，焊缝应变槽位于头部对接焊缝和头部保温桶之间且与头部对接焊缝匹配设置。所述阀座尾部还设置有焊缝应变区，焊缝应变区位于尾部保温桶外侧且与尾部对接焊缝匹配设置。所述阀座为NS3103合金阀座，阀体为F304不锈钢阀体。所述的一种焊缝结构的制造方法，包括以下步骤：S1、通过计算得出头部对接焊缝的热影响区在阀体上的位置及尺寸，得到区域H，并通过机加工的方式将区域H去除；S2、在阀体去除的区域H内焊接与阀座相同材质的焊材，形成头部热影响区焊缝；S3、对头部热影响区焊缝进行超声波探伤无损检测和渗透探伤无损检测；S4、超声波探伤无损检测和渗透探伤无损检测合格后，通过头部对接焊缝和尾部对接焊缝完成阀座与阀体的焊接，头部对接焊缝和尾部对接焊缝均采用热丝TIG焊打底和盖面，单面焊双面成型；S5、将完成焊接的阀座和阀体整体进行消除应力处理。所述步骤S4中，头部对接焊和尾部对接焊缝7均采用单面焊双面成型技术进行焊接。本专利技术的有益效果是：1、在焊缝介质阻隔台阶、尾部保温桶和头部保温桶的设置下，从结构原理上使超高温高压工作介质到达阀座头部与尾部焊缝时温度能够尽可能的降低，以此最大限度地降低了焊缝由于外部超高温、内部水冷却导致的冷热应力膨胀与收缩导致的焊缝应力疲劳失效现象的发生；同时使焊缝避免了超高温介质的直接热辐射，解决了焊缝超高温介质热腐蚀的难题。2、头部热影响区焊缝的设置，预先打底过渡的设计使阀体与阀座焊接连接时焊缝两侧母材与焊缝本体金属材料化学成分、机械性能、热强度保持一致，使焊缝整个区域在外部超高温介质、内部循环水冷却这样恶劣的工况条件下能够安全、可靠的运行与使用。3、焊缝应变槽和焊缝应变区的设置，能够补偿阀座本体受外部超高温介质热膨胀、内部受循环水冷却收缩导致的焊缝拉伸、挤压等复合交变应力，从而有效延长焊缝疲劳失效现象的发生。4、阀座材质采用与阀体材质F304/F304H机械性能相近的高温变形镍基合金NS3103，使异种材质焊接达到同等机械强度。5、阀座与阀体连接采用尾部对接焊缝和头部对接焊缝，并采用全自动非熔化极钨极氩弧焊TIG热丝打底与盖面的工艺，单面焊双面成型，从而形成等强度焊缝，提高了焊缝的整体强度，消除了角式焊缝根部裂纹的缺陷。附图说明图1为现有阀座的结构示意图；图2为现有阀座的焊缝示意图；图3为现有阀座头部区域焊缝示意图；图4为现有阀座尾部区域焊缝示意图；图5为本专利技术的焊缝应用在阀座上的结构示意图；图6为本专利技术的焊缝结构示意图；图7为本专利技术位于阀座头部区域的焊缝结构示意图；图8为本专利技术位于阀座尾部区域的焊缝结构示意图。图中：1-阀座、2-阀体、3-尾部保温桶、4-头部保温桶、5-尾部角焊缝、6-头部角焊缝、7-尾部对接焊缝、8-头部对接焊缝、9-头部热影响区焊缝、10-焊缝介质阻隔台阶、11-焊缝应变槽、12-焊缝应变区、A-焊缝外部超高温高压区、B-焊缝内部水冷却区、C-焊缝热影响区。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。现有的阀座1和阀体2的焊接结构参阅图1，整个阀座1冷却系统由：阀体2、阀座1、尾部保温桶3和头部保温桶4组成。其中冷却水从阀座1头部的冷却孔流入，经过阀座1四周的导流孔导入阀座1的内部中心部位，然后转移至阀座1的尾部，进而实现阀座的冷却。尾部保温桶3和头部保温桶4起到减缓超高温介质到达焊缝处的速度与降低温度的作用，超高温介质的流向为图1中白色箭头所示。参阅图2，从图中可看出现有的结构共有两处焊缝，分别为：尾部角焊缝5和头部角焊缝6。参阅图3，阀座头部区域焊缝（头部角焊缝6）的作用为：Ⅰ、连接阀体2和阀座1；Ⅱ、用于隔离焊缝外部超高温高压区A和焊缝内部水冷却区B，防止两者相流通。参阅图4，阀座尾部区域焊缝（尾部角焊缝5），其作用与头部角焊缝6一致。该结构其主要失效模式为：Ⅰ、焊缝内、外冷热温差过大，异种材质焊接线膨胀系数的巨大差异，导致焊缝部位拉伸、挤压等复合应力骤增，进而引起焊缝本体及热影响区疲劳失效；Ⅱ、焊缝外部具有1000℃的高温高压介质流通，由于焊缝内部通过循环饮用水冷却，因此在焊缝内部区域具有不断烧干（水汽状态共存）的现象存在，蒸汽在烧干后气泡又瞬间破裂引起汽蚀现象的发生；Ⅲ、由于饮用水非纯净水，在焊缝内部不断烧干、冷却的过程中，在焊缝周围聚集着大量的钙化物和卤化物，长期交变工况运行对焊缝及两侧母材热影响区有应力腐蚀的影响；Ⅳ、现有成熟选材阀体2采用奥氏体不锈钢F304/F304H，阀座1采用高温变形镍基合金，两者机械性能如表1所示：表1.阀座GH3128与阀体F304/F304H机械性能匹配表材质抗拉强度≥MPa屈服强度≥MPa2in（DN50）或4D标距的伸长率≥%断面收缩率≥%F304/F304H5152053040GH312873532040/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊缝结构，适用于阀座（1）和阀体（2）的连接，所述阀座（1）头部设置有头部保温桶（4），阀座（1）尾部设置有尾部保温桶（3），其特征在于：所述焊缝结构包括尾部对接焊缝（7）和头部对接焊缝（8），所述尾部对接焊缝（7）位于尾部保温桶（3）外侧，所述头部对接焊缝（8）位于头部保温桶（4）外侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种焊缝结构，适用于阀座（1）和阀体（2）的连接，所述阀座（1）头部设置有头部保温桶（4），阀座（1）尾部设置有尾部保温桶（3），其特征在于：所述焊缝结构包括尾部对接焊缝（7）和头部对接焊缝（8），所述尾部对接焊缝（7）位于尾部保温桶（3）外侧，所述头部对接焊缝（8）位于头部保温桶（4）外侧。


2.根据权利要求1所述的一种焊缝结构，其特征在于：所述阀座（1）头部还设置有头部热影响区焊缝（9）。


3.根据权利要求1所述的一种焊缝结构，其特征在于：所述阀座（1）头部还设置有焊缝介质阻隔台阶（10），焊缝介质阻隔台阶（10）位于头部对接焊缝（8）和头部保温桶（4）之间。


4.根据权利要求1所述的一种焊缝结构，其特征在于：所述阀座（1）头部还设置有焊缝应变槽（11），焊缝应变槽（11）位于头部对接焊缝（8）和头部保温桶（4）之间且与头部对接焊缝（8）匹配设置。


5.根据权利要求1所述的一种焊缝结构，其特征在于：所述阀座（1）尾部还设置有焊缝应变区（12），焊缝应变区（12）位于尾部保温桶（3）外侧且与尾部对接焊缝（7）匹配...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯峰伟，赵健，吴斌彬，许晓斌，王南天，母波，张大辉，于成亮，杨忠义，杨凯旋，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，上海科科阀门集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51