清管閥球體鈷基硬質(zhì)合金表面的堆焊

2013-08-26 楊永良 西安泵閥總廠有限公司

  針對清管閥球體表面硬質(zhì)合金堆焊及裂紋補(bǔ)焊問題,進(jìn)行了氬弧焊工藝試驗。結(jié)果表明,可以在免預(yù)熱、免熱處理的情況下進(jìn)行HS111 的堆焊。對于球體表面鈷基硬質(zhì)合金裂紋的補(bǔ)焊,應(yīng)采取堆焊過渡層、預(yù)熱及焊后回火處理等嚴(yán)格的工藝措施。

1、概述

  常規(guī)的清管閥球體表面,通過Ni-P 化學(xué)鍍進(jìn)行硬化處理。在某些特殊工況介質(zhì)場合,如含有大量固體硬顆粒的介質(zhì),球體表面受到?jīng)_刷和磨損,容易造成閥門泄漏,必須選擇Ni-P 化學(xué)鍍以外的其他硬化方式。目前常用的密封面硬化方式有超音速火焰噴涂、鎳基合金熱噴涂、激光熔覆、鍍硬鉻和堆焊硬質(zhì)合金等。對于試制的高壓硬密封清管閥,根據(jù)生產(chǎn)條件,選擇通過手工鎢極氬弧焊堆焊工藝,使球體表面獲得較厚的堆焊層,達(dá)到耐腐蝕和耐沖刷的目的。

2、焊接材料

  試驗選用HS111(ER CoCr - A) (表1) 和HS112(ER CoCr - B) (表2) 鈷基硬質(zhì)合金堆焊焊絲。

表1 HS111 焊絲的合金成分Wt,%

HS111 焊絲的合金成分Wt

表2 HS112 焊絲的合金成分Wt,%

HS112 焊絲的合金成分

3、堆焊工藝試驗

  選用8in. (DN200mm) 清管閥球體(圖1) 進(jìn)行堆焊工藝試驗。球體材料為正火處理的WCB。首先按球體需2.5mm 合金厚度加工球體表面焊前尺寸,待焊部位粗加工后,進(jìn)行著色檢測,清除氣孔、砂眼和裂紋等鑄造缺陷。

8 in. 清管閥球體

圖1 8 in. 清管閥球體

3.1、堆焊HS111

  試驗工件不預(yù)熱,焊后不進(jìn)行熱處理。焊絲直徑Φ4.0mm,焊接電流220 ~ 240A,電弧電壓10 ~12V,氬氣流量8 ~ 10L /min。焊前將球體表面的油污清理干凈。焊接過程中,焊絲不能與高溫的鎢極接觸,焊絲端部不能移出氬氣保護(hù)區(qū)。更換焊絲或收弧時填滿弧坑,并且及時對紅熱的焊縫進(jìn)行錘擊消除應(yīng)力。共堆焊2 層,焊層厚度4 ~ 4. 5mm。因球體較大,采取焊工輪流施焊的方式,保證層間溫度≥200℃。焊后用10 倍放大鏡檢查,未發(fā)現(xiàn)裂紋。

3.2、堆焊HS112

  ①直接在WCB 基體上不預(yù)熱堆焊HS112。焊接規(guī)范參數(shù)同HS111 的堆焊。完成30mm 寬、2.5mm 厚的焊層堆焊后,目測檢查,焊層有10 處開裂( 徑向裂紋) 。屬于塑性不足,冷速過大造成的冷裂紋。

  ②在WCB + HS111 基體上堆焊HS112。在WCB 基體已經(jīng)堆焊一層2. 5mm 厚的HS111 焊層上堆焊HS112。工件預(yù)熱500℃ × 1h,堆焊層寬20mm,焊層厚2.5mm,焊一層,焊接規(guī)范參數(shù)同HS111 的堆焊。焊接過程中工件溫度≥450℃,焊完一圈即發(fā)現(xiàn)1 處開裂。焊后回火600℃ × 1h,降溫至120℃出爐,發(fā)現(xiàn)3 處開裂,皆為徑向裂紋。經(jīng)分析,HS112 焊絲硬度高,脆性大,無論是直接在WCB 基體上堆焊,還是高溫預(yù)熱后在WCB +HS111 焊縫上堆焊,都無法避免冷裂紋的產(chǎn)生。

3.3、裂紋補(bǔ)焊

  (1) HS112 焊層裂紋補(bǔ)焊

  方法1 將工件上裂紋清除干凈后,工件預(yù)熱500℃ × 1h,直接用HS111 補(bǔ)焊,裂13 處。分析原因,由于裂紋已擴(kuò)展到母材基體,補(bǔ)焊的合金厚度超過4mm,脆性過大,造成開裂。

  方法2 將工件上裂紋清除干凈后,工件預(yù)熱300℃ × 1h,采取ER308 焊絲打底焊+ HS111 焊絲蓋面焊工藝,焊后進(jìn)行300℃ × 1h 回火處理,降溫至120℃出爐。用10 倍放大鏡檢查,未發(fā)現(xiàn)裂紋。

  (2) HS111 + HS112 焊層裂紋補(bǔ)焊

  將工件預(yù)熱500℃ × 3h,采取ER308 焊絲打底焊+ HS111 蓋面焊工藝,焊接規(guī)范參數(shù)同HS111 的堆焊,焊后進(jìn)行500℃ × 1h 回火處理,降溫至120℃出爐。用10 倍放大鏡檢查,未發(fā)現(xiàn)裂紋。

3.4、試驗結(jié)果分析

  ①HS111 焊絲可在免預(yù)熱的條件下進(jìn)行球面堆焊,焊后不需進(jìn)行熱處理。

  ②HS112 焊絲無論采取預(yù)熱還是堆焊HS111過渡層的方式,都不能避免裂紋的產(chǎn)生。

  ③裂紋補(bǔ)焊時,必須采取嚴(yán)格的預(yù)熱和焊后回火處理措施,補(bǔ)焊難度較大。

4、堆焊層的加工及檢測

  堆焊完成后,用車球機(jī)粗車球面,選用YG8刀頭加工,速度8r /min,進(jìn)給量0.28mm。車至球體直徑方向留1.5mm 余量時,對堆焊層表面進(jìn)行著色檢測,發(fā)現(xiàn)有微裂紋顯示,經(jīng)補(bǔ)焊合格后,磨削至成品尺寸。球體表面粗糙度達(dá)到Ra≤0.8μm,圓度達(dá)到0.03mm。

5、結(jié)語

  采取適當(dāng)?shù)墓に噮?shù),在WCB 材質(zhì)的清管閥球體表面堆焊HS111,焊前不預(yù)熱,焊后不熱處理,可以避免焊層裂紋,加工后能夠達(dá)到要求的圓度及表面粗糙度。HS112 的堆焊難度較大,不宜采用。球體表面鈷基硬質(zhì)合金裂紋的補(bǔ)焊,要采取堆焊ER308 過渡層、預(yù)熱、焊后回火處理等嚴(yán)格的工藝措施。