CN100999032B - 阀门密封件真空感应堆焊硬质合金工艺和改进设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阀门密封件真空感应堆焊硬质合金新工艺及改进设备，解决堆焊工艺最优化问题和解决设备仍存在的技术缺陷；本发明采取以下技术措施：优化堆焊工艺：调整预堆焊密封件密封面U形槽深和槽壁厚；采用廉价的Stellite158D和Co-L合金粉末；优选堆焊电流、堆焊温度、真空度及阀座转速等工艺参数；改进堆焊设备：加焊连接板与炉盖冷却系统的冷却装置，炉内工件与感应圈法兰密封处采用隔热材料；窥视窗处安装一反光镜；在真空管路系统上增设检漏接口；本发明具有如下优点：由于优化了堆焊工艺得到更优良的堆焊层，使用廉价焊接材料可节约大量资金；增加冷却装置、采用隔热材料延长了设备的使用寿命，提高操作性和安全可靠性。

Description

阀门密封件真空感应堆焊硬质合金工艺和改进设备

技术领域

本发明涉及真空感应堆焊工艺及设备，更具体说涉及一种阀门密封件真空感应堆焊硬质合金新工艺及改进设备。

背景技术

上世纪末，阀门密封面普遍采用手工堆焊方法：火焰，等离子或非熔化极氩弧焊堆焊CoCrW硬质合金，以提高阀门的抗蚀，耐磨，耐热及表面尺寸成形性等性能。但上述堆焊方法操作难点较高，劳动强度大，材料消耗多，焊接时烟(粉)尘飞溅大，既污染环境也易产生对操作者身体的伤害，同时工件堆焊氧化严重，故工件加工余量大，造成机械加工费时费工；而且工件堆焊层极易产生气孔，夹渣、飞溅或外溢，造成较多堆焊工件的返修或报废。为了提高产品的质量，节省原材料及劳动力，在总结国内外堆焊经验和设备的基础上，公司把真空技术应用于高频堆焊上，研制了第一台阀门密封件高频感应真空堆焊设备。设备由高频感应加热设备、真空堆焊装置、冷却系统、机械传动机构及真空系统组成。把抹粉和堆焊一连串的工艺程序集中在同一装置之内进行，优化了堆焊工艺，改善了堆焊表面质量，并在一九九八年第四期[阀门]国内杂志上发表了《阀门密封件真空堆焊硬质合金》一文。

高频感应真空堆焊工艺流程：1.堆焊前的准备①检查工件尺寸并清洗；②配制填充材料合金粉末膏剂；③涂粉、压实、干燥和整型；④装入真空室，加热成型。2.堆焊工作中：①启动真空泵抽真空。②调整加热中堆焊电流范围、加热中堆焊电压范围、堆焊温度；③加热时，提高堆焊层的均匀性、平整度与成形性；④一个工件堆焊完毕后，移动手轮使感应圈罩住下一个工件；⑤关闭电源，开启蝶阀，打开炉盖，取出工件进入下一炉操作。3.工件检验。其中：高频真空堆焊后，工件(1Cr13)进行退火处理。

高频感应真空堆焊工艺，把焊剂通过胎具直接抹压到工件密封面U型槽内，经过烘干，把抹有焊剂的工件放入真空堆焊工作室中，利用感应加热原理来实现真空堆焊的过程。主要适用于800、1500磅级的闸阀、规格为1/2”～2”(即公称通径10mm～50mm)与全径2”的阀座堆焊。可对铁基、镍基、钴基等合金粉末进行堆焊，常用(焊剂)牌号为：CoCrW-1和221合金粉末等，规格为200目(即0.126mm)。焊接位置是平面堆焊，焊层为一层，电流极性为交流。根据工件不同规格，每炉次装炉量为12个～15个(其中全径2”阀座装炉量6个)。母材材料通常为：1Cr13、0Cr18Ni9和0Cr17Ni12Mo2等。堆焊工艺参数：(1)预堆焊密封件密封面U形槽深H为1.8mm～2mm；(2)采用CoCrW-1和粉221作为堆焊材料；③堆焊电流：通常取阳极电流和阴栅极电流之比3∶1-5∶1；④堆焊速度：在不使基体熔化过多的前提下，可选用较大的电流，并提高堆焊速度与之相适应；⑤合金粉末：比较合适的粒度为0.04mm～0.10mm；⑥真空度：确定真空系统在1.3Pa。

高频感应真空堆焊工艺热效率高，节能，无脱碳，堆焊畸变小，易于实现自动化和机械化生产，维修及操作简单，无烟尘污染显著改善了劳动环境。

采用高频感应真空堆焊设备进行高频感应真空堆焊极大的提高了工件的堆焊质量(与手工堆焊方法比较)，提高工效3倍以上，返修率或报废率大大降低，一次成品率达到95％以上，真空感应堆焊技术取得良好的效果。

但是本堆焊工艺尚未达到最佳化，本设备设计仍存在技术缺陷。①冷却系统存在问题：圆柱形的炉罐侧壁上有一孔，用感应圈法兰与绝缘电木板密封使之炉罩内保持工作真空度。通过此孔的密封装置使高频感应圈与堆焊变压器、汇流条与两块板状导体连接板相连。从堆焊变压器输出的高频电压经连接板、汇流条到感应圈用来加热焊剂实现堆焊目的。初设计时只对堆焊变压器与连接板焊接了水冷装置，用来冷却连接板、炉体、炉盖部分，而忽略了对感应圈法兰与绝缘电木板处的冷却。由于没有冷却装置，通常在开机连续三小时以上，因连接法兰铜螺栓、螺母发热而导致法兰、绝缘电木板密封处易出焦糊现象，使真空橡胶密封垫变硬，严重降低了绝缘电木板和真空橡胶密封垫的使用寿命。炉内工件与感应圈密封法兰处没有采取隔热措施，使工件在堆焊过程中散发的热量直接被法兰吸收，加速了法兰、绝缘电木板密封处温度的升高，使堆焊不能长时间连续进行，须停机冷却。因此生产效率较低，堆焊质量得不到保证，而且不安全。②窥视窗设置位置存在问题：真空装置炉盖上方设有一窥视窗(用高温玻璃与耐高温橡胶圈密封镶嵌而成)，操作者不能坐着直视真空室内情况，给操作带来不便。③真空管路接口设置存在问题：堆焊装置在真空管路上只有连接真空计的接口，没设检漏用的接口，每当检漏时需把真空表卸下，然后连接上检漏装置。

发明内容

本发明提供一种阀门密封件真空感应堆焊硬质合金工艺和改进设备，以解决现有工艺和装置所存在的不足。

本发明采取以下具体技术措施：

堆焊工艺：(1)预堆焊密封件密封面U形槽深H一般为2.0mm～2.2mm，U型槽壁厚一般为0.8mm～1.2mm(实际槽深和壁厚可根据技术要求确定)；(2)采用Stellite158D和Co-L合金粉末堆焊密封面替代价格较昂贵的CoCrW-1和221合金粉末；(3)堆焊工艺参数：①堆焊电流：栅极电流0.40A～0.60A，阳极电流1.0A～2.0A，阳极电压11KV～13KV，槽路电压5.0KV～8.0KV；②堆焊温度：1200℃～1300℃；③合金粉末：采用粒度为200目或0.126mm；④真空度：10^-1Pa～10^-2pa范围区间；⑤阀座转速：以150r/min～200r/min的转速旋转。

真空堆焊设备：

对连接板与炉盖冷却系统焊接了一个三通装置，冷却水直接与电木板、橡胶密封垫接触，对炉内工件与感应圈法兰密封处采取用石棉垫隔热；窥视窗处安装一反光镜；在真空管路系统上增设了检漏接口，平时用堵头密封，检漏时可接上氨气瓶或麦氏真空计。

本发明具有如下优点：①改进了焊接材料，用价格较低能满足技术要求的Stellite158D和Co-L合金粉末替代价格较昂贵的CoCrW-1和221合金粉末，每年可节约大量资金。②工艺参数的优化得到了更优良的堆焊层。③改进了冷却系统，使法兰密封处不易吸收过多的热量，实现了设备可连续、长时间的工作，优化了堆焊工艺，提高了设备的生产率，节约了电木绝缘板和真空橡胶密封垫的使用量，减少了维修时间，使设备运转更加安全、可靠。④可直视真空室内情况，操作者可根据工件温度或焊接情况决定手控手轮的转动方向和速度(工件转、停用脚踏开关进行控制)对提高堆焊工艺的质量与稳定，起到了关键作用。⑤增设了检漏接口，使维修操作更加方便、容易、直观、可靠。

附图说明

图1在真空管路上增加的检漏接口示意图

图2改进后的冷却系统、隔热石棉垫及反光镜装置示意图

具体实施方式

实施例1

在GP60高频机上连接改进后的真空高频感应堆焊设备，堆焊3/4″(公称通经20mm)的阀座工艺实例。

阀座材质为1Cr13。其主要化学成分(质量分数，％)为0.10C、1.00Mn、1.00Si、0.035P、0.030S、11.7Cr。预堆焊密封面U型槽深2.0mm～2.2mm，U型槽壁厚0.8mm～1.0mm。每次每炉堆焊量15个。选用200目(0.126mm)的Stellite158D粉末作堆焊剂，其堆焊剂化学成分(质量分数，％)为0.50C、22.7Cr、2.4Fe、0.01Mn、0.01Mo、2.2Ni、1.7Si、4.6W、余Co。采用3/4”胎具手抹压成型，通过烘干然后进行高频烧结堆焊，堆焊过程中真空度为10^-1Pa～10^-2pa，栅极电流3.51A，阳极电流1.6A，阳极电压11KV，槽路电压5.5KV，堆焊温度1200～1300℃，阀座以200r/min的转速旋转，经硬度测试结果为HRC36、HR36.5、HRC36.5，证明硬度值都达到了规定值，并硬度值分布较均匀，满足工艺要求。

实施例2

在GP60高频机上连接改进后的真空高频感应堆焊设备，堆焊全径2″(外径尺寸￠58mm)的阀座工艺实例。

阀座材质为1Cr13，其主要化学成分(质量分数，％)为0.10C、1.00Mn、1.00Si、0.035P、0.030S、11.7Cr。预堆焊密封面U型槽深2.0mm～2.1mm，U型槽壁厚1.0mm～1.10mm，每炉堆焊量6个。选用200目(0.126mm)的Co-L粉末作堆焊剂，其堆焊剂化学成分(质量分数，％)为0.70C、0.95Si、0.61B、29.50Cr、4.00W、2.69Fe、余Co。采用全径2″胎具手抹压成型，通过烘干然后进行高频烧结堆焊，堆焊过程中真空度为10^-1Pa～10^-2pa。栅极电流为0.57A，阳极电流1.8A，阳极电压11.7KV，槽路电压7.5KV，堆焊温度1200～1300℃，阀座以150r/min的转速旋转，经硬度测试结果为HRC34、HR35、HRC35，证明硬度值都达到了规定值，并硬度值分布较均匀，满足工艺要求。

实施例3

在GP60高频机上连接改进后的真空高频感应堆焊设备，堆焊11/4″(公称通经32mm)的阀座工艺实例。

阀座材质为1Cr13。其主要化学成分(质量分数，％)为0.10C、1.00Mn、1.00Si、0.035P、0.030S、11.7Cr。预堆焊密封面U型槽深2.0mm～2.2mm，U型槽壁厚0.9mm～1.10mm。每次每炉堆焊量12个。选用200目(0.126mm)的Stellite158D粉末作堆焊剂，其堆焊剂化学成分(质量分数，％)为0.50C、22.7Cr、2.4Fe、0.01Mn、0.01Mo、2.2Ni、1.7Si、4.6W、余Co。采用1 1/4″胎具手抹压成型，通过烘干然后进行高频烧结堆焊，堆焊过程中真空度为10^-1Pa～10^-2pa，栅极电流0.54A，阳极电流1.7A，阳极电压11.2KV，槽路电压6.2KV，堆焊温度1200℃～1300℃，阀座以170r/min的转速旋转，经硬度测试结果为HRC34、HR35、HRC35，硬度值都达到了规定值，并硬度值分布较均匀，满足工艺要求。

实施例4

结合附图说明描述真空堆焊设备的改进。

如图1，真空管路由真空泵1、波纹官2、管道3、过滤器4、规管5、真空蝶阀6、10、感应器7、真空室8、工件9、真空计11组成，现增加检漏接口12，平时用堵头密封，检漏时可接上氨气瓶或麦氏真空计。

如图2，冷却系统、不锈钢法兰密封处及窥孔装置是由堆焊变压器21、连接板22、冷却铜管23、窥视窗26、真空炉体27、感应圈28、电木板210、真空橡胶垫211、不锈钢法兰212、真空炉盖213、冷却水入水口214和冷却水出水口215构成。改进后在连接板22与真空炉盖213冷却系统焊接了一个三通装置24，直接对感应圈法兰212和绝缘电木板210处施行冷却；在不锈钢法兰212与炉内工件216之间采用隔热石棉垫29隔热，阻隔工件216在堆焊过程中散发的热量直接传导法兰212，减缓了法兰212、绝缘电木板210密封处温度的升高；在窥视窗26安装-反光镜25，操作者坐着通过反光镜25可以直接观察真空室内情况。

Claims (5)

1.一种阀门密封件真空感应堆焊硬质合金工艺，其特征在于，堆焊工艺：预堆焊密封件密封面U形槽深H一般为2.0mm～2.2mm，U型槽壁厚为0.8mm～1.2mm；采用Stellite158D或Co-L合金粉末堆焊密封面，Stellite158D化学成分质量百分数为0.50C、22.7Cr、2.4Fe、0.01Mn、0.01Mo、2.2Ni、1.7Si、4.6W、余Co；Co-L化学成分质量百分数为0.70C、0.95Si、0.61B、29.50Cr、4.00W、2.69Fe、余Co；堆焊工艺参数：堆焊电流：栅极电流0.40A～0.60A，阳极电流1.0A～2.0A，阳极电压11KV～13KV，槽路电压5.0KV～8.0KV；堆焊温度：1200℃～1300℃；真空度：10^-1Pa～10^-2Pa范围区间；阀座转速：以150r/min～200r/min的转速旋转。

2.权利要求1所述一种阀门密封件真空感应堆焊硬质合金工艺所用设备，其特征在于，对连接板与炉盖冷却系统焊接水冷装置，对炉内工件与感应圈法兰密封处安置隔热材料；窥视窗处安装一反光镜；在真空管路系统上增设了检漏接口。

3.权利要求2所述一种阀门密封件真空感应堆焊硬质合金新工艺所用设备，其特征在于，所述水冷装置是一个三通装置，水直接与电木板、橡胶密封圈接触。

4.权利要求2所述一种阀门密封件真空感应堆焊硬质合金新工艺所用设备，其特征在于，所述隔热材料是石棉垫。

5.权利要求2所述一种阀门密封件真空感应堆焊硬质合金新工艺所用设备，其特征在于，所述检漏接口，平时用堵头密封，检漏时可接上麦氏真空计。

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