CN104959711A - 球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，首先将阀门基体清理干净；采用脉冲熔化极气体保护焊：全自动焊接，脉冲直流，阳极反接，惰性气体保护，流量10～17L/min；焊接速度8～15cm/min；焊接完成，在阀门基体的待焊接部位包覆一层2~4mm的不锈钢堆焊层；省去了保温和预热。本发明的优点在于焊接的密封面强度可靠、性能稳定，无气孔、裂纹等缺陷，焊材利用率高，工艺简单，操作方便，可实现自动化。与旋压、包焊及镶嵌不锈钢环工艺相比较，省去了划线、下料、卷板、对焊和旋压等多道工序，适合自动焊接及批量生产。

Description

球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺

技术领域

本发明涉及阀门密封面的加工工艺，尤其是涉及一种球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺。

背景技术

中国专利“CN 102785004A”公开的“球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺”在实际焊接过程中，存在以下问题：1. 需要将阀门基体进行预热，预热温度100～250℃，焊后将堆焊有不锈钢密封层的阀门基体置于350～400℃温度下保温2小时；因此对焊接温度和预热时间有很高的要求；2. 采用保护气体为氩气和二氧化碳混合气体保护焊，焊接温度高，二氧化碳造成焊接飞溅大，焊接表面成型差，在冷却时即使采用上述保温措施，由于该焊接工艺的局限，球墨铸铁也会因为受热不均匀，内外层冷却速度不一致而出现裂痕；3.焊接时，容易出现肉眼看不到的焊缝或者裂纹，即使产品做压力试验时，也检测不到焊缝或者裂纹，但是在使用时，由于液体冲击产生振动，而球墨铸铁的韧性差，焊接处存在应力集中，因此隐藏在堆焊层内的裂痕会不断扩大，造成密封不严实，出现密封面液体渗漏，甚至焊层脱落；并且在实际操作时，对焊工技术、焊接条件等因素要求高，劳动强度大，工艺复杂，实际成本率低，需要多次补焊，不适合大规模批量生产。4.采用上述工艺焊接的密封面，由于无法进行退火或者正火处理，加工性能差，存在夹渣、气孔、硬度高以及存在分布不均匀的加工硬点，采用普通硬质合金刀加工时，加工粗糙度差，容易打刀，易产生积削瘤，需要多次修磨刀刃；5.球墨铸铁和不锈钢咬合处，出现渗碳和晶间腐蚀，使不锈钢丧失防锈能力，另外因为残余应力等原因导致锈蚀加快。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺合理、生产效率高、成本低廉且焊接质量稳定球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺。

本发明的技术方案如下：

本发明焊接时，采用脉冲熔化极气体保护焊：焊接方式为全自动焊接，焊接电流为脉冲直流，阳极为反接，保护气体为惰性气体，所述焊接完成后在球墨铸铁阀门基体上形成有不锈钢堆焊层。

进一步，焊接时，所用的焊接电流为150～180A，所用惰性气体的流量为10～17L/min；焊接速度为8～15cm/min。

进一步，所述不锈钢堆焊层的厚度为2~4mm。

进一步，焊接完成所述不锈钢堆焊层后，在所述阀门基体和焊接用焊材的焊接起始接口处覆焊一层长度为10mm~15mm的退弧焊层。

进一步，焊接所述不锈钢堆焊层和/或所述退弧焊层所用的焊材直径为φ0.8mm~φ1.2mm的实心不锈钢焊丝。

进一步，焊接所述不锈钢堆焊层和/或所述退弧焊层的室内空气相对湿度为20%~60%。

进一步，所述惰性气体为氩气和/或氦气。

进一步，焊接所述不锈钢堆焊层和/或所述退弧焊层的焊接电流为150A，焊接所述不锈钢堆焊层和/或所述退弧焊层的焊接气体流量为12L/min。

进一步，焊接所述不锈钢堆焊层和/或所述退弧焊层的焊接速度为12cm/min。

进一步，所述不锈钢堆焊层的厚度为3mm。

本发明的有益效果如下：

本发明在于焊接的密封面具有冶金结合的堆焊层，强度可靠；无气孔、裂纹等缺陷，性能稳定；焊接过程中无飞溅，焊材利用率高，工艺合理，操作方便，可实现自动化及批量生产，工作效率高。与旋压、包焊及镶嵌不锈钢环工艺相比较，省去了划线、下料、卷板、对焊和旋压等多道工序；由于密封面为具有冶金结合的堆焊层，耐热能力更强，适用温

度范围更广；应用在实际生产中，产品一次合格率在98.5%以上。经冷、热动作寿命试验，压力试验，冲击试验，流体阻断性能试验和端部加载试验等，证明堆焊密封层可完全满足国标《GB/T13927》(压力试验)、《GB2106》（冲击试验）、机械行业标准《JB/T5296》（流体阻断性能试验）、《ASMEQME-1QVP-7361.1》（冷动作寿命试验）、《ASMEQME-1QVP7362.1》（热动作寿命试验）和《ASMEQME-1QVP7332.1》（端部加载试验）等规范和工矿的使用要求。

本发明省去了焊前预热和焊后保温的工序，极大提高了生产效率。在焊接时不会出现白口组织、晶体偏析、应力分布不均匀或裂纹；焊接完成降温，可以空冷，不会出现裂痕等不明显裂纹。在实际长时间使用时，不会因为液体的冲击，出现密封面液体渗漏，甚至焊层脱落；实际焊接操作时，对焊工技术、焊接条件的选定等因素要求低，成本率高，不需要补焊，加工成本低、抗拉强度高、不易变形、抗氧化，适合大规模批量生产。

采用本发明工艺的密封面加工性能好，不存在夹渣、气孔、有加工硬点，采用普通硬质合金刀（YG8、YW1、YW2或者YT30等）加工，不用购买造价高的陶瓷刀具或者立方氮化硼刀具，并且加工粗糙度高(Ra0.8~3.2)，尺寸精度（IT5~8）,不需要多次修磨刀刃；球墨铸铁和不锈钢咬合处衔接性好。

增加退弧焊层，可以使得焊接更加牢固，使得焊接出口避开焊接的接口处，防止焊接起始接口缺焊，将焊接起始接口的焊接层补焊的更加牢固。

具体实施方式

本发明包括下述步骤：

第一步，将阀门基体待焊接的部位清理干净，并放于自动堆焊工作台上待焊，送丝机放置直径为φ0.8mm~φ1.2mm的实心不锈钢焊丝，例如304、308、309和316等牌号的φ1.2mm实心不锈钢焊丝。如果焊接室内温度为18℃~40℃，优选18℃~22℃，焊接效果好；进一步，室内空气相对湿度为20%~60%，优选20%~40%，焊接效果更佳；焊接适合我国绝大部分地区的全年室内温度和空气湿度，尤其在北方地区焊接效果会更好。所述阀门基体包括阀体基体和阀板基体。

第二步，采用脉冲熔化极气体保护焊：焊接方式为全自动焊接，焊接电流为脉冲直流，阳极为反接，电流为150～180A，优选150A，电流过小会出现阀门基体和焊材即不锈钢焊丝，无法熔合，容易产生未焊透等缺陷，电流过大会造成焊层出现裂纹、焊瘤等缺陷，成型不好。保护气体为氩气，可以是氦气或者氩气和氦气的混合气体等惰性气体，气体的流量为10～17L/min，优选12L/min；焊接速度为8～15cm/min，优选12cm/min，如果焊接速度过快，熔深增加使焊层稀释率增加，该不锈钢堆焊层的化学成分难以保证，结合层易出现裂纹；焊接速度过慢，焊层厚度增加过多，容易产生焊瘤，且浪费焊材。本工序完成后在阀门基体上形成有不锈钢堆焊层，该不锈钢堆焊焊接层的焊厚度为2-4mm，优选3mm。采用上述优选参数，焊接效果最佳。

第三步，焊接完成后，为更好的防止开裂，在阀门基体和焊材的焊接起始接口处覆焊一层长度10mm-15mm的退弧焊层。

下面以两个具体实施例来详细说明在球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺：

实施例1：

阀门基体为球墨铸铁QT450-12，以脉冲熔化极气体保护焊堆焊308不锈钢实芯焊丝：焊机：电焊机 NBC-350（逆变式二氧化碳气体保护焊）；焊接室内温度在18℃-22℃、空气相对湿度为20%~40%。以脉冲熔化极气体保护焊，接头型式为平位堆焊，焊丝直径φ1.2，焊层最小厚度为2mm，单层焊，保护气体氩气的气体流量为10~12L/min，电流为脉冲直流（DC）150A，极性为负极性，金属过渡方式为射流过渡，摆动焊，单道焊，导电嘴规格为φ1.4，焊接速度为8-12cm/min，焊完后，在接口处覆焊10-12mm的退弧焊层，加工性能良好。

实施例2：

阀门基体为球墨铸铁QT500-7，以脉冲熔化极气体保护焊堆焊SUS316不锈钢实芯焊丝：焊机：电焊机NBC-350（逆变式二氧化碳气体保护焊）；焊接室内温度在22℃-36℃、空气相对湿度为40%~60%。以脉冲熔化极气体保护焊，接头型式为平位堆焊，焊丝直径为Φ0.8，焊层最小厚度为3.5mm，二层焊，保护气体氩气的气体流量为12~17L/min，电流为脉冲直流（DC）180A，极性为负极性，金属过渡方式为射流过渡，摆动焊，单道焊，导电嘴规格为Φ1.4，焊接速度为12-15cm/min，焊完后，在接口处覆焊10-12mm的退弧焊层，加工性能良好。

焊接对比：

焊接条件：闸阀阀板基体为球墨铸铁QT450-12，焊接范围：外圆直径φ250，宽度8mm，室内空气相对湿度30%~40%，室内温度20℃，焊层厚度3mm。焊接后由焊接不锈钢外层到基体受热部分内依次包括不锈钢焊层、熔合层以及基体受热层。

采用中国专利“CN 102785004A”公开的“球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺”：总的焊接时间为5~6个小时，按每月8小时×22天计算，每月焊接50~60件阀板，在后续机械加工密封面时，每加工一件需要修磨刀刃3~5次，每10件中就会有1~2件的焊层出现气孔，需要补焊；做探伤试验：平均每8件中就会有1~2件的焊层出现裂痕，抗拉强度450~500Mpa,焊接熔深为0.6~1mm，因此焊接时向基体热扩散深为30~50mm，并且基体受热层中渗碳体为20%~30%，莱氏体10%~20%，晶体偏析严重。将闸阀组装完成后做试压试验，压力20Mpa，水流速度10m/s，反复开合阀板，闸阀在使用3000~4000次时，密封面开始渗水和生锈；在使用6000~5000次时，密封面出现汽蚀和裂纹，当使用7000次以上时，密封面开始焊层脱落。

采用本专利焊接工艺，总的焊接时间为0.5~0.6个小时，按每月8小时×22天计算，每月焊接300~360件阀板，使得生产效率极大提高；在后续机械加工密封面时，每加工一件需要修磨刀刃0.2~0.5次，每100件中有1~2件的焊层出现气孔，需要补焊；做探伤试验：平均每95件中就会有1~2件的焊层出现裂痕，抗拉强度520~700Mpa,焊接熔深为0.3~0.5mm，减少焊接时的热扩散，金相组织中渗碳体含量少于5%，莱氏体含量少于2%。将闸阀组装完成后做试压试验，压力24Mpa，水流速度15m/s，反复开合阀板，闸阀在使用15000~18000次时，密封面开始渗水；在使用20000~24000次时，密封面出现汽蚀，无裂纹，当使用28000次以上时，闸阀磨损报废，密封面不焊层脱落且不生锈。

    经过对比试验可知，采用本专利焊接工艺，极大提高了生产效率，降低生产成本，延长了阀体的使用寿命。

   另外相对于本领域技术人员来说，在球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面采用混合气体焊接和采用惰性气体焊接是两种不同的焊接工艺，因为球墨铸铁的可焊性差，将不同材质和球墨铸铁焊接难度更大，而且焊后无法进行热处理，因此本领域技术人员来说技术难度大，而现有技术公开一种混合气体焊接采用的思想是：二氧化碳作为保护气体有利于球墨铸铁的焊接，氩气作为保护气体有利于不锈钢的焊接，因此采用混合气体焊接，另外焊前预热和焊后保温对于本领域技术人员来说是焊接球墨铸铁的必要技术特征（参见《焊接技术手册》山西科学技术出版社出版日期:2000-03-01、《焊接手册》第3版 (2008年1月1日)机械工业出版社、《机械设计手册》成大先第五版第一卷）。本发明直接采用惰性气体，例如氩气作为保护气体没有利用二氧化碳作为保护气体有利于球墨铸铁的焊接的思路，因此是不存在技术启示；另外，本发明在焊接工艺中省去焊前预热和焊后保温对于本领域技术人员来说是不存在技术启示，因此在本发明应用在密封面处进行球墨铸铁焊接不锈钢的工艺不是本领域的公知常识，克服了技术偏见，解决了阀门密封领域的技术难题，取得了预料不到的技术效果，非显而易见的，具有突出的实质性特点。本发明极大的提高了生产效率、降低生产成本且延长了产品的使用寿命，具有显著的进步。

Claims (10)

1.一种球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，其特征在于：焊接时，采用脉冲熔化极气体保护焊：焊接方式为全自动焊接，焊接电流为脉冲直流，阳极为反接，保护气体为惰性气体，所述焊接完成后在球墨铸铁阀门基体上形成有不锈钢堆焊层。

2.根据权利要求1所述的球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，其特征在于：焊接时，所用的焊接电流为150～180A，所用惰性气体的流量为10～17L/min；焊接速度为8～15cm/min。

3.根据权利要求2所述的球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，其特征在于：所述不锈钢堆焊层的厚度为2~4mm。

4.根据权利要求3所述的球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，其特征在于：焊接完成所述不锈钢堆焊层后，在所述阀门基体和焊接用焊材的焊接起始接口处覆焊一层长度为10mm~15mm的退弧焊层。

5.根据权利要求1-4任一项所述的球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，其特征在于：焊接所述不锈钢堆焊层和/或所述退弧焊层所用的焊材直径为φ0.8mm~φ1.2mm的实心不锈钢焊丝。

6.根据权利要求5所述的球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，其特征在于：焊接所述不锈钢堆焊层和/或所述退弧焊层的室内空气相对湿度为20%~60%。

7.根据权利要求6所述的球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，其特征在于：所述惰性气体为氩气和/或氦气。

8.根据权利要求7所述的球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，其特征在于：焊接所述不锈钢堆焊层和/或所述退弧焊层的焊接电流为150A，焊接所述不锈钢堆焊层和/或所述退弧焊层的焊接气体流量为12L/min。

9.根据权利要求8所述的球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，其特征在于：焊接所述不锈钢堆焊层和/或所述退弧焊层的焊接速度为12cm/min。

10.根据权利要求1-3任一项所述的球墨铸铁阀门基体上堆焊不锈钢密封面的工艺，其特征在于：所述不锈钢堆焊层的厚度为3mm。