CN1075671A - 小口径阀门密封面的激光熔覆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明为化工、电力、石油中常用的小口径阀门 密封面的激光熔覆工艺，属于阀门表面强化技术领 域。本发明由先将合金粉末压制成所需薄环状，然后 将其放置于小口径阀门密封面并采用大功率激光器 加热使其熔化，并与微熔的密封面表面薄层形成良好 冶金结合的激光熔覆层。本发明强化处理后的小口 径阀门耐磨性好，硬度高，寿命长，无咬边、裂纹等缺 陷，质量好，工效高从而使长期未得到解决的问题得 以圆满的解决。

Description

本发明涉及小口径阀门的表面强化技术，尤为涉及小口径阀门密封面的激光熔覆表面强化技术。

公称通径小于50mm的小口径阀门以其体积小、结构紧凑、调节方便等特点广泛用于石油、化工、电力工业中，由于在使用中阀门密封面极易损坏，而严重影响生产的正常进行。目前常用的密封面强化技术有采用手工电弧焊或等离子堆焊等工艺在密封面上堆焊一定厚度的耐磨、耐蚀合金层，但这二种办法又均存在一定缺点。对于手工电弧堆焊其缺点为：

1.易烧熔阀门侧壁（通常称为咬边），易出现气孔、裂纹等缺陷，质量难以保证;

2.堆焊层易被基体合金成分稀释，一般要堆焊三层（77mm）以上才能保证密封面的成分和性能，所以合金浪费大;

3.操作不便，尤其是深孔阀门则更是操作困难，且焊条无法继续深入，故废弃亦太多;

4.阀门使用寿命低，一般不超过一年。

对于等离子堆焊工艺，因其等离子枪无法进入小口径阀门孔内，故难于应用;而采用等离子枪对予制好的密封环喷焊合金层，然后将密封环镶于阀门内的方法，因其工艺复杂，生产效率低、成本高也难于推广。

80年代末期机械零件激光熔覆表面强化技术已出现，但对于孔径较深的小口径阀门密封面的表面强化，现有的激光熔复技术仍不能解决。

本发明的目的在于发明一种对小口径阀门密封面表面激光熔覆合金层的新工艺，以克服上述工艺所存在的问题。

本发明目的的实现是先将合金粉末压制成所需薄环状，然后将其放置于小口径阀门密封面并采用大功率激光器加热使其熔化，并与微熔的密封面表面薄层形成良好冶金结合的激光熔覆层。

采用本发明工艺所制得的小口径阀门因其表面具有冶金结合的合金熔复层寿命长、硬度高、耐磨性好，且合金耗费少和无咬边、气孔、裂纹等缺陷，所以质量好，加之工艺简单、操作方便，尤其是工效高，从而使小口径阀门长期未能得到解决的问题得到了圆满的解决。

本发明的工艺方法为：

1.采用5%聚乙烯醇水溶液粘结剂将合金粉末调成粘糊状然后压制成环形;

2.将压制得的合金环放置于小口径阀门内孔的密封面上，环的尺寸由密封面的要求而定，并在合金环上再放置一小块合金粉压环，以补充熔复中合金环熔化所需;

3.采用大功率激光束辐照小口径阀门密封面上的合金环，使合金环吸热熔化并透过合金环使密封面表面薄层微熔，激光辐照离去，而后迅速冷却，两者结为一体，形成激光熔覆合金层;

在激光束辐射开始同时，一方面小口径阀门即转动且其转动速度随激光扫描方向由慢至快变化，以获得成分、组织均匀的激光熔覆合金层，另一方面整个熔覆区内通以氮气或氩气等惰性气体，以保护合金层在熔覆过程中不被氧化;

4.对小口径阀门密封面堆焊层的高度要求较高时，可选用至少两个合金环并以分层熔覆的办法来实现。

以上工艺中的合金粉末可选用铁基、镍基、钴基中仍一种，均可取得好效果。

采用上述工艺可高效率、高质量地实现对小口径阀门密封面的表面强化，能克服先前工艺的多种弊病，解决了常期以来不能解决的小孔、深孔阀密封面的耐磨、耐蚀问题，从而使小口径阀门的使用寿命大大延长，具有很好的经济效益。

下面以附图和实施例对本发明进一步叙述。

附图说明：

图1为带有合金环熔复层的小口径阀门。

图2为合金粉末环上附加合金粉末小块放置示意图。

图3为激光熔覆层表面金相组织图。

图4为高温抗擦伤试验失重曲线。

图中标注：1.阀体，2.合金粉末环，3.附加合金粉末小块，4.白色-α-Co固溶体，5.黑色-共晶体，a.手工堆焊司太立合金层的抗擦伤失重曲线，b.激光熔复CO基合金层的抗擦伤失重曲线。

实施例1  小口径阀门密封面的钴基激光熔复强化工艺。

其工艺主要为：

1.采用粒度为180～280目的钴基合金粉末用5%聚乙烯醇水溶液作粘结剂，按两者重量比为3克∶1毫克的比例配置，将其混合均匀后倒入制压模中，用压力试验机以14kg/cm²的比压压制成厚度约为2.7mm、宽度≤7mm的合金环，其致密度约为60%;

2.将压制好的合金环放入阀门密封面上，再放置一长度约为1/8整体环长厚度约为2mm的附加合金环块于合金环上

3.用功率为2KW、光斑直径为6mm的激光光束照射合金环，照射起始点在设置附加合金块处，与此同时由单片机控制使阀门变速转动，转速随扫描方向由慢速向快速变化，在一转的四个象限内其转速分别选取60、55、50、45秒/转、或65、60、55、50秒/转，并同时通以氮气惰性气体，经迅速冷却后获得厚度≤2mm的激光熔覆合金层。

实施例2  熔覆层高于3mm的小口径阀门密封面的钴基激光熔覆强化工艺

1.仍然采用实施例1的激光头等设备，按照实施例1这样工艺获得第一层熔覆合金层;2.立即去除熔覆层表面焊渣，并在小于45秒之内将已压制好的厚度约为2.2mm合金环置于第一层熔覆层上，仍按实施例1的工艺再次进行激光熔覆处理即成。

由本实施例2制得的阀门密封面熔覆层其厚度大于3mm，由图3可见其组织细密均匀，且其硬度为HRC52比手工堆焊CO基合金层（stillite）的硬度HRC44要高得多，而且由图4中a、b曲线可见，其高温抗擦伤能力也比手工堆焊司太立合金属要好得多。由于采用机械化操作和微机自动控制操作，所以工艺精确，生产效率高，它将先前不能解决的问题得到圆满解决，从而使广泛用于化工、电力、石油等工业中的小口径阀门得到新的发展。

Claims (4)

1、一种小口径阀门密封面的激光熔覆工艺，其主要工序为：

(1)采用5%聚乙稀醇水溶液粘结剂将合金粉末调成粘糊状然后压制成环形；

(2)将压制得的合金环放置于小口孔阀门内孔的密封面上，环的尺寸由密封面的要求而定，并在合金环上再放置一小块合金粉压环，以补充熔覆中合金环熔化所需；

(3)采用大功率激光束辐照小口径阀门密封面上的合金环，使合金环吸热熔化并透过合金环使密封面表面薄层微熔，激光辐照离去后迅速冷却，两者结为一体，形成激光熔覆合金层；

在激光束辐射开始同时，一方面小口径阀门即转动且其转动速度随激光扫描方向由慢至快变化，以获得成分、组织均匀的激光熔覆合金层，另一方面整个熔复区内能以氮气或氩气等惰性气体，以保护合金层在熔覆过程中不被氧化；

(4)对小口径阀门密封面堆焊层的高度要求较高的工艺，可选用至少两个合金环并以分层熔覆的办法来实现。

2、按权利要求1所述的小口径阀门密封面的激光熔覆工艺，其特征为所述的熔覆合金粉粒为铁基合金粉粒、镍基合金粉粒或钴基合金粉粒。

3、按权利要求1所述的小口径阀门密封面的激光熔覆工艺，其特征为：

（1）采用粒度为180～280目的钴基合金粉末用5%聚乙烯醇水溶液作粘结剂，按两者重量比为3克∶1毫克的比例配置，将其混合均匀后倒入制压模中，用压力试验机以14kg/cm²的比压压制成厚度约为2.7mm、宽度≤7mm的合金环，其致密度约为60%;

（2）放置于合金环上的一小块合金环为一长度约为1/8整体环长厚度约为2mm的附加合金环块于合金环上;

（3）激光光束的功率为2KW，光斑直径为6mm，阀门的运转器单片机控制其变速，且转速随扫描方向由慢速向快速变化，在一转的四个象限内其转速分别选取60、55、50、45秒/转、或65、60、55、50秒/转。

4、按权利要求1所述的小口径阀门密封面的激光熔覆工艺，其特征为当阀门密封面的熔覆高度较高需进行两次或多次熔覆，两次或多次熔覆工艺相同，两次或多次熔覆之间时间间隔为不大于45秒。