CN207701789U - 阀塞装置 - Google Patents

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Abstract

公开了示例性的阀塞装置。本文所公开的示例性装置包括阀塞尖部、阀塞本体、和附加沉积的材料。阀塞尖部包括头部和从头部延伸的尾部。阀塞本体包括从阀塞本体的第一端朝阀塞本体的第二端延伸的腔体。腔体配合地接收阀塞尖部的尾部。附加沉积的材料接合到阀塞本体，以使阀塞尖部的尾部保持在阀塞本体中。

Description

阀塞装置
技术领域
本公开内容总体涉及流体阀，并且更具体地，涉及复合阀塞及相关方法。
背景技术
控制阀通常用在过程控制工厂或系统中以控制过程流体的流动。控制阀通常包括设置在流体路径中以控制流体的流动的阀塞(例如，金属阀塞)和阀座(例如，金属座环)。阀塞通常包括连接到阀塞本体的阀塞尖部。致动器使阀塞在打开位置和闭合位置之间移动，在闭合位置，阀塞尖部接合阀座以形成密封。
在举例来说诸如碳氢化合物、金属和采矿、以及石化工业等中的严酷的工作(service)应用中，控制阀可能经受严重的侵蚀性工作状况，该工作状况可能迅速磨损或降低阀塞的操作寿命。例如：阀塞可能暴露于流动的包含夹带颗粒(例如，来自井下地层的陶瓷催化剂细粒、沙子和骨料等)的过程流体，这些颗粒可能损坏由金属制成的阀塞尖部的密封表面。
因此，在严酷的工作应用中，经常采用由陶瓷材料制成的阀塞尖部，以减少由严重侵蚀性的过程流体引起的损害，该严重侵蚀性的过程流体可能以其它方式损坏金属阀塞尖部，从而增加了阀塞的操作寿命。尽管对颗粒等的侵蚀性和/或腐蚀性的影响具有高抵抗性，但是这种陶瓷材料可能比金属材料更脆。因此，陶瓷材料的阀塞尖部可能不能承受经常需要提供紧密的流体流动闭合的相对高的致动器推力。例如，当阀塞密封地接合阀座以提供相对紧密的闭合并防止或限制通过阀的通道的流体流动以便进行开/关应用时，致动器向阀塞施加相对高的座负载(seating load)或力。在这种高负载下，由陶瓷制成的阀塞尖部的应力集中可以使得阀塞尖部断裂、损坏或破裂。
实用新型内容
鉴于以上提及的传统的采用由陶瓷材料制成的阀塞尖部较脆，从而可能使得阀塞尖部断裂、损坏或破裂的技术问题，提出了一种阀塞装置。在一个示例中，一种阀塞装置包括阀塞尖部、阀塞本体、以及附加沉积的材料。所述阀塞尖部具有头部以及从所述头部延伸的尾部。所述阀塞本体具有第一端、第二端、以及从所述第一端向所述第二端延伸的腔体。所述腔体配合地接收所述阀塞尖部的所述尾部。所述附加沉积的材料接合到所述阀塞本体，以将所述阀塞尖部的所述尾部保持在所述阀塞本体中。
在一个优选方式中，所述阀塞本体由与所沉积的材料实质上相同的材料构成。
在一个优选方式中，所沉积的材料经由以下方式中的一种进行沉积：粉末床熔融、超声波固结、或定向能量沉积。
在一个优选方式中，所述腔体具有第一形状，并且所述尾部具有与所述第一形状互补的第二形状来接合所述腔体，以使所述阀塞尖部保持在所述阀塞本体内。
在一个优选方式中，所述沉积材料还接合到所述阀塞尖部，以将所述阀塞尖部保持在所述阀塞本体中。
在一个优选方式中，所述沉积材料包括与所述阀塞尖部紧邻的接合层。
在一个优选方式中，所述接合层将所述阀塞尖部与所述沉积材料的随后沉积隔离。
在一个优选方式中，所述阀塞本体从所述第一端到所述第二端被轴向划分，以包括第一本体部和第二本体部。
在一个优选方式中，所述沉积材料覆盖在所述第一本体部和所述第二本体部上，以连接所述第一本体部和所述第二本体部，并且以将所述阀塞尖部在所述第一本体部和所述第二本体部之间捕获在所述腔体中。
在一个优选方式中，所述第一形状包括逐渐变细的表面。
在一个优选方式中，所述阀塞尖部包括碳化钨，并且所述阀塞本体包括金属。
在另一个示例中，一种阀塞装置包括阀塞尖部和接合层。所述阀塞尖部由第一材料构成。所述第一材料包括金属基体中的陶瓷。所述接合层是熔合到所述阀塞尖部的附加沉积的第二材料。
在一个优选方式中，所述第一材料是碳化钨，并且所述第二材料是金属。
在一个优选方式中，所述阀塞装置还包括阀塞本体，所述阀塞本体接合到所述接合层，所述阀塞本体由所述第二材料构成。
在一个优选方式中，所述接合层还包括与所述金属基体成为合金的第二材料。
在一个优选方式中，所述接合层经由以下方法中的一种进行沉积：粉末床熔融、超声波固结、或定向能量沉积。
在一个优选方式中，所述接合层使所述阀塞尖部与所述第二材料的随后沉积隔离。
在另一个示例中，一种阀塞装置包括阀塞尖部和附加沉积的材料。所述阀塞尖部包括接合面。所述附加沉积的材料经由所述接合面接合到阀塞尖部。所述附加沉积的材料与所述阀塞尖部一起形成接合层。
在一个优选方式中，所述阀塞尖部由金属基体中的陶瓷构成，并且所述附加沉积的材料由金属材料构成。
在一个优选方式中，所述接合层是所述金属基体和所述金属材料的合金。
根据本实用新型，所公开的示例性阀塞装置可以采用碳化钨或类似构成的阀塞尖部，与由相对较脆的材料构成的常规的阀塞尖部相比，该阀塞尖部具有显著增加的对断裂的阻力以及延长的操作寿命。
附图说明
图1示出了使用本文所描述的示例性阀塞装置实施的示例性控制阀。
图2是图1的示例性阀塞装置的示例性布置的放大分解图。
图3是图2的示例性阀塞装置的组装剖面图。
图4是图1的示例性阀塞装置的替代的示例性布置的放大分解图。
图5是图4的替代的示例性阀塞装置的组装剖面图。
图6是图1的示例性阀塞装置的另一个替代的示例性布置的剖面图。
图7是图6的示例性阀塞装置的放大剖面图。
图8是表示可以执行以构造图1-5的示例性阀塞装置的示例性方法的流程图。
图9是表示可以执行以构造图1、图6和图7的示例性阀塞装置的替代的示例性方法的流程图。
附图不是按比例的。相反，为了阐明多个层和区域，在附图中可以放大层的厚度。只要可能，将在整个附图和附随的书面描述中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。如在本专利中所使用的，声明任何部件(例如，层、膜、区域、或板)以任何方式被定位在(例如，定位在、位于、设置在、或形成在)另一个部件上，意味着所提及的部件与其它部件接触，或者所提及的部件与另一部件隔开，其中一个或多个中间部件位于它们之间。声明任何部件与另一个部件接触意味着两个部件之间不存在中间部件。
具体实施方式
在用于严重侵蚀性的流体应用中的常规的阀塞中，用于将陶瓷的阀塞尖部连接到金属阀塞本体的连接技术(例如，收缩配合、铜焊、螺栓连接)通常涉及形成具有包括尖锐角部和/或弯部的几何形状的阀塞尖部。除了陶瓷材料和金属材料之间不同的热膨胀率之外，这些常规的阀塞尖部几何形状可能导致阀塞尖部的高应力集中，并且可能造成通常相对较脆的常规的陶瓷阀塞尖部更易于断裂。
通常，本文所描述的示例性阀塞装置可以用于严重侵蚀性的过程流体，例如，具有夹带颗粒(例如，陶瓷催化剂)的过程流体(例如，氢流体)，其经常导致对常规的阀内件部件的损坏或侵蚀。本文所描述的示例性阀塞装置可以采用碳化钨或类似构成的阀塞尖部，与由相对较脆的材料构成的常规的阀塞尖部相比，该阀塞尖部具有显著增加的对断裂的阻力以及延长的操作寿命。
在某些示例中，本文所描述的阀塞装置包括由陶瓷复合材料(例如，金属基体中的陶瓷骨料)构成的阀塞尖部、由金属材料构成的阀塞本体、以及由金属材料构成的附加沉积的材料。本文所描述的示例性阀塞装置提供了阀塞尖部和阀塞本体之间的机械连接，其在比常规阀塞中更大的区域上展开。在某些示例中，将由陶瓷阀塞尖部与阀塞本体之间的不同热膨胀率引起的应力以及将来自驱动阀塞的致动器的推力应力在较大的机械连接区域上展开降低了使阀塞尖部断裂的风险。另外，在某些示例中，本文所描述的阀塞装置提供了陶瓷复合材料阀塞尖部和金属阀塞本体之间的接合连接，这可以进一步降低使阀塞尖部断裂的可能性。
本文所描述的示例性阀塞装置的示例性阀塞尖部和示例性阀塞本体可以具有互补的形状和/或互锁特征，以将阀塞尖部保持在阀塞本体中。在这种示例中，可以使用附加沉积的材料来防止阀塞尖部与阀塞本体分离。在某些示例中，将附加沉积的材料应用到示例性阀塞尖部以形成熔合到陶瓷复合材料的金属材料的接合层，示例性金属阀塞本体可以机械地连接到该接合层。因此，本文所描述的示例性阀塞装置提供了抗侵蚀和抗断裂的陶瓷复合材料尖部以保护金属阀塞本体。
图1示出了利用本文所描述的示例性阀塞装置实现的示例性控制阀。更具体地，图1示出了利用根据本文的教导构造的阀内件装置102实现的控制阀组件100(例如，向下流动角度式控制阀)，其可以用在严酷的工作应用(例如，严重侵蚀性的过程流体、高压应用等)中。阀内件装置102包括流动控制构件或阀塞104以及阀座或座环106。在某些示例中，阀塞104还可以包括机加工连接件108(例如，外螺纹、内螺纹、销、夹紧环、法兰等)，以将阀塞104机械地耦接到阀杆110。致动器(未示出)(例如，气动致动器、电致动器、液压致动器等)可以可操作地耦接到阀杆110以相对于座环106移动阀塞104来控制流体流动。此外，座环106可以具有座表面112以与阀塞104密封地接合。
阀塞104可以包括阀塞本体114和阀塞尖部116。在某些示例中，阀塞104还可以包括附加沉积的材料118，将在下面结合图2-7更详细地进行描述。在某些示例中，可以将附加沉积的材料118沉积到阀塞本体114和/或阀塞尖部116上。在某些示例中，可以经由包括但不限于定向能量沉积(DED)、粉末床熔融(例如，直接金属激光烧结(DMLS))、超声固化(例如，薄片层叠)等方法(将在下面结合图8-9更详细地进行描述)沉积附加沉积的材料118。此外，阀塞尖部116可以包括密封表面120以密封地接合座环106的座表面112。
在操作时，致动器(未示出)在闭合位置与全开或最大流动位置之间驱动阀杆110以及因此阀塞104，在闭合位置处，阀塞尖部116与座环106密封接合，以防止或限制流体流动，在全开或最大流动位置处，阀塞尖部116与座环106分离，以允许流体流动。
在严重侵蚀性的流体状况下，经常采用由复合陶瓷材料制成的阀塞尖部116和/或座环106，这是因为陶瓷材料具有对侵蚀性或腐蚀性流体状况和高压差应用的相对高的抵抗力，从而增加了阀塞和/或阀座的操作寿命。例如，参考图1的示例，阀塞尖部116和/或座环106可以由复合陶瓷材料制成。在某些示例中，复合陶瓷材料可以是在钴和/或镍基体中胶合(cement)的碳化钨陶瓷骨料。然而，经由机加工连接件108将阀塞本体114耦接到阀杆110可能需要复杂的机械紧固机构，金属材料可能更适合于该紧固机构。另外地或替代地，如上所述，由于经由尺寸被设置为在开/关流体应用期间提供紧密的闭合控制的致动器施加到阀塞尖部116的推力和/或座负载，复合陶瓷阀塞尖部116可能受到损坏(例如，断裂、破裂、碎裂等)。在某些示例中，由复合陶瓷阀塞尖部116的材料和阀塞本体114的材料之间的不同热膨胀率造成的在复合陶瓷阀塞尖部116中引起的应力增加了对阀塞尖部116的损坏的可能性。上面提到的较大区域的机械连接和/或接合层可以有助于防止对阀塞尖部116的损坏，如下面借助于图2-7更详细地进行解释的。
图2是图1的示例性阀塞装置的示例性布置的放大分解图。在图2的所例示的示例中，阀塞104可以包括阀塞本体114、阀塞尖部116、和成形为保持件212的附加沉积的材料118。可以由保持件212将阀塞尖部116在几何结构上保持在阀塞本体114中。在某些示例中，阀塞尖部116可以是大致上蘑菇形状的。然而，阀塞尖部116可以被形成为具有其它形状，以通过保持件212保持在阀塞本体114中，包括但不限于“T”形、杆上停止件形(stopper-on-stalk-shaped)、蝶形，圆锥体、钩形、倒钩形等。在某些示例中，阀塞尖部116可以是径向不对称的。
如图2的示例所示，阀塞本体114可以包括杆214、第一端216、第二端218、背衬面(backing face)220、本体边缘222、第一本体平台224、第二本体平台226、内侧本体弧形过渡区228、本体逐渐变细部(taper)230、外侧本体弧形过渡区232、以及本体外表面234。此外，在某些示例中，阀塞本体114可以承载上面所描述的并且在图2中示出为示例性螺纹连接件的机加工连接件108。如图2所描绘的，背衬面220可以与第一本体平台224和第二本体平台226、第一本体弧形过渡区228、以及本体外表面234接触。此外，第一本体平台224和第二本体平台226可以与内侧本体弧形过渡区228、本体逐渐变细部230、外侧本体弧形过渡区232、本体边缘222、以及本体外表面234接触。另外，内侧本体弧形过渡区228可以与本体逐渐变细部230接触。本体逐渐变细部230可以与外侧本体弧形过渡区232接触。外侧本体弧形过渡区232可以与本体边缘222接触。本体边缘222可以与外表面234接触。总的来说，背衬面220、本体边缘222、第一本体平台224、第二本体平台226、内侧本体弧形过渡区228、本体逐渐变细部230、以及外侧本体弧形过渡区232可以限定本体腔体部236。
在图2示出的示例中，阀塞尖部116可以包括头部238和尾部240。头部238可以包括密封表面120和肩部242，更好地如图3和图5所示，并在下面更详细地进行描述。肩部242可以与密封表面120接触。尾部240可以包括基部244、尖部内侧弧形过渡区246、和尖部逐渐变细部248。如更好地在图3中所示并在下面所描述的，阀塞尖部116还可以包括外侧尖部弧形过渡区250。基部244可以与内侧尖部弧形过渡区246接触。内侧尖部弧形过渡区246可以与尖部逐渐变细部248接触。尖部逐渐变细部248可以与外侧尖部弧形过渡区250接触。外侧尖部弧形过渡区250可以与肩部242接触。而且，如以下将结合图3更详细地解释的，尾部240可以被接收在本体腔体部236中。
如在图2的示例中所描绘的，保持件212可以被附加地构造或形成为包括保持件外表面252、保持件边缘254、外侧保持件弧形区256、以及保持件锥形体258。如下面将描述的并在图3中更好地示出的，保持件212可以被附加地构造或者形成为另外包括内侧保持件弧形过渡区260。此外，当如图2中所描绘的与阀塞本体114分离地观察时，保持件212可以被附加地构造或形成为包括第一保持件平台262和第二保持件平台264以及底部266。当与阀塞本体114分离地观察时，第一保持件平台262和第二保持件平台264可以与内侧保持件弧形过渡区260、保持件逐渐变细部258、外侧保持件弧形过渡区256、保持件边缘254、底部266、以及保持件外表面252接触。内侧保持件弧形过渡区260可以与保持件逐渐变细部258接触。保持件逐渐变细部258可以与外侧保持件弧形过渡区256接触。外侧保持件弧形过渡区256可以与保持件边缘254接触。总的来说，保持件边缘254、外侧保持件弧形区256、保持件逐渐变细部258、内侧保持件弧形过渡区260、第一保持件平台262和第二保持件平台264以及底部266可以被附加地构造或形成以限定保持件腔体部268。保持件212可以以由第一本体平台224和第二本体平台226、背衬面220、内侧尖部弧形过渡区246、尖部逐渐变细部248、外侧尖部弧形过渡区250、肩部242、本体外表面234、以及密封表面120限界的附加沉积的材料118的一系列连续层被附加地构造或形成到阀塞本体114和阀塞尖部116上。因此，在某些示例中，保持件212链接(例如，桥接、跨接、连接等)第一本体平台224和第二本体平台226。在某些示例中，形成保持件212的附加的沉积材料118的一系列连续层可以在沉积期间熔化。当保持件212被附加地构造或形成到阀塞本体114上时，保持件212可以与阀塞本体114形成整体并且因此成为其一部分。此外，保持件212可以被附加地被构造为围绕尾部240。因此，本体腔体部236和保持件腔体部268可以共同形成腔体270，并且尾部240可以捕获在腔体270中。此外，保持件212和阀塞本体114可以一起工作，以使得阀塞尖部116经由尾部240保持在阀塞本体114中。根据图2的示例的阀塞尖部116的保持将在下面借助于图3进一步详细描述。
图3是图2的示例性阀塞装置的组装剖面图。在图3中所示出的示例中，阀塞尖部116被描绘为安装在阀塞本体114中并由保持件212进行保持。因此，腔体270被尾部240填充。阀塞本体114和保持件212可以被成形为配合地与阀塞尖部116相对应。例如，背衬面220可以配合地与基部244相对应。例如，内侧本体弧形过渡区228和内侧保持件弧形过渡区260可以配合地与内侧尖部过渡区246相对应。例如，本体逐渐变细部230和保持件逐渐变细部258可以配合地与尖部逐渐变细部248相对应。例如，外侧本体弧形过渡区232和外侧保持件过渡区256可以配合地与外侧尖部弧形过渡区250相对应。例如，本体边缘222和保持件边缘254可以配合地与肩部242相对应。另外，弧形过渡区228、232、246、250、256、260的弧形形状可以用于显著地减小应力集中并且防止阀塞本体114、保持件212、以及阀塞尖部116中的断裂蔓延。
此外，如图3所示，在某些示例中，内侧本体弧形过渡区228、本体逐渐变细部230、外侧本体弧形过渡区232、本体边缘222、内侧保持件弧形过渡区260、保持件逐渐变细部258、外侧保持件弧形过渡区256、以及保持件边缘254可以共同地形成保持套环312。因此，参考图2和图3，由于保持件212链接第一本体平台224和第二本体平台226，因此在某些示例中，保持套环312是连续的(例如，环形、环状)。在某些示例中，本体逐渐变细部230和保持件逐渐变细部258可以从第二端218朝第一端216变窄(例如，腔体270可以是圆锥形的)。在某些示例中，尖部逐渐变细部248可以从基部244朝头部238变窄(例如，尾部240可以是向外展开的(flared))。另外，在某些示例中，尖部逐渐变细部248、外侧尖部弧形过渡区250、以及肩部242可以共同地形成凹槽314。由于保持件212被附加地构造为围绕尾部240，所以保持套环312可以与凹槽314互锁。例如，凹槽314配合地接收保持套环314。例如，保持套环314配合地扣入凹槽314中。因此，保持套环312可以通过捕获向外展开的尾部240将阀塞尖部116保持在阀塞本体114中。然而，在某些示例中，间隙316可以保留在阀塞尖部116和阀塞本体114以及保持件212之间。在某些示例中，间隙316可以允许金属阀塞本体114和保持件212以及陶瓷复合材料阀塞尖部116之间的不同的膨胀率。当阀塞104在工作期间暴露于热流体时而被加热时，阀塞本体114可以膨胀以闭合间隙316并紧贴阀塞尖部116。例如，保持套环312可以紧贴尾部240。更具体地，本体和保持件逐渐变细部230、258、外侧本体和保持件弧形过渡区232、256，以及本体和保持件边缘222、254可以分别紧贴尖部逐渐变细部248、外侧尖部弧形过渡区250、以及肩部242。下面结合图4-7解释用于将阀塞尖部保持在阀塞本体114中的其它示例。
图4是图1的示例性阀塞装置的替代的示例性布置的放大分解图。在图4示出的示例中，阀塞104可以包括阀塞本体114、阀塞尖部116和被成形为套筒412的附加沉积的材料118。在某些示例中，套筒412可以承载机加工连接件108。在某些示例中，如图4中所描绘的，阀塞本体114可以包括第一本体部414和第二本体部416(例如，阀塞本体114可以从第一端216到第二端218被轴向地划分)。第一本体部414和第二本体部416可以彼此互补。第一本体部414和第二本体部416可以是阀塞本体114的任何互补(例如，平衡)的划分(例如，两等分、月牙形和馅饼切片形)。阀塞尖部116可以在几何结构上保持在第一本体部414和第二本体部416之间。此外，套筒412可以将第一本体部414和第二本体部416保持在一起(例如，防止第一部414和第二部416分离并由此捕获阀塞尖部116)。
在某些示例中，第一本体部414和第二本体部416可以分别包括限定上面所描述的本体腔体部236的背衬面220、本体边缘222、第一本体平台224和第二本体平台226、内侧弧形过渡区228、本体逐渐变细部230、外侧弧形过渡区232、以及本体外表面234。在图4的示例中，第一本体部414和第二本体部416的本体腔体部236可以限定腔体270。此外，第一本体部414和第二本体部416可以分别包括配合面418。因此，在某些示例中，第一本体部414和第二本体部416可以是彼此的镜像。
在某些示例中，套筒412可以被附加地构造为围绕第一本体部414和第二本体部416，以连接并密封第一本体部414和第二本体部416，从而将阀塞尖部116捕获在阀塞本体114中。套筒412可以以附加沉积的材料118的一系列连续层被附加地构造在组合的第一本体部414和第二本体部416上。在某些示例中，形成套筒412的附加沉积的材料118的一系列连续层可以在沉积期间熔化。由于套筒412被附加地构造或形成在阀塞本体114的第一本体部414和第二本体部416上，所以套筒412可以与阀塞本体114形成整体并且因此成为其一部分。根据图4的示例的阀塞尖部116的保持将在下面借助于图5进一步详细描述。
图5是图4的替代的示例性阀塞装置的组装剖面图。如图5所示，第一本体部414和第二本体部416在配合面418处配合，以将阀塞尖部116捕获在腔体270中。此外，在图5的示例中，套筒412被附加地构造为围绕第一本体部414和第二本体部416，以包裹(enrobe)第一本体部414和第二本体部416，并且因此将第一本体部和第二本体部保持在一起，以防止阀塞尖部116被释放。另外，套筒412可以被附加地构造和/或以形成机加工连接件108。
在图5中所示出的示例中，阀塞尖部116的尾部240被描绘为安装在由套管412保持的第一本体部414和第二本体部416之间。因此，类似于图3的示例，腔体270被阀塞尖部116的尾部240填充。如图3的示例中所示，第一本体部414和第二本体部416可以被成形为经由背衬面220、内侧本体弧形过渡区228、本体逐渐变细部230、外侧本体弧形过渡区232、以及本体边缘222配合地与阀塞尖部116相对应。另外，类似于上面结合图3所描述的保持件212和阀塞本体114，弧形过渡区228、232的弧形形状可以用于减小应力集中并防止第一本体部414和第二本体部416中的断裂蔓延。
此外，如图5中所示，在某些示例中，第一本体部414和第二本体部416经由弧形过渡区228、232，本体逐渐变细部230、以及本体边缘222共同形成保持套环312。在某些示例中，如上面所描述的，阀塞尖部116以凹槽314为特征。当第一本体部414和第二本体部416被组装为围绕阀塞尖部116时，保持套环312可以与凹槽314互锁，以如上面关于图3所描述的将阀塞尖部116保持在阀塞本体114中。然而，类似于上面关于图3的内容，在某些示例中，阀塞尖部116与第一本体部414和第二本体部416之间的间隙316允许金属的第一本体部414和第二本体部416与陶瓷复合材料阀塞尖部116之间的不同的膨胀率。当在工作期间暴露于热流体时，第一本体部414和第二本体部416可以膨胀并紧贴阀塞尖部116，从而闭合间隙316。下面结合图6-7解释用于将阀塞尖部与阀塞本体114进行连接的其它示例。
图6是图1的示例性阀塞装置的另一个替代的示例性布置的剖面图。如图6所示，阀塞104可以包括阀塞本体114、阀塞尖部116、附加沉积的材料118、以及接合层612。在某些示例中，如图6所示，阀塞尖部116具有基本上平坦的接合面614。在某些示例中，阀塞本体114接合到附加沉积的材料118。在某些示例中，附加沉积的材料118经由接合层612接合到接合面614。另外，阀塞本体114可以被附加地构造和/或机加工以形成机加工连接件108。下面结合图7更详细地解释根据图6的示例的阀塞尖部116的接合。
图7是图6的示例性阀塞装置的放大剖面图。如图7的示例所示，阀塞本体114和附加沉积的材料118由基本上相同的金属材料“MM”构成。在某些示例中，金属材料“MM”是含铁的(例如，钢、不锈钢、“316”不锈钢等)。而且，如图7的示例所示，阀塞尖部116由保持在金属基体712(例如，复合陶瓷)中的陶瓷骨料710构成。在图7的示例中，陶瓷骨料710是碳化钨“WC”，并且金属基体712包括镍“Ni”和钴“Co”。然而，陶瓷骨料710可以是任何类型的陶瓷，并且金属基体712可以包括任何金属。由于附加沉积的材料118以连续层方式沉积到接合面614上，因此阀塞尖部116的金属基体712的一部分可以与附加沉积的材料118进行熔合，以形成接合层612。在图7的示例中，因此，接合层612包括与附加沉积的材料118的金属材料“MM”熔合的金属基体712的镍“Ni”和钴“Co”。因此，接合面614可以被扩散(例如，被嵌入、被吸收)到接合层612中。在某些示例中，附加沉积的材料118利用激光束进行熔化，并且经由定向能量沉积而在接合面614上(例如，展开)被沉积成连续的熔化层。在某些示例中，将附加沉积的材料118作为粉末被沉积成连续层，随后利用激光束进行熔化以经由粉末床熔融(例如，直接金属激光烧结)而在接合面614上展开。在某些这种示例中，激光束和/或熔化的附加沉积的材料118熔化接合面614，使得阀塞尖部116的金属基体712的一部分与附加沉积的材料118流体混合。在某些这种示例中，随着接合层612随后冷却，金属基体712和附加沉积的材料118被熔合在一起。因此，在某些示例中，接合层612是附加沉积的材料118和金属基体712的合金(例如，混合物、汞合金、熔合物、掺合物、复合物等)。在某些这种示例中，可以通过将激光束以一系列减小的强度施加到接合层612来控制接合层612和/或阀塞尖部116的冷却。控制接合层612和/或阀塞尖部116的冷却可以防止对阀塞尖部116的损坏(例如，断裂、碎裂、或破裂等)。
在某些示例中，附加沉积的材料118被沉积在连续的片层(例如，箔片等)中，并且随后利用超声波发生器(sonotrode)经由超声波固结焊接在接合面614上。在某些这种示例中，由超声波发生器产生的超声波振动将附加沉积的材料118熔化到阀塞尖部116的金属基体712。因此，接合层612可以是附加沉积的材料118和金属基体712的混合物。通过将附加沉积的材料118以连续层的方式附加地沉积到阀塞尖部116上，与例如常规的焊接方法、铸造等相比，输入到阀塞尖部116中的能量可能相对较低。减少施加到阀塞尖部116的能量输入可以防止对阀塞尖部116的损坏。
在某些示例中，另外的附加沉积的材料118被沉积到接合层612上，直到达到附加沉积的材料118的厚度716。在某些示例中，阀塞本体114经由常规的、相对高能量输入的焊接方法附接到附加沉积的材料的厚度716。然而，在某些示例中，阀塞本体114直接附接到接合层612。在某些示例中，厚度716和/或接合层612用作为绝热阻挡层(例如，隔热罩等)，以保护复合陶瓷阀塞尖部116免受高能量输入焊接的影响。然而，在某些示例中，附加沉积的材料118的附加沉积继续基本上形成阀塞本体114。
尽管实现图1-7的示例性阀塞104的示例性方法在图8-9中被例示，但是可以组合、分割、重新布置、省略、消除和/或以任何其它方式实现在图8-图9中例示的元件、过程和/或设备中的一个或多个。此外，构造示例性阀塞尖部116、示例性金属基体712、示例性接合层612、示例性厚度716、示例性附加沉积的材料118、示例性阀塞本体114和/或更一般地图1-7的示例性阀塞104的图8-9的示例性方法可以通过使用机器可读指令、由硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任何组合来实现。此外，例如，构造示例性阀塞尖部116、示例性金属基体712、示例性接合层612、示例性厚度716、示例性附加沉积的材料118、示例性阀塞本体114和/或更一般地示例性阀塞104中的任一个的图8和图9的过程可以通过一个或多个模拟或数字电路、逻辑电路、(一个或多个)可编程处理器、(一个或多个)专用集成电路(ASIC)、(一个或多个)可编程逻辑器件(PLD)和/或(一个或多个)现场可编程逻辑器件(FPLD)来实现。另外，用于执行图8-9的示例性方法中的至少一个的任何机器可读指令由此被明确定义为在有形计算机可读存储设备或存储盘(诸如储存软件和/或固件的存储器、数字多功能盘(DVD)、光盘(CD)、蓝光光盘等)进行编码。此外，图8-9的示例性方法可以包括除了或替代在图8-9中所例示的元件、过程和/或设备以外的一个或多个元件、过程和/或设备，和/或可以包括所例示的元件、过程和设备中的任何或所有元件、过程和设备中的多于一个元件、过程和/或设备。
图8-9中示出了表示构造图1-7中的示例性阀塞104的示例性方法的流程图。在某些示例中，在使用机器可读指令来实现示例性方法的情况下，机器可读指令包括用于由处理器执行的程序。该程序可以体现在存储在有形计算机可读存储介质(诸如CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、数字多功能盘(DVD)、蓝光光盘、或与处理器相关联的存储器)上的软件中，但是整个程序和/或其部分可以替换地由除了处理器以外的设备执行和/或体现在固件或专用硬件中。此外，虽然参照图8-9所示的流程图描述了示例性方法，但是可以替代地使用实现示例性阀塞的许多其它方法。例如，可以改变框的执行顺序，和/或可以改变、消除或组合所描述的框中的某些框。
如上面所提到的，图8-9中的示例性方法可以使用储存在有形计算机可读储存介质(诸如硬盘驱动、闪存、只读存储器(ROM)、光盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、高速缓存、随机存取存储器(RAM)和/或信息在其中存储达任何持续时间(例如，达延长的时间段、永久性地、用于简要的情况、用于临时缓冲、和/或用于缓存信息)的任何其它储存设备或储存盘)上的编码指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实现。如本文所使用的，术语有形计算机可读储存介质被明确定义为包括任何类型的计算机可读储存设备和/或储存盘并且排除传播信号并排除传输介质。如本文所使用的，“有形的计算机可读储存介质”和“有形的机器可读储存介质”可以互换地使用。另外地或替代地，可以使用编码指令(例如，计算机和/或机器可读指令)实现图8-9的示例性方法，该编码指令储存在非暂时性计算机和/或机器可读介质(诸如硬盘驱动、闪存、只读存储器、光盘、数字多功能盘、高速缓存、随机存取存储器和/或信息在其中储存达任何持续时间(例如，达延长的时间段、永久地、用于简短的情况、用于临时缓冲、和/或用于缓存信息)的任何其它储存设备或储存盘)上。如本文所使用的，术语非暂时性计算机可读介质被明确定义为包括任何类型的计算机可读储存设备和/或储存盘，并且排除传播信号以及排除传输介质。如本文中所使用的，当短语“至少”被用作为权利要求的前序部分中的过渡术语时，其是以与术语“包括”是开放式的一样的方式是开放式的。
图8是表示示例性方法810的流程图，该示例性方法可以被执行以实现图1-5的阀塞104的示例。示例性方法810可以执行以(例如)将复合陶瓷阀塞尖部连接到金属阀塞本体。
可以形成复合陶瓷阀塞尖部(例如，铸造烧结，机加工等)(框820)。然后，可以形成金属阀塞本体(例如，铸造、烧结、机加工、附加制造等)(框830)。在某些示例中，阀塞尖部和阀塞本体被形成为具有互补的形状和/或互锁特征(框820、框830)。接下来，可以组装阀塞尖部和阀塞本体(框840)。在某些示例中，阀塞尖部的尾部被接收在阀塞本体的腔体中。此外，附加沉积的材料可以经由附加的制造工艺(例如，定向能量沉积、粉末床熔融、超声波固结等)沉积到阀塞本体(以及在某些示例中，阀塞尖部)上(框850)。在某些示例中，附加沉积的材料将阀塞尖部保持在阀塞本体中。在某些示例中，附加沉积的材料被形成为保持件。在某些示例中，附加沉积的材料被形成为套筒。接下来，组装的阀塞本体、阀塞尖部和附加沉积的材料可以被机加工，以例如去除毛刺、雕刻信息、形成机加工连接件等(框860)。
图9是表示替代的示例性方法910的流程图，该示例性方法910可以被执行以实现图1、图6和图7的示例性阀塞104。示例性的替代方法910可以被执行，以(例如)将复合陶瓷阀塞尖部接合到金属阀塞本体。
可以形成(例如，铸造、由粉末状金属和适当的粘结剂形成、烧结、机加工等)复合陶瓷阀塞尖部(框920)。在某些示例中，复合陶瓷是粘结在金属基体中的陶瓷材料。在某些这种示例中，陶瓷材料是碳化钨，并且金属基体是镍和/或钴。在某些示例中，阀塞尖部被形成为具有接合面。然后，阀塞尖部准备好以进一步处理(框930)。在某些示例中，准备阀塞尖部包括清洁和/或加热阀塞尖部。在某些这种示例中，阀塞尖部用激光束加热。接下来，接合层经由附加的制造工艺(例如，定向能量沉积、粉末床熔融、超声波固结等)形成在阀塞尖部上(框940)。在某些示例中，接合层是金属基体以及由附加制造工艺沉积的金属材料的混合物(例如，合金)。在某些示例中，金属材料是含铁的(例如，钢、不锈钢等)。在某些示例中，接合层形成在阀塞尖部的接合面上。在某些这种示例中，接合面扩散到接合层中。此外，在其中使用激光束形成接合层的示例中(框940)，可以以通过将激光束以一系列减弱的强度施加到接合层的受控的方式来冷却组装的接合层和阀塞尖部(框950)。接下来，阀塞本体可以经由接合层连接到阀塞尖部(框960)。在某些示例中，阀塞本体可以被常规地焊接到接合层。在某些示例中，阀塞本体可以被附加地构造到接合层上。在某些示例中，附加沉积的材料的厚度可以被附加地构造到接合层上，并且阀塞本体可以被常规地焊接到该厚度。另外，组装的阀塞本体、阀塞尖部、和附加沉积的材料可以被机加工，以(例如)去除毛刺、雕刻信息、形成机加工连接件等(框970)。
从上文中，将理解的是，上面所公开的方法、装置和制品可以为阀塞提供同时良好固定和抗裂的阀塞尖部，从而延长了阀塞和阀的操作寿命。此外，利用附加制造方法的相对较低的能量输入来将金属材料接合到复合陶瓷可以提供既硬(例如，耐侵蚀)又有弹性(例如，可延展的、可机加工等)的分层结构(例如，层压材料)。
虽然本文已经公开了某些示例性方法、装置和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖了完全落入本专利的权利要求范围内的所有方法、装置和制品。

Claims (20)

1.一种阀塞装置，其特征在于，包括：
阀塞尖部，所述阀塞尖部具有头部以及从所述头部延伸的尾部；
阀塞本体，所述阀塞本体具有从所述阀塞本体的第一端朝所述阀塞本体的第二端延伸的腔体，所述腔体配合地接收所述阀塞尖部的所述尾部；以及
附加沉积的材料，所述附加沉积的材料接合到所述阀塞本体，以将所述阀塞尖部的所述尾部保持在所述阀塞本体中。
2.根据权利要求1所述的阀塞装置，其特征在于，所述阀塞本体由与所沉积的材料实质上相同的材料构成。
3.根据权利要求1所述的阀塞装置，其特征在于，所沉积的材料经由以下方式中的一种进行沉积：粉末床熔融、超声波固结、或定向能量沉积。
4.根据权利要求1所述的阀塞装置，其特征在于，所述腔体具有第一形状，并且所述尾部具有与所述第一形状互补的第二形状来接合所述腔体，以使所述阀塞尖部保持在所述阀塞本体内。
5.根据权利要求4所述的阀塞装置，其特征在于，所述沉积材料还接合到所述阀塞尖部，以将所述阀塞尖部保持在所述阀塞本体中。
6.根据权利要求5所述的阀塞装置，其特征在于，所述沉积材料包括与所述阀塞尖部紧邻的接合层。
7.根据权利要求6所述的阀塞装置，其特征在于，所述接合层将所述阀塞尖部与所述沉积材料的随后沉积隔离。
8.根据权利要求4所述的阀塞装置，其特征在于，所述阀塞本体从所述第一端到所述第二端被轴向划分，以包括第一本体部和第二本体部。
9.根据权利要求8所述的阀塞装置，其特征在于，所述沉积材料覆盖在所述第一本体部和所述第二本体部上，以连接所述第一本体部和所述第二本体部，并且以将所述阀塞尖部在所述第一本体部和所述第二本体部之间捕获在所述腔体中。
10.根据权利要求4所述的阀塞装置，其特征在于，所述第一形状包括逐渐变细的表面。
11.根据权利要求1所述的阀塞装置，其特征在于，所述阀塞尖部包括碳化钨，并且所述阀塞本体包括金属。
12.一种阀塞装置，其特征在于，包括：
阀塞尖部，所述阀塞尖部由第一材料构成，所述第一材料包括金属基体中的陶瓷；以及
附加沉积的第二材料的接合层，所述附加沉积的第二材料熔合到所述阀塞尖部。
13.根据权利要求12所述的阀塞装置，其特征在于，所述第一材料是碳化钨，并且所述第二材料是金属。
14.根据权利要求12所述的阀塞装置，其特征在于，还包括阀塞本体，所述阀塞本体接合到所述接合层，所述阀塞本体由所述第二材料构成。
15.根据权利要求14所述的阀塞装置，其特征在于，所述接合层还包括与所述金属基体成为合金的第二材料。
16.根据权利要求12所述的阀塞装置，其特征在于，所述接合层经由以下方法中的一种进行沉积：粉末床熔融、超声波固结、或定向能量沉积。
17.根据权利要求12所述的阀塞装置，其特征在于，所述接合层使所述阀塞尖部与所述第二材料的随后沉积隔离。
18.一种阀塞装置，其特征在于，包括：
阀塞尖部，所述阀塞尖部包括接合面；
附加沉积的材料，所述附加沉积的材料经由所述接合面接合到所述阀塞尖部，所述附加沉积的材料与所述阀塞尖部一起形成接合层。
19.根据权利要求18所述的阀塞装置，其特征在于，所述阀塞尖部由金属基体中的陶瓷构成，并且所述附加沉积的材料由金属材料构成。
20.根据权利要求19所述的阀塞装置，其特征在于，所述接合层是所述金属基体和所述金属材料的合金。
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