PDF《阀门焊接技术》

阀门焊接技术 主讲人: 沈阳高中压阀门厂副总工艺师 高清宝教授级高级工程师 享受国务院特殊津贴

1 讲座提纲

1、前言:阀门泄漏与阀门结构的关系;

2、对阀门密封面的技术要求;

3、国内外阀门密封面堆焊材料工艺概况;

4、阀门密封面擦伤机理与堆焊材料试验方法;

5、85#堆焊合金简介;

6、137#堆焊合金简介;

7、高温耐腐蚀阀门堆焊焊条简介;

8、代替钴基合金电站阀门堆焊材料(沈阀 6T)简介;

9、钴基合金排丝等离子堆焊简介;

10、 焊接工艺文件、 焊接工艺评定和 API 认证验收应注意的几个问题;

11、三种高端镍基合金的阀门堆焊应用;

12、应该推广三项高效经济实惠的焊接工艺方法.

2 摘要今天我以一名老技术工作者的身份与大家共同探讨阀门行业密封面所使用 材料的技术革新和技术进步历程.由于我的经历,我谨以沈阳高中压阀门厂这 四十年间在阀门密封面材料所经历的六次技术革命的风暴,介绍阀门密封面所 使用材料和工艺的技术进步,希望对堆焊材料和工艺的选择能有所帮助. 第一次技术革新:

60 年代初,沈阀厂生产碳钢阀,密封面采用青铜圆环镶嵌法制造,而不是 堆焊,厂领导要求我们用堆焊法取代落后的镶嵌法制造密封面,经过一段时间 努力,我们研制第一代 18-8 不锈钢焊条手工堆焊和自动堆焊.所生产的大批阀 门运往大庆油田使用,由于密封面不耐用,很快这批报废的阀门在用户单位堆 积如山,给当时大庆油田会战造成了一定影响. 第二次技术革新:

62 年大庆油田领导请沈阀门厂的领导到大庆油田调查阀门质量问题,并希 望阀门生产厂尽快解决阀门质量问题.当时大度油田阀门报废主要原因是密封 面擦伤造成的阀门内漏问题,厂有关领导回厂后为配合当时的大庆油田会战, 提高阀门使用寿命做出动员报告,要求技术人员对阀门堆焊进行技术攻关,提 高密封面的硬度,达到提高阀门使用寿命,当时厂内上上下下较为普遍地认为 密封面应该有高硬度,应该研制和推广 2Cr13 取代 18-8 密封面材料,经过努力 于64 年又研制和推广阀门第二代 2Cr14Mn2Si 过渡合金的焊条和自动堆焊材 料,这种材料是 2Cr13 的变种,硬度 150HRC≥35,用这种材料堆焊了大批阀 门送往大庆使用,经过试运行后仍没有达到用户所期望的效果. 第三次技术革新: 基于全国当时行业内阀门密封面的实际情况,制约了能源工业的快速发展.

72 年第一机械工业部投巨资在沈阀厂创建阀门研究所,并同时下达阀门密封面

3 基础件攻关任务.沈阀所及沈阀厂成立专门技术攻关小组,对提高密封面寿命 机理、堆焊材料合金和工艺方法进行了系统全面研究,发现密封面的成分和金 相组织是提高密封面的使用寿命的主要因素,而认为而密封面硬度是第二位的, 因为密封面的硬度只解决密封面垫伤和划分,而密封面的成分和金相组织决定 着密封面抗擦伤性能的好与坏. 经过

84 次配方调整的失败, 合金成分调整到

85 次时,得到了高寿命的密封面 Cr-Mn-N(含氮合金),经过寿命试验证明它比 2Cr13 合金密封面寿命提高几十倍,发现合金过渡进入氮(N)对提高寿命起重 要作用, 厂内把这种材料叫

85 号合金. 做成焊条 (SF-3T) 、 自动堆焊焊剂 (SF-3J) 在厂内全面推广应用.该项成果获得 77-78 年部、省、市科技大会的重大科技 成果奖

85 号合金投入使用后我们发现

85 号合金手工堆焊成分(SF-3T)波动较 小,自动堆焊成分(SF-3J)波动较大,第二个发现

85 号合金(SF-3T、SF-3J) 是表面硬化材料,即用 10HRC 硬度计检查手工、自动堆焊合金硬度都合格,而用150HRC 硬度计检查硬度,手工堆焊合金合格,成分波动大的自动堆焊合金 硬度就不能完全合格.10 公斤硬度计是检查焊层上表 0.2mm 的硬度,150 公斤 硬度计是检查焊层下面 0.5mm 深度的硬度,对于这种表面硬化材料.为了统一 技术标准厂内总师决定,85 号自动堆焊合金在 Cr=12-

18、Mn=7-10 波动时用 10HRC 硬度计检查硬度,手工堆焊合金在 Cr=12-

14、Mn=7-8.5 范围内用 150HRC 硬度计检查硬度.总师同时决定要求继续攻关,实现更高的技术目标. 第四次技术革新: 经过

136 次失败, 在试验调整合金成分

137 次时找到了合金系统为 Cr-Mn-B 合金.将这种合金做成焊条、自动堆焊用焊剂,经过反复试验证明在 Cr=12-

18、 Mn=7-10 时硬度较高,用150 公斤硬度计检查硬度非常稳定,150HRC=32-40, 这在技术是一个奇迹般的突破. 我们发现加入硼后既可以在成分有较大波动时保持硬度的稳定,同时又可 以提高 150HRC 的硬度,这是 1982-1986 年间的技术攻关.厂内总师决定将

85 号(SF-3T、SF-3J)合金材料用于碳钢阀门介质为油、汽、水中温中压阀门堆

4 焊,许用比压为 45Mpa;

137 号(SF-4T、SF-4J)合金材料用于中温度高压碳 钢阀门堆焊, 许用比压 60Mpa, 因为 PN≥6.4Mpa 阀门较少, 因此

85 号(SF-3T、 SF-3J)合金堆焊一直大量使用几十年,137 号(SF-4T、SF-4J)合金荣获国家 发明型专利. 至此

25 年研制四代堆焊合金,第一代 18-8 不锈钢、第二代 2Cr

13、这两种 材料都被淘汰;

第三代、第四代材料同时使用,至此碳钢阀门堆焊材料研制工 作结束. 第五次技术革新:

80 年代工厂大量生产合金钢阀门,大量使用 500-600 元/公斤昂贵的钴基合 金材料,厂内成本压力较大,对此厂内总师要求研制代钴材料,达到降低成本. 在87-92 年经过

50 余次的失败, 终于研制成功 SF-5T 高温耐腐蚀阀门堆焊焊条, 92-99 年进行全面推广,同样获得发明型专利. 第六次技术革新:

90 年机电工业部下达研制取代钴基合金的电站阀门堆焊材料, 经过

30 余次 的试验,终于在

1995 年研制成功价格低廉、高温性能好、代替钴基合金 SF-6T 电站阀门堆焊材料.95-99 年间用 SF-6T 焊条堆焊三十余台火力电厂用

3500 磅 级电站截止阀.SF-6T 成果获得国家三等科技进步奖. 摘要结束语 本摘要扼要地介绍沈阀厂沈阀所几十人几代人不懈努力,为提高阀门密封 面的使用寿命所进行开创性工作,研制出系列的不同材料使用的密封面材料和 工艺方法,前后经历三百余次的探索,这其中有成功时带来的喜悦,更多的是 在探索过程中失败带来的苦脑.

1 前言:阀门泄漏与阀门结构的关系 大家知道影响阀门使用寿命有三大因素 1.1 阀门内漏:主要是密封面质量问题 1.2 阀门外漏:主要是铸件质量问题,也有填料问题

5 1.

3 阀门结构:主要是设计和加工问题 在此我们只探讨钢制高中压阀门的内漏问题.

2 对阀门密封面的要求 阀门密封面在规定的压力,温度、介质、安装位置保证密封安全可靠;

而 在制造过程中,密封面材料和结构的焊接、加工、装配和研磨的工艺性要好;

在使用过程中密封面要便于维修,具体地要求如下: 2.1 抗腐蚀 2.2 抗擦伤 2.3 抗冲蚀和气蚀 2.4 应有一定的强度,能够承受其所形成的密封比压值 2.5 应有一定的硬度 2.6 应有一定的抗高温性能 2.7 密封面和堆焊母材的线膨胀系数接近 2.8 良好的加工性能 为了提高阀门产品的使用寿命,许多国家都在密封面材料的研究方面狠下 功夫,我国也不例外,60-80 年代沈阳阀门研究所、哈尔滨焊接研究所、合肥通 用机械研究所、武汉材保所、上海阀门厂等单位先后研制了铁基、镍基、等许 多密封面新材料,并对堆焊设备、工艺方面进行了大量研究,取得了显著的成 果. 3.国内外阀门密封面堆焊材料、工艺研究概况 3.1 国外阀门密封面堆焊材料,堆焊工艺研究概况 3.1.1 国外阀门密封面堆焊材料 国外阀门密封面堆焊用焊条 表1焊条 手工堆焊金属化学成份(%) 焊层硬 国别

6 牌号 C Si Mn Cr Ni Mo W Fe C o N b 度(HR C) ECoCr 0.7-1.4 ≤ 2.0 ≤ 2.0 26-

32 ≤ 3.0 ≤ 1.0 3.0-6.

0 ≤ 5.0 余-38-42 美国 1.6-2.2 1.5- 2.6 - 25-

32 - - 4.0-5.

0 ≤ 4.0 余-40-50 前苏联 STL-3 0.7-1.4 ≤ 2.0 ≤ 2.0 25-

32 - - 3.0-6.

0 ≤ 3.0 余-38-44 日本 GRID UR-45 1.1 - - 29-

31 - - 6.0-7.

0 - 余-45-48 德国 YOHU -13H 0.15-0.

25 ≤ 0.7 ≤ 0.8 12-

14 ≤ 0.6 - - 余--33-48 前苏联 CR-55 0.33 0.36 0.36 12.

87 - - - 余--45-51 日本 GRIoU R―24 0.2 1.5 1.5 13.

0 - 1.1 - 余--40-52 德国 国外阀门密封面堆焊用合金粉末 表2手工堆焊金属化学成份(%) 合金粉 末牌号 C Si M n Cr Ni M o W Fe Co B 焊层 硬度 (H RC) 国别 司太利 N06 1.0 1.0 <

1 28 ≤3 - 4.0 ≤ 3.0 余--德国 钴基 No158 0.75 1.25 1.0 25.5 - - 4.0 0.75 余0.7

43 美国

7 福田合 金100 1.2 1.3- 1.7 - 19-

21 ≤3 - 4.5-5.

5 - 68-

72 2.3-2.

7 50-55 日本 1.15 0.72 0.8

6 31.4

0 - - 4.3 - 余-42-48 前苏 联 镍基合 金41 0.45 3.0 1.0 9.0 余--3.75 1.0 2.0

40 前苏 联0.3-0.

6 1.5- 4.0 - 12-

15 余--........