清管閥球體鈷基硬質合金表面的堆焊

2013-08-26 楊永良西安泵閥總廠有限公司

　　針對清管閥球體表面硬質合金堆焊及裂紋補焊問題，進行了氬弧焊工藝試驗。結果表明，可以在免預熱、免熱處理的情況下進行HS111 的堆焊。對于球體表面鈷基硬質合金裂紋的補焊，應采取堆焊過渡層、預熱及焊后回火處理等嚴格的工藝措施。

1、概述

　　常規的清管閥球體表面，通過Ni-P 化學鍍進行硬化處理。在某些特殊工況介質場合，如含有大量固體硬顆粒的介質，球體表面受到沖刷和磨損，容易造成閥門泄漏，必須選擇Ni-P 化學鍍以外的其他硬化方式。目前常用的密封面硬化方式有超音速火焰噴涂、鎳基合金熱噴涂、激光熔覆、鍍硬鉻和堆焊硬質合金等。對于試制的高壓硬密封清管閥，根據生產條件，選擇通過手工鎢極氬弧焊堆焊工藝，使球體表面獲得較厚的堆焊層，達到耐腐蝕和耐沖刷的目的。

2、焊接材料

　　試驗選用HS111(ER CoCr - A) (表1) 和HS112(ER CoCr - B) (表2) 鈷基硬質合金堆焊焊絲。

表1 HS111 焊絲的合金成分Wt，%

HS111 焊絲的合金成分Wt

表2 HS112 焊絲的合金成分Wt，%

HS112 焊絲的合金成分

3、堆焊工藝試驗

　　選用8in. (DN200mm) 清管閥球體(圖1) 進行堆焊工藝試驗。球體材料為正火處理的WCB。首先按球體需2.5mm 合金厚度加工球體表面焊前尺寸，待焊部位粗加工后，進行著色檢測，清除氣孔、砂眼和裂紋等鑄造缺陷。

8 in. 清管閥球體

圖1 8 in. 清管閥球體

3.1、堆焊HS111

　　試驗工件不預熱，焊后不進行熱處理。焊絲直徑Φ4.0mm，焊接電流220 ～ 240A，電弧電壓10 ～12V，氬氣流量8 ～ 10L /min。焊前將球體表面的油污清理干凈。焊接過程中，焊絲不能與高溫的鎢極接觸，焊絲端部不能移出氬氣保護區。更換焊絲或收弧時填滿弧坑，并且及時對紅熱的焊縫進行錘擊消除應力。共堆焊2 層，焊層厚度4 ～ 4. 5mm。因球體較大，采取焊工輪流施焊的方式，保證層間溫度≥200℃。焊后用10 倍放大鏡檢查，未發現裂紋。

3.2、堆焊HS112

　　①直接在WCB 基體上不預熱堆焊HS112。焊接規范參數同HS111 的堆焊。完成30mm 寬、2.5mm 厚的焊層堆焊后，目測檢查，焊層有10 處開裂( 徑向裂紋) 。屬于塑性不足，冷速過大造成的冷裂紋。

　　②在WCB + HS111 基體上堆焊HS112。在WCB 基體已經堆焊一層2. 5mm 厚的HS111 焊層上堆焊HS112。工件預熱500℃ × 1h，堆焊層寬20mm，焊層厚2.5mm，焊一層，焊接規范參數同HS111 的堆焊。焊接過程中工件溫度≥450℃，焊完一圈即發現1 處開裂。焊后回火600℃ × 1h，降溫至120℃出爐，發現3 處開裂，皆為徑向裂紋。經分析，HS112 焊絲硬度高，脆性大，無論是直接在WCB 基體上堆焊，還是高溫預熱后在WCB +HS111 焊縫上堆焊，都無法避免冷裂紋的產生。

3.3、裂紋補焊

　　(1) HS112 焊層裂紋補焊

　　方法1 將工件上裂紋清除干凈后，工件預熱500℃ × 1h，直接用HS111 補焊，裂13 處。分析原因，由于裂紋已擴展到母材基體，補焊的合金厚度超過4mm，脆性過大，造成開裂。

　　方法2 將工件上裂紋清除干凈后，工件預熱300℃ × 1h，采取ER308 焊絲打底焊+ HS111 焊絲蓋面焊工藝，焊后進行300℃ × 1h 回火處理，降溫至120℃出爐。用10 倍放大鏡檢查，未發現裂紋。

　　(2) HS111 + HS112 焊層裂紋補焊

　　將工件預熱500℃ × 3h，采取ER308 焊絲打底焊+ HS111 蓋面焊工藝，焊接規范參數同HS111 的堆焊，焊后進行500℃ × 1h 回火處理，降溫至120℃出爐。用10 倍放大鏡檢查，未發現裂紋。

3.4、試驗結果分析

　　①HS111 焊絲可在免預熱的條件下進行球面堆焊，焊后不需進行熱處理。

　　②HS112 焊絲無論采取預熱還是堆焊HS111過渡層的方式，都不能避免裂紋的產生。

　　③裂紋補焊時，必須采取嚴格的預熱和焊后回火處理措施，補焊難度較大。