介紹了閥門鈷基硬質合金堆焊的工藝過程、工藝參數和工藝標準。采用正交法分析了閥門密封面堆焊電流對堆焊層的稀釋率、堆焊層硬度及其影響堆焊層質量的主要因素。通過試驗給出了合理的堆焊工藝和節約鈷基合金焊材的關鍵技術及其應用前景。

1、概述

　　鈷基硬質合金材料是耐高溫耐腐蝕耐磨損的優質材料，特別是在熱態下具有優越的耐擦傷性能，廣泛用于堆焊臨界或超臨界參數的蒸汽閥門密封面，以及使用條件比較惡劣，抗磨損、抗腐蝕性能要求較高的閥門密封面。以高壓截止閥為例，其閥瓣和閥座的密封面上可分別采用手工鎢極氬弧焊堆焊鈷基2# ( HS112) 和1# ( HS111) 硬質合金焊絲。典型的鈷基合金焊絲標準為美國焊接學會標準AWS A5.21。HS111 相當于AWS 類別ER CoCr-A( 鈷基1# ) ，HS112 相當于AWS 類別ER CoCr-B ( 鈷基2# ) ，其化學成分及根據閥門設計要求和焊絲產品推薦堆焊層硬度值如表1 所示。

2、問題提出

　　按文獻要求，當閥瓣密封面堆焊硬質合金時，加工后的堆焊層厚度應當不小于1.6mm，密封面硬度最小為350HB( 37HRC) ，閥座密封面和閥瓣密封面間不要求硬度差。所以，如果工藝合理，操作得當，用HS111( ER CoCr-A) 堆焊，質量應是有保證的。

表1 鈷基堆焊焊絲的化學成分及硬度值

　　為了提高關閉件密封面抗高溫水蒸氣介質高速沖蝕的能力，設計要求閥瓣和閥座密封面硬度分別為45 ～50HRC 和39 ～44HRC，最低硬度略高于標準。根據生產條件，選擇通過手工鎢極氬弧焊堆焊工藝，使堆焊表面獲得理想厚度的堆焊層，達到耐腐蝕和耐沖刷的目的。在實際生產中，時常出現氣孔等缺陷，尤其是硬度值不穩定或偏低，甚至低于30HRC，造成大量返工。

3、正交試驗

　　正交試驗的目標在對應的焊接母材上，使用規定的焊接方法進行鈷基合金堆焊，找出或驗證影響堆焊硬度質量的主要工藝因素，摸清堆焊規律，確定工藝參數，并制定出可行的工藝規程指導生產，穩定產品質量，滿足用戶需求。

　　3.1、方案

　　影響鉆基合金堆焊層硬度的因素主要包括堆焊方法、稀釋率、堆焊層厚度和母材材質等，其硬度和稀釋率( 主要是指含鐵量) 有著密切的關系。堆焊鈷基硬質合金成分是決定堆焊效果，尤其是硬度的主要因素。為了獲得預計的堆焊層化學成分，必須盡可能減少母材向焊層的熔入量，即降低稀釋率，是其工藝過程的關鍵。

　　根據產品規格系列范圍，試驗選用DN50 的閥瓣尺寸。母材材料為1Cr13( 12Cr13) ，其成分、力學性能和熱處理制度符合GB /T 1220- 2007 的規定。焊接材料選擇鈷基2# - HS112( ER CoCr- B) 。焊接方法采用TIG 焊，手工送絲。

　　由于對不同焊絲是否能滿足產品設計和堆焊質量要求尚有分歧，為了驗證不同鈷基焊絲能否達到所要求的堆焊硬度和質量，因而選擇2 種焊絲為試驗品。試驗中，其焊絲類型編號設置為Y -2#和S -2#。根據對工藝參數的影響程度及對其控制的可能性，將工藝參數分成固定的與變化的兩類(表2) ，將變化因素納入正交表中進行試驗。

表2 影響合金堆焊質量的工藝參數分類

　　正交試驗選用L8(41 × 24) 表進行，以減少試驗次數，而又不影響試驗結果的準確性。

4、結語

　　鈷基硬質合金氬弧堆焊過程中能單獨調整的工藝參數不多，試驗再次證明，加大堆焊電流無法控制熔池深度，從而也就無法控制稀釋率，無法保證堆焊層的化學成分，對堆焊質量極為不利。在滿足產品標準的前提下，根據試驗結果，設計調整產品密封件的密封面加工厚度要求和配對硬度值要求，堆焊加工后堆焊層厚度不小于2mm，閥座堆焊HS111( 硬度值不小于38HRC) ，閥瓣堆焊HS112( 硬度值不小于44HRC) 。工藝設計針對產品規格系列和材料，制定堆焊工藝規程。對于沒有硬度差要求的閥門密封副，在滿足產品標準要求最低硬度值的情況下，不指定具體堆焊鈷基合金牌號，可以使用或混用HS111( ER CoCr - A) 和HS112( ER CoCr - B) ，在標準要求的1. 6mm 最小堆焊層厚度上配對使用，達到標準要求的硬度值。