全焊式球閥焊接變形量的測(cè)量及控制

西安泵閥總廠有限公司 （陜西 710032） 楊永良 朱 廣 李六一

1.概述

全焊式球閥的閥體焊接過(guò)程中，閥體將發(fā)生軸向和徑向變形，影響球體開(kāi)啟力矩和密封效果。由于全焊式球閥的最后一道工序是焊接，這一變形無(wú)法消除，因此只能通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法，找出變形規(guī)律，合理確定支撐板的尺寸，保證支撐板與球體及閥座之間的配合間隙，從而既保證球閥焊接后的開(kāi)啟自如，又保證球閥關(guān)閉時(shí)的密封性能。本著這一思路，我們對(duì)筒體試件焊接變形進(jìn)行了測(cè)定，并在產(chǎn)品生產(chǎn)中進(jìn)行了驗(yàn)證。

2.變形量的測(cè)量

（1）測(cè)量方法 采用靜態(tài)測(cè)量方法中的網(wǎng)格法——以網(wǎng)格形式確定各測(cè)量標(biāo)點(diǎn)，在焊接前后，測(cè)量標(biāo)距，其數(shù)值的相應(yīng)變化即為這個(gè)階段焊接引起的變形。

采用φ681mm×φ589mm×915mm的筒體試件，材料為A105，焊接坡口為帶襯底的U形坡口。在試件外圓、內(nèi)孔間隔一定距離車(chē)出測(cè)量槽，在試件外圓、內(nèi)孔軸線方向間隔一定距離劃出測(cè)量線，線與槽的交點(diǎn)作為測(cè)量標(biāo)點(diǎn)。焊接前后，測(cè)量各標(biāo)點(diǎn)之間的距離，即可反映試件焊接前后的軸向、徑向變形情況。圖1為試件外圓測(cè)量線展開(kāi)圖，圖2為試件外圓測(cè)量槽分布，圖3為試件內(nèi)孔測(cè)量槽分布。

圖1 試件外圓測(cè)量線展開(kāi)圖

圖2 試件外圓測(cè)量槽分布

圖3 試件內(nèi)孔測(cè)量槽分布

（2）焊接工藝過(guò)程 將3件筒體試件點(diǎn)固后，安裝在滾輪架上。應(yīng)用游標(biāo)卡尺、外徑千分尺和內(nèi)徑千分尺進(jìn)行測(cè)量，得到焊接前的標(biāo)距數(shù)值后，采用細(xì)絲埋弧焊工藝進(jìn)行焊接。

焊絲為CHW－S3（GB/T5293 H10Mn2），φ1.6mm；焊劑為CHF101；焊接電流240～280A，電弧電壓31～32V，焊接速度300～450mm/min。首道焊縫為平焊縫，然后焊接時(shí)偏左一層偏右一層交替焊接，焊至超出筒體2mm。焊接過(guò)程中要控制工件溫度（測(cè)溫筆測(cè)量），每焊接2圈停下冷卻至150℃以下（空冷）。每一端焊縫共焊20道，每道的熔敷高度為2.2mm。焊后對(duì)各標(biāo)點(diǎn)間的距離再次進(jìn)行測(cè)定。

（3）測(cè)量結(jié)果 焊接前、后的標(biāo)距數(shù)值如表1～表4所示。

表1 球閥焊接試件直徑方向變形測(cè)量記錄

表2 球閥焊接試件外部長(zhǎng)度測(cè)量記錄

表3 球閥焊接試件內(nèi)部長(zhǎng)度測(cè)量記錄

表4 球閥焊接試件坡口寬度測(cè)量記錄

對(duì)表1～表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，焊后試件外圓平均收縮0.26mm，內(nèi)孔平均收縮0.66mm，外部長(zhǎng)度平均收縮2mm，內(nèi)部長(zhǎng)度平均收縮0.56mm，坡口寬度平均收縮1.25mm?？梢?jiàn)，焊后無(wú)論試件外部還是內(nèi)部，長(zhǎng)度還是直徑，都呈收縮態(tài)勢(shì)。直徑方向內(nèi)部收縮大于外部，長(zhǎng)度方向外部收縮大于內(nèi)部。

3.產(chǎn)品的應(yīng)用驗(yàn)證

（1）試制產(chǎn)品的應(yīng)用驗(yàn)證 由于筒體試件與全焊球閥產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式不完全一致，在24″DFS100試制產(chǎn)品焊接時(shí)，對(duì)閥體的焊接變形量進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)焊后閥體的軸向縮短0.8mm，連接體止口的徑向縮短0.6mm，與試件的測(cè)量結(jié)果一致。

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，修理支撐板，保證內(nèi)側(cè)與球體的間隙為0.1mm，保證支撐板與連接體的間隙為0.3mm。

24″DFS100產(chǎn)品焊接前后進(jìn)行開(kāi)啟扭矩測(cè)量。

設(shè)計(jì)要求：不帶壓閥桿扭矩＜1855N·m。一端進(jìn)壓0.6MPa閥桿扭矩＜3452N·m，一端進(jìn)壓10MPa閥桿扭矩＜28899N·m。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：①組裝后，不帶壓檢測(cè)扭矩為616N·m；帶壓0.6MPa檢測(cè)扭矩為3695N·m；密封合格。②組焊3遍后，不帶壓檢測(cè)扭矩為985N·m；帶壓0.6MPa檢測(cè)扭矩為4310N·m；密封合格。③組焊成品后（單面），不帶壓檢測(cè)扭矩為1231N·m；帶壓0.6MPa檢測(cè)扭矩為3695N·m；密封合格。④組焊另一面3遍后，不帶壓檢測(cè)扭矩為370N·m；帶壓0.6MPa檢測(cè)扭矩為3202N·m；密封合格。⑤組焊成品后，不帶壓檢測(cè)扭矩為1231N·m；帶壓0.6MPa檢測(cè)扭矩為3448N·m；密封合格；帶水壓10MPa（單面）檢測(cè)扭矩為18473N·m；密封合格。⑥中腔帶水壓10MPa檢測(cè)扭矩為17241N·m；密封合格。帶手動(dòng)裝置檢測(cè)扭矩為9000N·m。

可見(jiàn)，焊接后的密封性能與開(kāi)啟扭矩均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

（2）28″DFS64產(chǎn)品的應(yīng)用驗(yàn)證 2010年6月，為中石化華北分公司生產(chǎn)1臺(tái)28″DFS64全焊式球閥，根據(jù)前期的焊接變形測(cè)量結(jié)果，合理給出支撐板與連接體、球體之間的配合公差，順利達(dá)到了預(yù)期的效果。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)筒體試件焊接后的軸向、徑向變形量的測(cè)量，以及對(duì)測(cè)量結(jié)果的分析，合理地設(shè)計(jì)支撐板與連接體、球體之間的配合公差，保證了28″DFS64產(chǎn)品的順利出廠，并且為全焊式球閥系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供了重要數(shù)據(jù)。