沖鍛焊閥門焊接成形工藝及缺陷處理研究

滕加莊　姜峰

摘 要：閥門在化工、電力、醫(yī)藥等行業(yè)中應(yīng)用很廣，種類繁多，常見(jiàn)的閥門均采用鑄造的方法制造，但由于鑄造過(guò)程中不可避免的要產(chǎn)生一定的缺陷，所以影響了閥門的使用壽命。該文中介紹了一種新型的沖鍛焊閥門，對(duì)沖鍛焊閥門焊接的一般工藝進(jìn)行了研究，分析了此閥門和鑄造閥門相比較所具有的優(yōu)勢(shì)，此外還分析了閥門在制造過(guò)程中焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因以及焊接應(yīng)力對(duì)閥門本身質(zhì)量的影響，并采取一定的措施對(duì)閥門的缺陷進(jìn)行處理，從而提高了沖鍛焊閥門的整體性能。

關(guān)鍵詞：沖鍛焊 閥門 應(yīng)力 缺陷

中圖分類號(hào)：TG404 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0097-02

閥門的種類繁多，在化工、電力、冶金、醫(yī)藥等行業(yè)廣泛應(yīng)用，閥門常采用鑄造的方法來(lái)制造，制造工藝也有很大的區(qū)別，該文主要介紹了一種新型的沖鍛焊閥門，如圖1、圖2所示，并研究了閥門在焊接成型過(guò)程中的缺陷及處理。

1 沖鍛焊閥門一般工藝

（1）沖壓鍛造成型。

采用Q235碳鋼管進(jìn)行精確切割下料，然后沖壓鍛造，獲得所需要的閥體結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

（2）組對(duì)焊接。

組對(duì)焊接：組對(duì)焊接共分為6個(gè)部分，閥體（圖3）和兩側(cè)需要焊接的接管（圖4）以及3個(gè)法蘭盤。

焊接順序：首先將沖鍛成型的閥體備料進(jìn)行焊接，然后焊接閥體與兩個(gè)接管，最后焊接三個(gè)法蘭盤。

焊接要求：閥門都是起到截止的作用，所以要考慮密封性，因此焊接閥門大多數(shù)都采用堆焊的方式來(lái)增強(qiáng)密封面[1]。為了提高閥門的耐磨性能，除了采用合理的焊接方法外，還要選擇合適的焊接工藝來(lái)降低成本從而獲得優(yōu)良的綜合性能。

焊接前應(yīng)清除焊件表面上的油污和氧化層等，表面不允許有任何缺陷。堆焊前工件一般不必進(jìn)行預(yù)熱，但焊條需要在300～350℃下進(jìn)行烘焙。堆焊工件表面應(yīng)保持水平位置，堆焊層為3層左右，滿足加工后堆焊層保持5 mm高度和對(duì)其化學(xué)成分及硬度要求[2]。

焊接方法：目前閥門的焊接方法很多，常用的有氬弧焊，手工電弧焊，埋弧焊，氧乙炔焊等。

（3）沖鍛焊閥門的優(yōu)勢(shì)。

常見(jiàn)的閥門均為鑄造，沖鍛焊閥門是使用管料經(jīng)下料、沖壓鍛造和焊接后獲得到的，與鑄造閥門比較來(lái)說(shuō)，具有制造成本低，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，并在同工況下鍛造閥門比鑄造閥門平均使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。從而提高閥門的制造效率、制造質(zhì)量，降低制造成本、檢驗(yàn)成本。

2 焊接缺陷及處理

（1）焊接缺陷。

無(wú)論采用何種焊接方法，焊后構(gòu)件總是存在焊接殘余應(yīng)力，由于焊接零件受到熱影響區(qū)的影響，所以容易產(chǎn)生裂紋（如圖6所示）。此外焊接過(guò)程中如果控制不到位，也容易產(chǎn)生氣孔、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷。上述焊接缺陷的存在會(huì)直接影響焊接閥門的承載能力和使用壽命。

通過(guò)對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行金相分析，可以得到圖5所示的金相圖。同時(shí)我們對(duì)焊縫進(jìn)行了硬度測(cè)試，得到表1的結(jié)果。

通過(guò)對(duì)金相組織觀察和硬度分析，認(rèn)為產(chǎn)生裂紋的主要原因是焊接熱影響區(qū)內(nèi)存在殘余奧氏體組織。存在殘余奧氏體組織的原因是焊縫冷卻速度較快造成的。隨著溫度的快速冷卻，焊縫、熱影響粗晶粒區(qū)的奧氏體來(lái)不及轉(zhuǎn)化為馬氏體，而以殘余奧氏體的形態(tài)存在于焊縫及熱影響粗晶粒區(qū)中[3]，使整個(gè)焊縫影響區(qū)的組織發(fā)生了一定的變化。

由于上述焊縫影響區(qū)組織的變化，導(dǎo)致焊縫和近縫區(qū)存在殘余拉應(yīng)力，兩側(cè)則存在與其平衡的壓應(yīng)力[4]。焊接殘余應(yīng)力的存在會(huì)引起焊后熱裂紋和冷裂紋；會(huì)促使接觸腐蝕介質(zhì)的結(jié)構(gòu)在使用時(shí)容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕；會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載能力；在結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中部位，存在拉伸殘余應(yīng)力，降低結(jié)構(gòu)使用壽命；有較大的焊接殘余應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)期使用中，由于殘余應(yīng)力松弛，衰減，會(huì)產(chǎn)生一定程度的變形[5]。

（2）焊接缺陷處理。

①熱處理。

閥門焊接后，會(huì)存在各種各樣的缺陷，尤其要避免焊后由于應(yīng)力過(guò)大造成裂紋的出現(xiàn)，因此對(duì)焊件要進(jìn)行高溫回火處理。采用電加熱方式對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行局部焊后熱處理，焊接后加熱至600～650℃，維持1 h[6]，然后保溫緩冷。使焊縫、熱影響粗晶粒區(qū)的殘余奧氏體進(jìn)一步減少，使閥門基本上無(wú)氧化脫碳，組織性能均勻，工藝可控性與穩(wěn)定性較好。從而減小殘余內(nèi)應(yīng)力，控制閥門變形量，提高閥門整體性能。通過(guò)對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行局部熱處理后發(fā)現(xiàn)，焊接閥門焊縫區(qū)域的裂紋得到了很好的控制。

②補(bǔ)焊。

對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)裂紋的閥體，則采用補(bǔ)焊的方式進(jìn)行修補(bǔ)。由于沖鍛焊閥門選材是采用無(wú)縫碳鋼管進(jìn)行切割、沖壓、焊接而成的，所以補(bǔ)焊所選用焊條為506焊條，使焊縫金屬在滿足強(qiáng)度要求的條件下，塑性和韌性得到提高。在焊接修復(fù)過(guò)程中需進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮盖邦A(yù)熱以及焊后熱處理等措施來(lái)降低補(bǔ)焊后產(chǎn)生的焊接冷裂紋[7]。除此之外，要認(rèn)真清理挖凈所有裂紋以及其它污物。避免清理不凈產(chǎn)生二次裂紋的現(xiàn)象，補(bǔ)焊完成后要對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行局部熱處理。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）采用鋼板和鋼管沖鍛焊接閥門取代鑄造閥門，不僅節(jié)約原材料，而且還可以延長(zhǎng)使用壽命；

（2）通過(guò)對(duì)焊縫區(qū)域的分析發(fā)現(xiàn)，焊接熱影響區(qū)的殘余奧氏體是使焊接閥門產(chǎn)生裂紋的主要原因；

（3）通過(guò)對(duì)閥門焊縫區(qū)域進(jìn)行局部熱處理可以使閥門的良品率得到很大的提升，使閥門的性能得到保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹志明，徐維普.閥門等離子堆焊材料及工藝[C].“十二五”堆焊、熱噴涂及表面工程技術(shù)發(fā)展前瞻學(xué)術(shù)會(huì)議.2011.

[2] 李潔雅，倪德續(xù)，昌友平.閥門手工堆焊工藝[J].焊接，2003（9）：44.

[3] 黎陳濤，呂良勇，周燁斌.閥門焊接熱影響區(qū)殘余奧氏體產(chǎn)生原因分析[J].焊接技術(shù)，2012，41（10）：51-53.

[4] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.