清管閥球體鈷基硬質(zhì)合金表面的堆焊
針對清管閥球體表面硬質(zhì)合金堆焊及裂紋補焊問題，進(jìn)行了氬弧焊工藝試驗。結(jié)果表明，可以在免預(yù)熱、免熱處理的情況下進(jìn)行HS111 的堆焊。對于球體表面鈷基硬質(zhì)合金裂紋的補焊，應(yīng)采取堆焊過渡層、預(yù)熱及焊后回火處理等嚴(yán)格的工藝措施。
1、概述
常規(guī)的清管閥球體表面，通過Ni-P 化學(xué)鍍進(jìn)行硬化處理。在某些特殊工況介質(zhì)場合，如含有大量固體硬顆粒的介質(zhì)，球體表面受到?jīng)_刷和磨損，容易造成閥門泄漏，必須選擇Ni-P 化學(xué)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(zhì)合金等。對于試制的高壓硬密封清管閥，根據(jù)生產(chǎn)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(dá)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(zhì)合金堆焊焊絲。
表1 HS111 焊絲的合金成分Wt，%
表2 HS112 焊絲的合金成分Wt，%
3、堆焊工藝試驗
選用8in. (DN200mm) 清管閥球體(圖1) 進(jìn)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(jìn)行著色檢測，清除氣孔、砂眼和裂紋等鑄造缺陷。
圖1 8 in. 清管閥球體
3.1、堆焊HS111
試驗工件不預(yù)熱，焊后不進(jìn)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(hù)區(qū)。更換焊絲或收弧時填滿弧坑，并且及時對紅熱的焊縫進(jìn)行錘擊消除應(yīng)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(fā)現(xiàn)裂紋。
3.2、堆焊HS112
�、僦苯釉赪CB 基體上不預(yù)熱堆焊HS112。焊接規(guī)范參數(shù)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。
�、谠赪CB + HS111 基體上堆焊HS112。在WCB 基體已經(jīng)堆焊一層2. 5mm 厚的HS111 焊層上堆焊HS112。工件預(yù)熱500℃ × 1h，堆焊層寬20mm，焊層厚2.5mm，焊一層，焊接規(guī)范參數(shù)同HS111 的堆焊。焊接過程中工件溫度≥450℃，焊完一圈即發(fā)現(xiàn)1 處開裂。焊后回火600℃ × 1h，降溫至120℃出爐，發(fā)現(xiàn)3 處開裂，皆為徑向裂紋。經(jīng)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(yù)熱后在WCB +HS111 焊縫上堆焊，都無法避免冷裂紋的產(chǎn)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(yù)熱500℃ × 1h，直接用HS111 補焊，裂13 處。分析原因，由于裂紋已擴(kuò)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(yù)熱300℃ × 1h，采取ER308 焊絲打底焊+ HS111 焊絲蓋面焊工藝，焊后進(jìn)行300℃ × 1h 回火處理，降溫至120℃出爐。用10 倍放大鏡檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋。
(2) HS111 + HS112 焊層裂紋補焊
將工件預(yù)熱500℃ × 3h，采取ER308 焊絲打底焊+ HS111 蓋面焊工藝，焊接規(guī)范參數(shù)同HS111 的堆焊，焊后進(jìn)行500℃ × 1h 回火處理，降溫至120℃出爐。用10 倍放大鏡檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋。
3.4、試驗結(jié)果分析
�、貶S111 焊絲可在免預(yù)熱的條件下進(jìn)行球面堆焊，焊后不需進(jìn)行熱處理。
�、贖S112 焊絲無論采取預(yù)熱還是堆焊HS111過渡層的方式，都不能避免裂紋的產(chǎn)生。
�、哿鸭y補焊時，必須采取嚴(yán)格的預(yù)熱和焊后回火處理措施，補焊難度較大。
4、堆焊層的加工及檢測
堆焊完成后，用車球機粗車球面，選用YG8刀頭加工，速度8r /min，進(jìn)給量0.28mm。車至球體直徑方向留1.5mm 余量時，對堆焊層表面進(jìn)行著色檢測，發(fā)現(xiàn)有微裂紋顯示，經(jīng)補焊合格后，磨削至成品尺寸。球體表面粗糙度達(dá)到Ra≤0.8μm，圓度達(dá)到0.03mm。
5、結(jié)語
采取適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，在WCB 材質(zhì)的清管閥球體表面堆焊HS111，焊前不預(yù)熱，焊后不熱處理，可以避免焊層裂紋，加工后能夠達(dá)到要求的圓度及表面粗糙度。HS112 的堆焊難度較大，不宜采用。球體表面鈷基硬質(zhì)合金裂紋的補焊，要采取堆焊ER308 過渡層、預(yù)熱、焊后回火處理等嚴(yán)格的工藝措施。
