清管阀球体钴基硬质合金表面的堆焊

2013-08-26 杨永良西安泵阀总厂有限公司

　　针对清管阀球体表面硬质合金堆焊及裂纹补焊问题，进行了氩弧焊工艺试验。结果表明，可以在免预热、免热处理的情况下进行HS111 的堆焊。对于球体表面钴基硬质合金裂纹的补焊，应采取堆焊过渡层、预热及焊后回火处理等严格的工艺措施。

1、概述

　　常规的清管阀球体表面，通过Ni-P 化学镀进行硬化处理。在某些特殊工况介质场合，如含有大量固体硬颗粒的介质，球体表面受到冲刷和磨损，容易造成阀门泄漏，必须选择Ni-P 化学镀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喷涂、镍基合金热喷涂、激光熔覆、镀硬铬和堆焊硬质合金等。对于试制的高压硬密封清管阀，根据生产条件，选择通过手工钨极氩弧焊堆焊工艺，使球体表面获得较厚的堆焊层，达到耐腐蚀和耐冲刷的目的。

2、焊接材料

　　试验选用HS111(ER CoCr - A) (表1) 和HS112(ER CoCr - B) (表2) 钴基硬质合金堆焊焊丝。

表1 HS111 焊丝的合金成分Wt，%

HS111 焊丝的合金成分Wt

表2 HS112 焊丝的合金成分Wt，%

HS112 焊丝的合金成分

3、堆焊工艺试验

　　选用8in. (DN200mm) 清管阀球体(图1) 进行堆焊工艺试验。球体材料为正火处理的WCB。首先按球体需2.5mm 合金厚度加工球体表面焊前尺寸，待焊部位粗加工后，进行着色检测，清除气孔、砂眼和裂纹等铸造缺陷。

8 in. 清管阀球体

图1 8 in. 清管阀球体

3.1、堆焊HS111

　　试验工件不预热，焊后不进行热处理。焊丝直径Φ4.0mm，焊接电流220 ～ 240A，电弧电压10 ～12V，氩气流量8 ～ 10L /min。焊前将球体表面的油污清理干净。焊接过程中，焊丝不能与高温的钨极接触，焊丝端部不能移出氩气保护区。更换焊丝或收弧时填满弧坑，并且及时对红热的焊缝进行锤击消除应力。共堆焊2 层，焊层厚度4 ～ 4. 5mm。因球体较大，采取焊工轮流施焊的方式，保证层间温度≥200℃。焊后用10 倍放大镜检查，未发现裂纹。

3.2、堆焊HS112

　　①直接在WCB 基体上不预热堆焊HS112。焊接规范参数同HS111 的堆焊。完成30mm 宽、2.5mm 厚的焊层堆焊后，目测检查，焊层有10 处开裂( 径向裂纹) 。属于塑性不足，冷速过大造成的冷裂纹。

　　②在WCB + HS111 基体上堆焊HS112。在WCB 基体已经堆焊一层2. 5mm 厚的HS111 焊层上堆焊HS112。工件预热500℃ × 1h，堆焊层宽20mm，焊层厚2.5mm，焊一层，焊接规范参数同HS111 的堆焊。焊接过程中工件温度≥450℃，焊完一圈即发现1 处开裂。焊后回火600℃ × 1h，降温至120℃出炉，发现3 处开裂，皆为径向裂纹。经分析，HS112 焊丝硬度高，脆性大，无论是直接在WCB 基体上堆焊，还是高温预热后在WCB +HS111 焊缝上堆焊，都无法避免冷裂纹的产生。

3.3、裂纹补焊

　　(1) HS112 焊层裂纹补焊

　　方法1 将工件上裂纹清除干净后，工件预热500℃ × 1h，直接用HS111 补焊，裂13 处。分析原因，由于裂纹已扩展到母材基体，补焊的合金厚度超过4mm，脆性过大，造成开裂。

　　方法2 将工件上裂纹清除干净后，工件预热300℃ × 1h，采取ER308 焊丝打底焊+ HS111 焊丝盖面焊工艺，焊后进行300℃ × 1h 回火处理，降温至120℃出炉。用10 倍放大镜检查，未发现裂纹。

　　(2) HS111 + HS112 焊层裂纹补焊

　　将工件预热500℃ × 3h，采取ER308 焊丝打底焊+ HS111 盖面焊工艺，焊接规范参数同HS111 的堆焊，焊后进行500℃ × 1h 回火处理，降温至120℃出炉。用10 倍放大镜检查，未发现裂纹。

3.4、试验结果分析

　　①HS111 焊丝可在免预热的条件下进行球面堆焊，焊后不需进行热处理。

　　②HS112 焊丝无论采取预热还是堆焊HS111过渡层的方式，都不能避免裂纹的产生。

　　③裂纹补焊时，必须采取严格的预热和焊后回火处理措施，补焊难度较大。