超临界截止阀阀体密封面焊接方法

　　分析了超临界截止阀特殊材料阀体F91 钢的性能，介绍了通过采用特殊的阀体密封面堆焊工艺，减少了堆焊裂纹，提高了产品成品率和工作效率。

1、概述

　　在开发高参数，大容量和高效节能环保机组中，超临界截止阀用于高压疏水、对空排气和定期排污系统。为了解决超临界高温、高压、温差大及压差大工况下，阀门使用周期短、易泄漏，导致能源损耗的现象，选用优质的高温耐热钢F91 为阀体材料，并在F91 的阀体上堆焊硬质合金阀座密封面，以提高阀门的整体性能和使用寿命。本文探讨了在F91 阀体上堆焊阀座密封面工艺措施。

2、F91 钢的性能

　　电站阀门常用材料为12Cr1MoV 钢，其使用温度为550℃，工作压力17MPa。在超临界电站机组中，要求截止阀(图1) 的使用温度为600℃，工作压力为21MPa，因此阀体材料选用F91 钢。F91 钢(Cr9Mo1V) 属于马氏体型耐热钢(表1，表2) ，钢中主要元素有V、Cr 和Mo 等。V 在钢中能提高钢的室温、中温强度和热强性，增加钢在高温下的组织稳定性，改善低碳合金钢的焊接性能。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为Cr在钢中能提高钢的抗氧化性、抗腐蚀性及高温强度。

　　Mo在钢中主要是提高强度并抑制铬钢的热脆性倾向。F91钢中Cr和Mo元素含量分别达到9.50%和1.05%，使其具有较大的空淬性。Cr、Mo、Mn和Ni等元素都可以显著地提高钢的淬硬性，在焊接过程中易产生裂纹。F91钢在不预热工况下焊接，其裂纹达100%，可焊性较差。

图1 截止阀

表1 化学成份

表2 力学性能

3、焊接方法

　　在F91 阀体上堆焊的阀座密封面共分3 层。第1 层(底层) 堆焊P91，第2 层(中间层) 堆焊A302，第3 层(顶层) 堆焊D802。

　　3.1、底层堆焊

　　底层堆焊P91时，由于F91 阀体可焊性较差，焊接时采用严格的焊前预热、焊后热处理等工艺措施，保证焊接质量。将整个阀体放入箱式炉里加热，当温度加热至400 ～450℃ 时，保温2 h。将直径￠4mm 的P91 焊条在150 ～200℃ 温度下烘培，保温1.5 h。选用焊接电流220 A，焊接电压25 V，控制焊接最高层间温度≤300 ℃，焊层高度1 mm，堆焊密封面底层。

　　3.2、中间层堆焊

　　中间层堆焊的A302 奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能、抗高温氧化性能和高温热强性能。A302 容易焊接，不因温度变化发生相变，对氢脆不敏感，在焊态下有较好的塑性和韧性。但是，A302易产生焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀、应力腐蚀和表面氧化等缺陷，因其导热性能差，线膨胀系数大，所以焊接应力和焊接变形较大。为了避免焊缝枝晶粗大，以致增大偏折，应尽量采用小的热输入量，不预热、降低层间温度，不回火等。密封面底层堆焊完成的阀体冷却后，将直径￠4mm 的A302 焊条在150 ～200℃温度下烘培，保温2 h。选用焊接电流200 ～ 210A，焊接电压22V，控制层间最高温度保持在200℃ 以下，分两层堆焊A302，每层的高度为1 mm。车平堆焊层，保证中间层厚1mm，探伤检查密封面有无裂纹、气孔和夹渣等缺陷。

　　3.3、顶层堆焊

　　顶层堆焊的D802 韧性好，能承受在冷热条件下的冲击，产生裂缝的可能性小，用硬质合金刀具容易切削加工，金相组织为奥氏体和共晶体。D802分两层堆焊，厚度5 ～6mm，层间最高温度保持在300℃以下。堆焊D802 时，将探伤检查确认合格的工件放到炉箱中预热，加热温度在500 ～550℃，保温2 h。将直径￠5mm 的D802 焊条在200 ～250℃温度下烘培，保温1.5h。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为选用焊接电流240 ～280A，焊接电压25 ～30V，堆焊阀座密封面顶层。焊后回火，720℃下保温3 h。

4、结语

　　采用先预热阀体堆焊P91，然后冷焊A302，最后预热焊D802 硬质合金的方法，分3 次堆焊3 种不同材料形成阀体密封面，即解决了阀体F91材料焊接难的问题，又达到了提高阀体密封面使用寿命的目的。阀瓣密封面堆焊时，先将阀瓣预热，预热后直接堆焊D802，焊后进行回火处理。经过对焊后阀体进行探伤检测，产品合格率达100%，新工艺为新材料的密封面堆焊提供了保证。

参考文献

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