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          華菱非金屬粘合劑立方氮化硼刀具在加工堆焊閥門密封面上效果顯著
          發布時間:2014-12-09

            隨著現代技術的發展,越來越多的閥門在高溫、高壓及高腐蝕,高耐磨等環境下工作,為了提高閥門的耐磨,耐高溫及耐腐蝕等性能,現在工廠普遍采用堆焊,噴焊技術來增加閥門殼體或內件的硬度,來提高閥門的耐磨性和使用壽命。所謂的堆焊,噴焊就是在工件表面堆焊或噴焊一層特殊的具有耐磨,抗腐蝕,抗氧化的材料。使工件有足夠的硬度,耐磨性和耐腐蝕性,滿足閥門的使用要求,并且操作簡單。但如果想要獲得滿足設計及使用要求的閥門堆焊面,必須嚴格按照制定作業指導書以及操作要求進行,同時要根據母材(工件材料)及焊接方法選取適當的焊接材料。

            目前,常用的堆焊合金有鐵基、鎳基、鈷基、鎳基等堆焊材料。其中鈷基合金具有良好的高溫性能,優異的熱強性、耐蝕性及耐熱疲勞性能,比鐵基,鎳基合金的抗磨損、抗腐蝕性能好。所以在閥門研制和生產制造中,鈷基硬質合金以其無可替代的綜合性能被廣泛應用到各類閥門殼體和密封面的堆焊中。目前,常用的閥門堆焊技術有氧-乙炔火焰堆焊、手工電弧焊和等離子弧焊等。

            本文就根據以上常用三種堆焊技術對閥門堆焊進行了解分析,并對于堆焊(噴焊)閥門密封面的高硬度切削進行了探討。

            一、氧-乙炔火焰堆焊閥門

            氧-乙炔火焰溫度較低(3100℃左右),而且可以調整火焰的能率,可以得到低的稀釋率(1%——10%)和薄的堆焊層,采用氧-乙炔堆焊閥門密封面,常采用碳化焰(又稱為還原火焰)堆焊閥門。并且根據母材的不同,需要焊前預熱和焊后熱處理。一般可以采用300-600℃預熱。焊后應在600-700℃回火1小時后緩冷或將工件立即放入干燥和熱的沙箱內或草木灰中緩冷,以避免裂紋。為了在堆焊過程中盡量減小稀釋率,預熱溫度,層間溫度不宜過高。使用于溫度低于650℃,壓力小于25Mpa,介質為水、過熱蒸汽、油等高參數的閥門密封面堆焊。氧-乙炔火焰堆焊除了用于堆焊外,還應用到噴涂、噴焊等工藝中。氧-乙炔火焰粉末堆焊(亦稱噴焊)是一種應用靈活,節省材料的堆焊工藝方法。對DN(DN是公稱通徑 (或叫公稱直徑),就是各種管子與管路附件的通用口徑)≤80mm的閥門密封面堆焊尤為適用,只需堆焊一層,經加工后0.5mm 以上即可滿足要求。堆焊的硬度也不同,如鈷基合金材料Stellite No.12堆焊后的硬度HRC48,Stellite No.6堆焊后的硬度HRC42。

            二、手工電弧焊堆焊閥門

            手工電弧焊堆焊閥門密封面是比較常用的工藝方法,其特點是設備和工藝簡單,操作容易,可根據需要靈活地選擇堆焊焊條。由于手工電弧焊稀釋率高,會導致堆焊層硬度和耐磨性下降,如果要獲得無稀釋率的表面工作層至少要堆焊4層,經加工后焊層厚度6mm以上。由于堆焊焊條的種類很多,其特性不一,因此可根據零件要求選擇合適的堆焊焊條及堆焊層厚度。例如對于耐腐蝕要求的結構,應選擇相應配套的專用焊條或熔敷金屬化學成分與其相近的焊條;結構復雜、剛性大,焊接條件差、工作要求苛刻的重要結構,應選用低氫堿性焊條。不同的焊條堆焊出來的閥門硬度也不同,如高鉻鑄鐵堆焊焊條的硬度可達HRC50以上,碳化鎢堆焊焊條堆焊出來的硬度可達HRC60以上等。

            三、等離子弧焊堆焊閥門

            等離子弧是一種熱源,其電弧區溫度可達20000K,其平緩的弧外焰特性能獲得淺而均勻的熔深,是堆焊的理想熱源,因而被廣泛地用于閥門密封面的堆焊。根據等離子弧焊的特性可以堆焊出其他焊接方法無法實現的高硬度、高強度,特別是其他焊接方法無法焊接的高熔點、高強度合金粉末。材料方面,等離子弧焊主要使用粉末材料。與手工電弧焊和氧-乙炔氣焊等堆焊方式相比不僅生產效率高,質量穩定,易于機械化、自動化;而且該焊接方法使用粉末作為填充材料,克服了硬質合金難于制絲等問題。并且我國的粉末生產廠家眾多,產品系列基本可以滿足各種應用要求,特別是閥門方面,目前的粉末已經比較成熟。比較適合鐵基合金材料的堆焊。

            等離子弧焊堆焊閥門的工藝要求:在焊接前需要對工件進行機械清理的處理,工件表面必須有金屬光澤,除去銹蝕、油污和氧化物。某些工件在堆焊前需進行預熱,如堆焊鈷基粉末公稱尺寸大于DN25的碳鋼焊接需要預熱,對于堆焊鐵基粉末,當所選粉種及基體材料有預熱要求的都需要預熱,對于珠光體、馬氏體鋼,即便是較小的零件也必須預熱,以防止堆焊層裂紋的出現。預熱溫度根據基體材料而定。批量堆焊的零件應在爐中預熱。預熱溫度時間根據工件大小及形狀而定。堆焊后工件應立刻進行熱處理,如使用鈷基粉末堆焊的碳素鋼工件,公稱尺寸小于DN25,可不進行去應力熱處理,如使用鐵基粉末堆焊,當所選粉種及基體材料有熱處理要求時,則需進行相應的熱處理。

            四、加工堆焊閥門密封面的刀具材料

            經過堆焊,噴焊方式使閥門表面性能得到顯著提高,密封面的密封性更好,更耐磨,使用壽命長,適應各種高溫高壓,高腐蝕的工作環境。閥門根據工作環境的不同,閥門堆焊層的硬度也不同,所以在切削加工堆焊閥門時就出現了問題,由于堆焊閥門硬度高難加工,刀具出現不耐磨的現象,不僅提高不了加工效率,而且增加了刀具費用。所以選擇正確的刀具材料是實現高效率,低成本的重要因素。目前,加工閥門堆焊件的刀具材料有硬質合金刀具,陶瓷刀具和非金屬粘合劑立方氮化硼刀具。

           ?。?)選擇硬質合金刀具加工堆焊閥門密封面:硬質合金刀具本身刀體的硬度在HRC71-76之間,加工高硬度堆焊閥門密封面會出現不耐磨的現象,如加工HRC40以下的閥門密封面硬質合金刀具較經濟,粗加工可選擇YG8等,精加工選擇YT15等。

           ?。?)選擇陶瓷刀具加工堆焊閥門密封面:陶瓷刀具的硬度高于硬質合金刀具,刀體本身硬度在HRC95-100之間,適合加工HRC45-55之間的堆焊閥門密封面,但由于脆性大,受其抗沖擊性能的限制只能用于精加工中,吃刀深度一般控制在0.3mm以內。

           ?。?)選擇立方氮化硼刀具加工堆焊閥門密封面:立方氮化硼刀具的硬度均高于硬質合金刀具和陶瓷刀具,由于硬度高,與金剛石刀具統稱為超硬刀具,適合加工硬度HRC45以上的堆焊閥門密封面,但立方氮化硼刀具較大的缺點與陶瓷刀具一樣脆性大,加工高硬度的堆焊閥門密封面的效果也不太明顯。直到我國華菱超硬研發出一款非金屬粘合劑立方氮化硼刀具BN-S20,保證了立方氮化硼刀片硬度同時,增加了其抗沖擊韌性和耐高溫性,由于BN-S20屬于非金屬粘合劑立方氮化硼刀具,與傳統的立方氮化硼刀具相比增加了韌性,不僅硬度高,而且耐磨性和抗沖擊性能優異,吃刀深度可達7.5mm,粗加工、精加工均可。非常適合加工HRC45以上的鐵基,鈷基合金等材料的堆焊閥門密封面,

            我國華菱超硬自創業以來,準確把握時代的變化脈搏,不斷努力開發,提供可迅速滿足日益多樣化需求的高品質,高性能刀具產品。憑借長期培養積累的技術實力和尖端的技術開發能力,在國內率先提出粗加工用非金屬粘合劑立方氮化硼整體聚晶刀片概念,并適應當代“高速,精密加工”等切削要求。在超硬刀具學術界享有很高聲譽。

            五、總結

            堆焊和噴焊作為硬面加工技術,廣泛應用于閥門制造領域,堆焊和噴焊技術的進步,也使得閥門更能滿足于耐磨,抗腐蝕,抗氧化等日益提高的環境要求,而堆焊和噴焊零件作為難切削材料曾一度限制了閥門制造業的加工效率和成本,而隨著堆焊技術和切削技術的發展,新材料新技術新工藝的推陳出新,同時促進了閥門制造技術的進步和新型堆焊和噴焊技術的發展。

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