1 概述

      閥門密封麵的堆焊目的是提高（gāo）密封麵抗墊傷、劃傷、耐（nài）腐蝕、耐磨損和耐衝蝕的性能。堆焊材料的綜合使用性能是由其金屬組織（zhī）結構, 即堆焊金屬的化學成分和熱（rè）處理狀態所決定的, 但有些材料不受熱處理狀態影響。由於各種堆焊工藝方法的特點不同, 亦產生不同的稀（xī）釋（shì）率( 即母材對堆焊層金屬的稀釋作用) ,且不（bú）同的堆焊材料堆焊在（zài）不同（tóng）的（de）基體母材上,由稀釋率所產（chǎn）生的作用也不盡相同。欲獲得低（dī）稀釋率或無稀釋率的表麵工作層, 則需根據堆焊材（cái）料和堆焊方法, 合理地選擇堆焊層數和厚度。

      2 相關標準

      閥門密封麵堆焊層厚度的確定一直為閥門設計（jì）製造人員所關注。采用多層堆焊可降低母材表麵工作層的稀釋率, 但材料消耗增加, 而且由於焊層的增高, 焊層裂紋（wén）傾向加大, 需采取較為複雜的焊接（jiē）工藝加以控製（zhì）, 製造成本加大。在滿足閥門密封麵使用性能的前提下, 盡量降低堆焊層厚度是（shì）閥門優化（huà）設計的目的之一, 各國（guó）均製定了相應的標準。

      2.1  美國石油學會( API)

      API 600-1991 和API 6003 ( 第五版（bǎn）) -1991 等標（biāo）準中規定, 堆焊製造的閥（fá）門密封麵,其（qí）堆焊（hàn）層加工後的最小厚度為0.06 英寸 ( 1.6mm) 。

      2.2  法國核工業( RCC-M)

      RCC-M-1988 S 篇焊接（jiē）S8532 堆焊方法 ( 推薦使用的) 規定了耐磨堆焊（hàn）層的要求。

      a) 氧乙炔耐磨堆焊 必（bì）須使用滲（shèn）碳火焰。火焰的外形必須使長度約（yuē）為焰芯寬度的3 倍。

      當母材開始滲析和稀釋時, 必須對（duì）耐磨堆焊層進行覆蓋並將熔化金屬中（zhōng）過度滲碳控製到最低限度。

      b) 藥皮焊條（tiáo）電弧耐磨（mó）堆焊 為（wéi）了抵消稀釋作用, 要求有足夠（gòu）數量的堆焊層。長弧施焊法可以減少母材的滲透稀釋作用。

      c) TIG 或等離子（zǐ）電弧耐磨堆焊通常,保護氣體必須是適當純度的氬, 它（tā）也可以（yǐ）是經過氫（qīng）化處理的。采用的焊接技術必須使支撐母材有最小的（de）稀釋（shì）。

      2.3  國家標（biāo）準( GB)

      GB 984-85 中指出, 熔敷金（jīn）屬的（de）化學成分檢驗和硬度檢驗, 應在焊層厚度8mm 以上進行。即隻有按此方法檢驗, 方能保證標（biāo）準中所列各種堆焊（hàn）焊條的堆焊（hàn）金屬（shǔ）的化學成分和硬（yìng）度。

      2.4  國家核行業( EJ/ T)

       EJ/ T1027.9-96 中指出: 采用藥皮焊條電弧堆焊, 其堆焊層數必（bì）須（xū）足以抵消母材稀釋作用的影響, 一般堆焊層數為3~ 4 層, 經加工後堆焊層厚度不小於（yú）4mm; 采用（yòng）鎢（wū）極（jí）氬弧堆（duī）焊, 所采用的堆焊工藝必須最大限度地減（jiǎn）小母（mǔ）材的稀釋, 堆焊（hàn）高度必須足以抵消母材稀釋作用的影響, 加工後堆焊層（céng）厚度不小於3mm;采用粉末等離子弧堆焊方法, 可實現（xiàn）單層堆焊, 也可雙層堆焊, 加（jiā）工後堆焊層厚度不小於2.5mm。

       上述標準中, 從不（bú）同角度對閥門（mén）密封麵堆焊層厚度進行規定。API 標（biāo）準中規定（dìng）了堆焊層（céng）的最小厚度, 而堆焊層厚度的上限, 則應視實際產（chǎn）品的具體情況而確定（dìng）。RCC-M 標準和EJ/ T 標準中, 對閥門密封麵堆焊鈷基合金的堆焊方法以及與其相適應的堆焊層高度的（de）確定, 作了較為詳細的規定。

       3  堆（duī）焊方法

       采用不同方法堆（duī）焊閥門密封麵, 其單（dān）層稀釋率為: 埋弧自動（dòng）焊> 手工電弧（hú）焊> 鎢極氬弧焊（hàn）> 等離子弧焊> 氧-乙炔焰焊( 表1) 。

       3.1  埋弧自動焊

       埋弧自動堆焊是一種熔敷率（lǜ）較高的堆（duī）焊工藝方法, 目前用於閥門密封麵堆焊的僅有（yǒu）鐵基（jī）合金材料（liào）。一般采用單層單道堆焊, 對於焊層要求較寬的則（zé）采用（yòng）雙絲或帶極堆焊; 雖然（rán）埋弧自動（dòng）堆焊的稀釋率較大（dà）, 但（dàn）其堆焊金屬（shǔ）的合金一（yī）般均由藥芯焊絲過渡或者焊劑過渡的方法獲得, 在藥芯焊絲和過渡（dù）型焊（hàn）劑的研製過程中充分考慮了這一因素, 從而使單（dān）層堆焊的堆焊金屬合金成分達到設計要求。

       埋弧自動堆焊的單層厚度一般可達3~5mm。實驗表明（míng）, 從焊層表層向下逐層( 每層0.5mm, 直至剩餘焊（hàn）層0.5mm。) 車削金屬屑, 分析化學成分, 並（bìng）檢測表麵硬度, 其結果基（jī）本相同( 表2) , 這是因為整體焊層處於同一電弧冶金狀態所致。因此, 采用埋弧自動堆（duī）焊的方法堆焊（hàn）閥門密封麵, 堆焊層可滿足API標準（zhǔn）規定的（de）經（jīng）加工後焊層最小厚度1.6mm 的要求, 實際產品中常根（gēn）據閥門通徑大小, 其焊層厚度選定為2~ 4mm。

       3.2  手工（gōng）電弧焊

       手工電弧焊堆焊（hàn）閥（fá）門密封麵（miàn）是（shì）比較常用的（de）工（gōng）藝方法, 其特點是設備和工藝簡單, 操作容（róng）易, 可根據需要靈活地選擇堆焊焊條。目前國內有鐵基和鈷基（jī）2 類合金材料。

       手工電（diàn）弧焊的熔深較大, 單層堆焊的稀釋率為15% ~ 25%, 采用直流弧焊電源反極性接法或焊條擺動和長弧堆焊等（děng）操（cāo）作手法可相對減小熔深, 降低稀釋率。要獲得無稀釋率的表（biǎo）麵工作層至少要堆焊4 層, 經加工後焊層厚度6mm 以上。對有些藥皮過渡型焊條( 鐵基) ,在焊條（tiáo）設計時考慮了母材的稀釋作用, 故堆焊2~ 3 層, 經（jīng）加（jiā）工後焊層厚度3mm 以上即可滿足其使（shǐ）用性能。由於堆焊焊條的種類很多, 其特性不一, 因此應根據其說明書的介紹合理確定堆焊層厚（hòu）度。

       3.3  鎢極氬弧焊

       鎢（wū）極氬弧堆焊是以焊絲作為填充材料的堆焊（hàn）工藝方法。由於其隻能采用固定的直流正極性接法, 理論上講其熔深大於手工電弧焊, 但由於手工操作（zuò）送絲可適當控製熔深（shēn）, 因（yīn）此（cǐ）單層（céng）堆焊可（kě）控製稀釋率（lǜ）為10%~ 20% 。

       用於氬弧堆焊的焊（hàn）絲有鈷基合金和鎳基合（hé）金, 這類合金的堆焊金（jīn）屬中對鐵含量要求（qiú）比較嚴格( 一（yī）般（bān）為≤ 5% ) , 采用鎢極氬弧焊堆焊2~ 3 層, 控製焊（hàn）層（céng）的平整（zhěng）度, 經加工後焊層厚度3mm 以上, 可（kě）滿足要求。

       3.4  等離子弧焊

       等離子弧是一種高效熱源, 其電弧區溫度可達20 000K, 其平緩的（de）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（guǎng）泛地用於閥門（mén）密封麵的堆焊。

       用於閥門（mén）密封（fēng）麵堆焊的有粉末等離子弧堆焊和送絲等（děng）離子弧堆焊2 種形式。粉末等離子弧堆焊以合金粉末作為填充材料, 利用專用的焊（hàn）接設備使堆焊過程全部（bù）自動化。一（yī）般堆焊1層即可實現加工後焊層（céng）2mm 的厚度, 雖然單層堆焊稀釋（shì）率為5% ~ 30% 。但在合金粉末製造時考慮了這一因素（sù）, 使其性能符合（hé）設計要求。由於是單層堆焊, 堆焊金屬處於（yú）同一電弧冶金條件, 實驗表明焊層0.5mm 與焊層2mm具有同樣（yàng）的性能。粉末等（děng）離子弧堆（duī）焊鈷基合金應在2 層以上, 方（fāng）能使堆焊金屬中鐵含量達到標準要求。

       送絲等離子弧堆焊是根據堆焊麵的寬度,預先將焊絲點固成排狀, 平鋪在待堆焊表麵,用等離子弧將其熔化的一種堆焊方法, 亦稱（chēng）為排絲等（děng）離（lí）子弧堆（duī）焊, 常用於堆焊鈷基合金焊絲。送絲等離子弧堆焊比粉末（mò）等離子（zǐ）弧堆焊的熔深（shēn）淺（qiǎn）, 單層堆焊稀（xī）釋率為5% ~ 15% 。欲獲得無稀釋率的表麵工作層需堆（duī）焊兩層以上, 經加工後焊層厚度為3~ 4mm ( 表3) 。

       3.5  氧-乙炔焰焊

       氧-乙炔焰焊火焰能率低, 因而堆焊熔敷（fū）率低, 但（dàn）其熔深淺, 單層堆焊（hàn）稀釋為1% ~ 10% 。對於堆焊材料熔點低於基體材料熔點的堆焊則屬於（yú）釺焊, 其稀釋率近似（sì）為零。氧-乙炔焰堆焊的填（tián）充材料（liào）有粉末和焊絲2 種, 以粉末作為填充材料需采（cǎi）用特殊的焊炬和自熔性合金粉（fěn）末, 一般單層堆焊厚度可達0.8~ 1.5mm, 經加工後厚度0.5mm 即可滿足要求。以焊絲作為填充材料( 鈷基合金) 的堆焊采用（yòng）普通焊炬, 2.5~ 3 倍的乙炔過剩火焰。堆焊單層, 堆焊金屬中的含鐵量即可滿足標準要求。但由於乙炔過剩火焰會在堆焊（hàn）金屬中產生增（zēng）碳現象, 所以堆焊金屬中含碳量要求較嚴格的（de）堆焊不宜采用。

       4  結（jié）論

       閥門密封麵堆焊層厚度應根據堆焊材料和堆焊工藝合理確定。堆焊鐵基合金材料, 宜采用粉（fěn）末等離子弧堆焊或埋弧自動堆（duī）焊。這2 種工藝方法都具有自動化程度高及生產（chǎn）效率高的優點, 隻需堆焊一層, 經加工後（hòu）焊層2.0mm以上即可滿足（zú）使用性能。目前用於埋弧自動堆焊材（cái）料（liào）的品（pǐn）種較少, 其應用範圍受到一定限製。堆焊鈷基合金材料, 宜采用送絲等離子（zǐ）弧堆焊或鎢極氬弧堆焊（hàn）, 一般需堆焊兩層（céng）, 經加工後焊層3~ 4mm, 即可滿（mǎn）足要求。氧-乙炔焰粉末堆（duī）焊( 亦稱噴（pēn）焊) 是（shì）一（yī）種應用靈活, 節省材料的（de）堆焊工藝方（fāng）法。對DN ≤ 80mm 的閥門密封麵堆焊尤為適用, 隻需堆焊一層, 經加工後0.5mm 以上即可滿足要求。手工電弧堆焊應按照焊條說明書規定的要求確定（dìng）堆焊層數（shù）和焊層的厚度。