平行闸板阀阀体与法兰焊接工艺的改进

马世辉，张春青 ，杨 军

(1.承德石油高等专科学校，河北 承德 067000；2.承德江钻石油有限责任公司，河北 承德 067000)

0 前言

石油矿场用采油（气）井口装置中最重要用量最多的是闸阀。平行闸板阀有较多的优越性，如在相同工况下开关力矩小，采用浮动阀座密封可靠且可防止杂质擦伤密封面拉毛，密封比压随工作压力而变化，有自封性等，因而被广泛采用。

1 问题提出

承德江钻石油厂大量生产采油（气）井口装置中的平行闸板阀，材质为35CrMo，规格包括φ180×20、φ133×25、φ106×23，其阀体和法兰采用焊条电弧焊焊接，为保证接头良好的性能，采用嵌入式坡口，如图1所示。这种坡口形式尽管能满足生产需要，接头组织和力学性能符合技术要求，但接头坡口处圆弧加工困难，由于是焊条电弧焊焊接，装配焊接工作量大，生产效率低下，且不可避免产生熔焊时熔池凝固过程中的裂纹、气孔等缺陷。为此，一是考虑到平行闸板阀阀体和法兰均为圆形截面，如图2所示，尺寸规格不大，符合连续驱动摩擦焊构件要求的特点；二是考虑到连续驱动摩擦焊焊接接头属于固态焊接过程，接头不存在金属熔化，在合金中保持母材的冶金性能。因而，采用连续驱动摩擦焊焊接工艺完成平行闸板阀阀体和法兰的焊接。

2 焊接工艺对比

焊条电弧焊焊接阀体和法兰的主要工艺为：焊条 φ3.2，E8515-G，焊前 400 ℃，烘干 1～2 h；焊前法兰在 350℃～400℃预热2～3 h；打底焊焊接电流90～110 A，电压 24～26 V；其余各层的焊接电流140～160 A，电压 26～28 V；焊后按如图 3所示的热处理工艺进行消除应力处理。

图1 阀体与法兰焊条电弧焊接头设计

图2 阀体与法兰摩擦焊接头设计

图3 阀体与法兰焊条电弧焊热处理规范

摩擦焊焊接阀体和法兰主要工艺为：焊前，将阀体作为移动工件夹持于移动夹具，法兰作为旋转夹具夹持于旋转夹具；焊接时旋转工件在电机驱动下开始高速旋转，移动工件在轴向力作用下逐步向旋转工件靠拢，两侧工件接触并压紧后进入准摩擦阶段。在此阶段，摩擦压力与转速保持恒定。当摩擦焊焊接区的温度分布、变形达到一定程度后，开始刹车制动并使轴向力迅速升高到达所设定的顶锻压力。在顶锻过程中及顶锻后保压过程中，焊接区金属通过相互扩散与再结晶完成整个焊接过程。三种规格的平行闸板阀焊接时的摩擦压力、顶锻压力、顶锻时间如表1所示。

表1 三种规格的平行闸板阀阀体与法兰摩擦焊主要焊接参数

连续驱动摩擦焊焊接时，工件尺寸加工和组装要求严格；接头焊后产生飞溅，需机械去除。夹持部位要注意产生划伤或夹持痕迹。焊接后采用高频感应加热器进行高频退火消除应力处理，退火温度为680℃～690℃，时间15 min。

摩擦焊焊接后接头组织（索氏体）致密、晶粒细化，接头质量高，再现性好，如图4所示。在工艺试板上制取试件进行力学性能试验，其结果证明焊缝力学性能合格（见表2）。

图4 阀体与法兰摩擦焊接头索氏体组织

表2 平行闸板阀阀体与法兰摩擦焊力学性能

3 结论

生产实践证明，平行闸板阀阀体与法兰采用连续驱动摩擦焊工艺，与焊条电弧焊工艺相比，避免了熔焊时熔池凝固过程中产生的裂纹、气孔等缺陷；接头坡口设计简单、易加工；接头组织致密、晶粒细化，质量高；改善了施焊者劳动条件，提高了生产效率。