冲锻焊阀门焊接成形工艺及缺陷处理研究

滕加庄　姜峰

摘 要：阀门在化工、电力、医药等行业中应用很广，种类繁多，常见的阀门均采用铸造的方法制造，但由于铸造过程中不可避免的要产生一定的缺陷，所以影响了阀门的使用寿命。该文中介绍了一种新型的冲锻焊阀门，对冲锻焊阀门焊接的一般工艺进行了研究，分析了此阀门和铸造阀门相比较所具有的优势，此外还分析了阀门在制造过程中焊接应力产生的原因以及焊接应力对阀门本身质量的影响，并采取一定的措施对阀门的缺陷进行处理，从而提高了冲锻焊阀门的整体性能。

关键词：冲锻焊 阀门 应力 缺陷

中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0097-02

阀门的种类繁多，在化工、电力、冶金、医药等行业广泛应用，阀门常采用铸造的方法来制造，制造工艺也有很大的区别，该文主要介绍了一种新型的冲锻焊阀门，如图1、图2所示，并研究了阀门在焊接成型过程中的缺陷及处理。

1 冲锻焊阀门一般工艺

（1）冲压锻造成型。

采用Q235碳钢管进行精确切割下料，然后冲压锻造，获得所需要的阀体结构，如图3所示。

（2）组对焊接。

组对焊接：组对焊接共分为6个部分，阀体（图3）和两侧需要焊接的接管（图4）以及3个法兰盘。

焊接顺序：首先将冲锻成型的阀体备料进行焊接，然后焊接阀体与两个接管，最后焊接三个法兰盘。

焊接要求：阀门都是起到截止的作用，所以要考虑密封性，因此焊接阀门大多数都采用堆焊的方式来增强密封面[1]。为了提高阀门的耐磨性能，除了采用合理的焊接方法外，还要选择合适的焊接工艺来降低成本从而获得优良的综合性能。

焊接前应清除焊件表面上的油污和氧化层等，表面不允许有任何缺陷。堆焊前工件一般不必进行预热，但焊条需要在300～350℃下进行烘焙。堆焊工件表面应保持水平位置，堆焊层为3层左右，满足加工后堆焊层保持5 mm高度和对其化学成分及硬度要求[2]。

焊接方法：目前阀门的焊接方法很多，常用的有氩弧焊，手工电弧焊，埋弧焊，氧乙炔焊等。

（3）冲锻焊阀门的优势。

常见的阀门均为铸造，冲锻焊阀门是使用管料经下料、冲压锻造和焊接后获得到的，与铸造阀门比较来说，具有制造成本低，生产效率高，产品质量轻，强度高，并在同工况下锻造阀门比铸造阀门平均使用寿命长等优点。从而提高阀门的制造效率、制造质量，降低制造成本、检验成本。

2 焊接缺陷及处理

（1）焊接缺陷。

无论采用何种焊接方法，焊后构件总是存在焊接残余应力，由于焊接零件受到热影响区的影响，所以容易产生裂纹（如图6所示）。此外焊接过程中如果控制不到位，也容易产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透等缺陷。上述焊接缺陷的存在会直接影响焊接阀门的承载能力和使用寿命。

通过对焊缝区域进行金相分析，可以得到图5所示的金相图。同时我们对焊缝进行了硬度测试，得到表1的结果。

通过对金相组织观察和硬度分析，认为产生裂纹的主要原因是焊接热影响区内存在残余奥氏体组织。存在残余奥氏体组织的原因是焊缝冷却速度较快造成的。随着温度的快速冷却，焊缝、热影响粗晶粒区的奥氏体来不及转化为马氏体，而以残余奥氏体的形态存在于焊缝及热影响粗晶粒区中[3]，使整个焊缝影响区的组织发生了一定的变化。

由于上述焊缝影响区组织的变化，导致焊缝和近缝区存在残余拉应力，两侧则存在与其平衡的压应力[4]。焊接残余应力的存在会引起焊后热裂纹和冷裂纹；会促使接触腐蚀介质的结构在使用时容易发生应力腐蚀；会降低结构的承载能力；在结构应力集中部位，存在拉伸残余应力，降低结构使用寿命；有较大的焊接残余应力的结构，在长期使用中，由于残余应力松弛，衰减，会产生一定程度的变形[5]。

（2）焊接缺陷处理。

①热处理。

阀门焊接后，会存在各种各样的缺陷，尤其要避免焊后由于应力过大造成裂纹的出现，因此对焊件要进行高温回火处理。采用电加热方式对焊缝区域进行局部焊后热处理，焊接后加热至600～650℃，维持1 h[6]，然后保温缓冷。使焊缝、热影响粗晶粒区的残余奥氏体进一步减少，使阀门基本上无氧化脱碳，组织性能均匀，工艺可控性与稳定性较好。从而减小残余内应力，控制阀门变形量，提高阀门整体性能。通过对焊缝区域进行局部热处理后发现，焊接阀门焊缝区域的裂纹得到了很好的控制。

②补焊。

对于已经出现裂纹的阀体，则采用补焊的方式进行修补。由于冲锻焊阀门选材是采用无缝碳钢管进行切割、冲压、焊接而成的，所以补焊所选用焊条为506焊条，使焊缝金属在满足强度要求的条件下，塑性和韧性得到提高。在焊接修复过程中需进行适当的焊前预热以及焊后热处理等措施来降低补焊后产生的焊接冷裂纹[7]。除此之外，要认真清理挖净所有裂纹以及其它污物。避免清理不净产生二次裂纹的现象，补焊完成后要对焊缝区域进行局部热处理。

3 结语

（1）采用钢板和钢管冲锻焊接阀门取代铸造阀门，不仅节约原材料，而且还可以延长使用寿命；

（2）通过对焊缝区域的分析发现，焊接热影响区的残余奥氏体是使焊接阀门产生裂纹的主要原因；

（3）通过对阀门焊缝区域进行局部热处理可以使阀门的良品率得到很大的提升，使阀门的性能得到保障。

参考文献

[1] 曹志明，徐维普.阀门等离子堆焊材料及工艺[C].“十二五”堆焊、热喷涂及表面工程技术发展前瞻学术会议.2011.

[2] 李洁雅，倪德续，昌友平.阀门手工堆焊工艺[J].焊接，2003（9）：44.

[3] 黎陈涛，吕良勇，周烨斌.阀门焊接热影响区残余奥氏体产生原因分析[J].焊接技术，2012，41（10）：51-53.

[4] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京：机械工业出版社，2001.