针式节流阀的阀杆钎焊YG8结构改进

周国东

（美钻石油钻采系统（南京）有限公司，江苏 南京 210000）

1.引言

节流阀在油田各项流体作业中应用广泛，主要用于流体的流量调节或压力调节，在作业中通过调节节流阀的阀杆轴向移动来改变节流孔面积，以达到调节管路中的压力和流量的目的。因此，节流阀的性能直接影响到作业的质量。阀杆是节流阀的关键件，它的性能直接影响到节流阀的节流性能，目前国内市场常用的针式节流阀阀杆为镶制硬质合金的阀杆，造成失效的形式表现为硬质合金体脱落，裂纹。

2.节流阀阀杆工作原理

针式节流阀机构如图1所示。阀杆前端带有锥度的针状结构，焊接整体式硬质合金，使阀杆具有很好的耐磨和耐冲蚀能力。阀座与阀杆配合部分为硬质合金材料，硬度高，耐冲刷，阀座与阀体为螺纹连接，连接部分采用合金钢，具有减震，防脱落作用。在额定压力下，顺时针转动手轮，阀门开启度变小并趋于关闭状态，完全关闭时，可达流量为零的状态；逆时针转动，阀门开启度逐渐变大，节流阀开启度可以从刻度套中来判断。高速流体从下端法兰流入，经锥面孔阻尼后，再从右端法兰孔流出，硬质合金锥体处于悬臂状态并高频率震动，因此杆体附近极易发生疲劳断裂，导致节流阀无法工作。因此，节流阀阀杆硬质合金锥体与杆体连接可靠是关键点。

3.常用结构

图2是目前的常用的结构。杆体通过前端螺纹旋合到硬质合金锥体内部，螺纹连接在钎焊过程中会产生不同应力，造成钎焊结合面会有微小裂纹，在高速流体冲刷下易脱落，市场使用情况也是如此。悬臂状态阀杆头部在高速气流冲刷下产生交变应力，锥体前端在长时间下高频率振动，产生轻微断裂断裂或合金体脱落，所以锥体与杆体连接强度要可靠，钎料选择及钎料性能的性能至关重要的。

4.改进后的方案及工艺

杆体与锥体连接的关键如何让硬质合金锥体能够承受交变高频振动及交变载荷的作用。这需要从杆体，锥体的硬质合金的机械性能，钎料及钎剂适用性，钎焊温度等多方面综合考虑。图3为改进后新结构，杆体材料1Cr13，热处理硬度HBW197-235，抗拉强度бb=655Mpa，屈服极限б0.2=517Mpa，收缩率ψ%=35%，延伸率δ%=18%，低温冲击值（-46℃），Akv（min）=20J。锥体采用硬质合金YG8，表面硬度达HRA89，抗弯强度σbb=1500Mpa。焊接面置于硬质合金内部，不与流体接触，避免介质冲击破坏，有效抵抗高频振动过程的冲击力。

银基钎料Ag50CuZn，适合钎焊间隙不均匀以及承受多次振动载荷工作，其焊接流动性及固化后韧性较高，有效抵抗流体高频振动过程的冲击力。钎料供应状态有：丝、片等状态，本次试验选用片状厚度0.10mm，经过多次试验选用QJ102比较理想。外锥杆体在车床上加工与合金内锥配合，间隙约在0.10-0.20。预先裁剪好焊片内置于的锥体内部，硬质合金与不锈钢有较大差别线膨胀系数，所以先预热杆体头部温度200～300℃，再插入锥体内部，缓慢加热，控制钎焊温度在790～830℃，焊接完成后将工件放入炉中保温，炉内温度控制320-350℃，保温6h，消除焊接残余应力。图3中纵向四个及环向两个通气孔为工艺孔，使焊接密闭内腔处于开放状态，加热过程留给内部气体逃逸空间，既便于焊接排渣及多余溶液流出又可以减少焊接应力。

5.试验论证

按图3结构加工的针式节流阀阀杆，可靠性得到很到保证。交付油田使用未出现硬质合金锥体脱落等情况，较好满足现场的需求。