1 概述

      閥門密封麵（miàn）的堆焊（hàn）目的是提高密封麵抗墊傷、劃傷、耐腐蝕、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結構, 即堆焊金屬的化學成分和熱處理狀（zhuàng）態所決定的, 但有些（xiē）材料（liào）不受熱處理狀態影響。由於各種堆焊工藝方法的特點不同, 亦產生不同的稀釋率( 即（jí）母材（cái）對堆焊層金屬的稀釋作用) ,且不同的堆焊材料（liào）堆焊在不同的基體母材上,由稀釋（shì）率所產生的作用（yòng）也（yě）不盡相同。欲獲得低稀釋（shì）率或無稀釋率的表麵工作層, 則需根據堆焊材料和堆焊方法, 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（xī）釋率（lǜ）, 但材料消耗增加, 而且由於焊層的（de）增高, 焊層裂紋傾向加大, 需（xū）采取較（jiào）為複雜的焊（hàn）接工藝（yì）加以控製, 製（zhì）造成本加（jiā）大。在滿足閥門密封麵使用性能的前提（tí）下, 盡（jìn）量降低堆焊層厚（hòu）度是閥門（mén）優化（huà）設計的目的之一, 各國均製定了相應的標（biāo）準。

      2.1  美國石油學會( API)

      API 600-1991 和API 6003 ( 第五版) -1991 等標準中規定, 堆焊製造的閥門密封麵,其堆焊層加工後的最小厚度為0.06 英（yīng）寸 ( 1.6mm) 。

      2.2  法國核工業( RCC-M)

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

      a) 氧乙炔耐磨堆焊 必須使用滲碳火焰。火焰的（de）外形必須使長度（dù）約（yuē）為（wéi）焰芯寬度的3 倍。

      當母材開始滲（shèn）析和稀釋時, 必須對耐磨（mó）堆焊層進行覆蓋（gài）並將熔（róng）化（huà）金屬中過度滲碳（tàn）控製到最低（dī）限（xiàn）度（dù）。

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

      c) TIG 或等離子電弧（hú）耐磨堆焊通常,保護氣體必須是適當純度（dù）的氬, 它也可以是經過氫化處理的。采用的焊接技術必須使（shǐ）支撐母材有最小的稀釋。

      2.3  國家標準( GB)

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

      2.4  國家核行業( EJ/ T)

       EJ/ T1027.9-96 中指出: 采用藥皮（pí）焊條電弧（hú）堆焊, 其堆焊層數必須足以抵消母材（cái）稀釋作用的（de）影響, 一般堆焊層數為3~ 4 層, 經加（jiā）工後（hòu）堆焊層厚度不小於4mm; 采用鎢極氬弧堆焊, 所采（cǎi）用的堆焊工藝必須最大限度地減小（xiǎo）母材的稀釋, 堆焊高度必須足以抵（dǐ）消母材稀（xī）釋作用的（de）影響, 加工後堆焊層厚度不小（xiǎo）於3mm;采用粉末（mò）等離子弧堆焊方法, 可實現單層堆焊, 也可雙（shuāng）層堆焊, 加工後堆焊層厚（hòu）度（dù）不小於2.5mm。

       上述標準中, 從不同角度對（duì）閥門密封麵堆（duī）焊（hàn）層（céng）厚度進行規定。API 標準中規定了堆焊層的最（zuì）小厚度, 而（ér）堆焊層厚度的上限, 則應視實際產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（hé）金的堆焊方（fāng）法以（yǐ）及與其相適應的堆焊層高度的確定, 作（zuò）了較為詳細的規定。

       3  堆（duī）焊方（fāng）法

       采用不（bú）同方法堆焊閥門密封麵（miàn）, 其（qí）單（dān）層稀釋率為（wéi）: 埋弧自動焊> 手工（gōng）電弧焊> 鎢極氬弧焊> 等離子弧焊> 氧-乙炔焰焊( 表1) 。

       3.1  埋弧（hú）自動焊

       埋弧自動堆焊是一種熔敷率較高的堆焊工藝方法, 目前用於閥門密（mì）封麵堆（duī）焊（hàn）的僅有（yǒu）鐵基合金材料。一般采用單（dān）層單道堆焊, 對於焊層要求較寬的則采用雙絲或（huò）帶極堆焊; 雖然埋弧自動堆焊的稀釋率較大, 但其堆焊金屬的合金一般均由藥芯焊絲過渡或者焊劑過渡的（de）方法獲得, 在藥芯焊絲和過渡（dù）型焊劑的研製過（guò）程中充分考慮了這一因素, 從而使單層堆（duī）焊（hàn）的（de）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（zhú）層（céng）( 每層0.5mm, 直（zhí）至剩餘焊（hàn）層0.5mm。) 車削金屬屑, 分析化學（xué）成分, 並檢測表麵硬度, 其結果（guǒ）基本（běn）相同( 表（biǎo）2) , 這是因為整體焊層處於同一電弧冶金狀態所致。因此, 采用埋弧自動堆焊的方法堆焊閥門密封麵（miàn）, 堆焊層可滿足API標準規定（dìng）的經加工後焊層最小厚度1.6mm 的要求, 實際（jì）產品中常根據閥門通徑大小, 其焊層厚（hòu）度（dù）選定為2~ 4mm。

       3.2  手工電弧焊

       手工電弧焊堆焊（hàn）閥門密封麵是（shì）比（bǐ）較常用的工藝方法, 其特點是設備和工（gōng）藝簡單, 操作容易, 可根據需要靈活地選擇堆焊焊條。目前（qián）國內有鐵基和鈷基2 類合金材料。

       手工電弧焊的熔深較大, 單（dān）層堆焊的稀（xī）釋率為15% ~ 25%, 采用直流弧焊電源反（fǎn）極性接法或焊條擺動和長弧堆焊（hàn）等操作手法可相對（duì）減小熔深, 降低稀釋率。要獲得無稀釋率的表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（guò）渡型焊條( 鐵基) ,在焊條設（shè）計（jì）時考慮了母材的（de）稀釋作（zuò）用, 故堆焊2~ 3 層, 經加工（gōng）後焊層厚度3mm 以上即可滿足其使用性能。由於堆（duī）焊焊條的種類很多, 其特性不一, 因此應根（gēn）據其說明書的介紹（shào）合理確定堆焊（hàn）層厚度。

       3.3  鎢極氬弧焊

       鎢極氬弧堆焊是以焊絲作為填（tián）充材料的（de）堆焊工藝方法。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, 但由於手工操作送絲可適當控製熔（róng）深（shēn）, 因此單層堆焊（hàn）可控製稀釋率為10%~ 20% 。

       用於（yú）氬弧堆焊的（de）焊絲有鈷基合金和鎳基合金, 這類合金的堆焊金屬中對鐵含量要求比較嚴（yán）格( 一般為≤ 5% ) , 采用鎢極氬弧（hú）焊堆焊2~ 3 層（céng）, 控製焊層的平整度（dù）, 經加工後焊層厚度3mm 以上, 可滿足要求。

       3.4  等離子弧焊

       等離子弧是一種（zhǒng）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（róng）深, 是堆焊的理想熱源, 因而被廣泛地用於閥門密封麵的堆焊。

       用於閥門密封麵堆（duī）焊的有（yǒu）粉末等離子弧堆焊和送絲等離子弧堆焊2 種形式。粉末等離子弧堆焊以合金粉末作（zuò）為填充材料, 利用專用的焊接設（shè）備使堆焊過（guò）程全部（bù）自動化。一般堆（duī）焊1層即可實現加工（gōng）後焊（hàn）層2mm 的厚度, 雖然單層堆焊稀釋率為5% ~ 30% 。但在合金粉末製造時考慮了這一因素, 使（shǐ）其性能符合設計（jì）要（yào）求。由於是（shì）單層堆焊, 堆焊金屬處於同一電弧冶（yě）金條件, 實（shí）驗表明焊層（céng）0.5mm 與焊層（céng）2mm具有同樣的性能（néng）。粉末等離子弧堆焊鈷基合金（jīn）應在2 層以上, 方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（dù）,預先將焊絲（sī）點固（gù）成排狀, 平（píng）鋪在待堆焊表麵,用等離（lí）子弧將其熔化的一種堆焊方法, 亦稱為排絲等離子弧堆焊, 常用於堆焊鈷基合金（jīn）焊絲。送絲等離子弧堆焊比粉末等離子弧堆焊（hàn）的熔深淺, 單層（céng）堆焊稀釋率為5% ~ 15% 。欲獲得（dé）無稀（xī）釋率的表麵工作層需（xū）堆（duī）焊兩層以上, 經加工（gōng）後焊（hàn）層厚度為3~ 4mm ( 表3) 。

       3.5  氧-乙炔焰焊

       氧-乙炔（quē）焰焊火焰能率低, 因（yīn）而堆焊熔敷率低, 但其熔（róng）深淺, 單層（céng）堆焊稀釋為（wéi）1% ~ 10% 。對於堆焊（hàn）材料熔點低於基體材（cái）料熔點的堆焊則屬於釺焊（hàn）, 其稀釋率近似為零（líng）。氧-乙炔焰堆焊的填充材料有粉末和焊絲2 種, 以（yǐ）粉末作為填充材料需采用特殊的焊炬和自熔性（xìng）合（hé）金粉末, 一般單層堆焊厚度可達（dá）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（hàn）采用普通焊炬, 2.5~ 3 倍（bèi）的乙炔過剩火焰。堆焊單層, 堆焊金屬中的含（hán）鐵量即可滿（mǎn）足標準要求。但由於乙炔過剩火焰會在堆焊金（jīn）屬中產生增碳現（xiàn）象, 所以堆焊金屬中含碳量要求較嚴格的堆焊不宜采（cǎi）用。

       4  結論（lùn）

       閥門密封麵堆焊層厚度（dù）應根據堆焊材料（liào）和堆焊工藝（yì）合理確定。堆焊鐵基合金（jīn）材料, 宜采用（yòng）粉末等離子弧（hú）堆焊或埋弧自（zì）動堆焊（hàn）。這2 種（zhǒng）工藝方法都具有自動化（huà）程度高及生產效率高的優點, 隻需堆焊一層（céng）, 經加工後焊層2.0mm以上即可滿足使用性能。目前用（yòng）於埋弧（hú）自動堆焊材料（liào）的品種較少, 其應用範圍受到一定限製。堆焊鈷基合金（jīn）材料（liào）, 宜采用送絲等（děng）離子弧堆焊或鎢極氬弧堆焊（hàn）, 一般（bān）需堆焊兩層, 經加工（gōng）後焊層3~ 4mm, 即可滿足要求。氧-乙炔焰粉末堆焊( 亦稱噴焊) 是一（yī）種應用靈活（huó）, 節省材料的堆焊工藝方法。對DN ≤ 80mm 的（de）閥門密封麵堆焊尤為適（shì）用, 隻需堆焊一層, 經加工後0.5mm 以上即可滿足要求。手工電（diàn）弧（hú）堆焊應按照焊條說明（míng）書規定的要求確定堆焊層數和焊層的厚度。