1 概述

      閥門密封麵的堆（duī）焊目的是（shì）提高密封（fēng）麵抗墊傷、劃傷、耐腐蝕、耐（nài）磨損和耐衝蝕的性能。堆焊（hàn）材料的綜合使用（yòng）性能是由其金屬組織（zhī）結構, 即堆焊金（jīn）屬的化學成分和（hé）熱處理狀態所決定的（de）, 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（bú）同的稀（xī）釋率( 即母材（cái）對堆焊層金屬的稀釋作用) ,且（qiě）不同的堆（duī）焊材料堆焊在不同的基體（tǐ）母材上,由（yóu）稀釋率所（suǒ）產生的（de）作用也不盡（jìn）相同（tóng）。欲獲得（dé）低稀釋率或無（wú）稀釋率的（de）表麵工作層, 則需根據堆焊（hàn）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（fá）門密封麵堆焊（hàn）層厚度的確定一直為閥門設計製造人（rén）員所關注。采用多層（céng）堆焊可降低母材（cái）表麵工作層（céng）的稀釋率, 但材料消耗增（zēng）加, 而且由於焊層的增高, 焊層裂紋傾向（xiàng）加大, 需采取較為複（fù）雜的焊（hàn）接工藝加以控製, 製造成本加（jiā）大。在滿足閥門（mén）密封麵使用性能的前提下, 盡（jìn）量降低堆焊層厚度是閥（fá）門優（yōu）化（huà）設計的目的之一, 各國均製定了相應的標準。

      2.1  美（měi）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（miàn）,其堆焊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S8532 堆（duī）焊方（fāng）法 ( 推薦使用的) 規定了耐磨堆焊（hàn）層的要求。

      a) 氧乙（yǐ）炔耐磨（mó）堆焊 必須使用滲碳火焰。火焰（yàn）的外形必須使長度約為焰芯（xīn）寬度的3 倍。

      當（dāng）母材開始滲析和稀釋時, 必須對耐磨堆焊層進行覆蓋並將熔化金屬中過（guò）度滲碳（tàn）控製到最低（dī）限（xiàn）度。

      b) 藥（yào）皮焊條電弧耐磨堆焊 為（wéi）了抵消稀釋作用, 要求有足夠數量的堆（duī）焊層。長（zhǎng）弧施焊法可以減少母材的滲透稀釋作用。

      c) TIG 或等離子電弧耐磨堆焊通常,保護氣體必須是適當（dāng）純度的氬（yà）, 它也可以是經過氫化（huà）處理的。采用的焊接技術必須使支撐母（mǔ）材有最小的（de）稀釋。

      2.3  國家標準( GB)

      GB 984-85 中指出, 熔敷金屬的化（huà）學成分檢驗和（hé）硬度檢驗, 應在焊層（céng）厚（hòu）度8mm 以上進行。即隻有（yǒu）按此方法檢驗（yàn）, 方能保證標準中所列各種堆（duī）焊焊條的（de）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: 采用藥皮焊條電弧堆焊, 其堆焊層數必須足以（yǐ）抵消母材稀釋作用的影響, 一般堆焊層數為（wéi）3~ 4 層（céng）, 經加工後堆焊層厚度不小於4mm; 采用鎢極氬弧堆焊, 所采用的堆焊工藝必須最大限度地減小母材的稀釋, 堆焊高度（dù）必須足（zú）以抵消母材稀釋作用的影響, 加（jiā）工後堆焊層厚度不小於3mm;采用粉末等（děng）離子弧堆焊方法（fǎ）, 可實現單層堆焊, 也可雙層堆焊（hàn）, 加工後（hòu）堆焊層厚度不小於2.5mm。

       上述標準中, 從不（bú）同角度對閥門密封麵堆焊（hàn）層厚度進行規定（dìng）。API 標準中規定（dìng）了堆焊層（céng）的最小厚度, 而堆焊（hàn）層厚度的上限, 則應視（shì）實際產（chǎn）品的具體情況而（ér）確定。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（jí）與其相適應的堆（duī）焊層高度的（de）確定, 作了較為詳細（xì）的規定。

       3  堆焊方法

       采用不同方法堆焊（hàn）閥門密封麵, 其單層稀釋率為: 埋弧自動焊> 手工電弧焊> 鎢極（jí）氬弧（hú）焊> 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（shì）一種熔敷（fū）率較高（gāo）的堆焊工藝方法, 目（mù）前用於閥門密封麵堆焊（hàn）的僅有鐵（tiě）基合金材料。一般采用單層單道堆焊, 對於焊層要求較寬的則采用雙絲或帶極堆焊; 雖（suī）然埋弧自動堆焊的稀釋率較大, 但其堆焊（hàn）金屬的（de）合金一般均由藥芯焊絲（sī）過渡或者焊劑過（guò）渡的方法獲得, 在藥芯（xīn）焊絲和過渡型焊劑的研製過程中充分考慮了這（zhè）一因素, 從而使單層堆（duī）焊的堆焊（hàn）金屬合（hé）金成分達到設計要求。

       埋弧自（zì）動堆焊的單層厚（hòu）度一般可達3~5mm。實（shí）驗表明, 從（cóng）焊層表層向下逐層（céng）( 每層0.5mm, 直至剩餘焊層0.5mm。) 車削金（jīn）屬屑, 分析化學（xué）成分, 並檢測表麵（miàn）硬度, 其結果基本相同( 表2) , 這（zhè）是因為整體焊（hàn）層處於同一（yī）電弧冶金狀（zhuàng）態所致。因此, 采用埋弧自動堆焊的（de）方法堆焊閥門密封麵, 堆焊層可滿足API標準規定（dìng）的經加工後（hòu）焊層最小厚度1.6mm 的要求, 實際產品中常根據閥門通徑大小, 其焊層（céng）厚度選定（dìng）為2~ 4mm。

       3.2  手工電弧焊

       手（shǒu）工電弧焊堆焊閥門密封麵是比較常用的工藝方法, 其特點是設備和工藝簡單, 操作容易, 可根（gēn）據需（xū）要靈（líng）活地選擇堆焊（hàn）焊（hàn）條。目前國內有鐵基和（hé）鈷基2 類合金材（cái）料。

       手工電弧焊的熔深（shēn）較大, 單層（céng）堆焊的稀釋率為15% ~ 25%, 采用直流弧（hú）焊電源（yuán）反極（jí）性接法或焊條擺動和長弧堆焊等操作手法可（kě）相對減小熔深, 降低稀釋率。要獲（huò）得無稀釋率的表麵工作層至（zhì）少要堆焊4 層, 經加工後焊層厚度6mm 以上（shàng）。對有（yǒu）些藥皮過渡型焊條（tiáo）( 鐵基) ,在焊條設計（jì）時（shí）考慮了母材的稀釋作用, 故堆焊2~ 3 層（céng）, 經加（jiā）工後焊層厚度3mm 以（yǐ）上（shàng）即可滿足其使用性能。由於堆焊焊條的種類很多, 其（qí）特性不一, 因此應根據其說明書的（de）介紹合理確定堆焊層厚度。

       3.3  鎢極（jí）氬弧焊

       鎢極氬弧堆焊是（shì）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（zhí）流正極性接法（fǎ）, 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（dāng）控製熔深, 因此單層堆焊可控製稀釋率為10%~ 20% 。

       用於（yú）氬弧堆焊的焊絲有（yǒu）鈷基合金和鎳基合金, 這類（lèi）合金的堆焊金屬中對鐵含量要求比較嚴格（gé）( 一般為≤ 5% ) , 采用鎢極（jí）氬弧焊堆焊2~ 3 層, 控製焊（hàn）層（céng）的平整度, 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（zǐ）弧是一種高效（xiào）熱源, 其電（diàn）弧區溫度可（kě）達20 000K, 其平緩的弧外焰特性能獲得淺而均勻的熔深, 是堆焊的理想熱源, 因而被廣泛地用（yòng）於閥門密封麵的堆焊。

       用於閥門密封麵堆焊的（de）有粉末（mò）等（děng）離子弧堆焊和送絲（sī）等離子弧堆焊（hàn）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（bèi）使堆焊過程全（quán）部自動化。一般堆焊1層即可實現加工後焊層2mm 的厚度, 雖然（rán）單層（céng）堆焊稀釋（shì）率為（wéi）5% ~ 30% 。但在合金粉末製造時考慮了這一因素, 使其性能符合設計要求。由於是（shì）單層堆焊, 堆焊金（jīn）屬處於同一電弧冶金條件, 實驗表明（míng）焊（hàn）層0.5mm 與焊層2mm具有同樣的性能。粉（fěn）末等離子弧堆焊鈷基合金應在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,預先將焊絲點固成排狀, 平鋪在待堆焊表（biǎo）麵,用等離子弧將其熔化的一種堆焊方法, 亦稱為排絲等離子弧堆焊（hàn）, 常用於（yú）堆焊鈷基合金焊絲。送絲等離子弧堆焊比粉末等離子弧堆焊的熔深淺, 單層堆（duī）焊（hàn）稀（xī）釋率為5% ~ 15% 。欲獲（huò）得無稀釋率的表麵工作層需堆焊（hàn）兩層以（yǐ）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（huǒ）焰能率低, 因而堆焊熔敷率低, 但其熔深淺, 單層堆焊稀釋為1% ~ 10% 。對於堆焊材料熔點低於基體材料（liào）熔點的堆焊則屬於（yú）釺焊, 其稀釋率近似為零。氧-乙炔焰堆焊（hàn）的填充材料有粉末和焊絲（sī）2 種, 以粉末作為填充材（cái）料需采用特殊的焊炬和自熔性合（hé）金粉末, 一（yī）般單（dān）層堆焊厚度可達0.8~ 1.5mm, 經加工後厚度（dù）0.5mm 即可滿足要求。以焊絲作為填充材料（liào）( 鈷基合金) 的堆焊采用普通焊炬, 2.5~ 3 倍的乙（yǐ）炔（quē）過（guò）剩火焰。堆焊單層, 堆焊金屬中的含鐵量即可（kě）滿足標準要求。但由於乙炔過剩（shèng）火焰（yàn）會（huì）在堆焊金屬中產生增（zēng）碳現象, 所以堆焊金屬中含碳量要求較嚴（yán）格的堆焊不宜采用。

       4  結論

       閥門（mén）密封麵堆焊層厚（hòu）度應根據堆（duī）焊材料和堆焊工藝合理確定。堆焊鐵基合金材料, 宜采用粉末等離子弧堆焊（hàn）或（huò）埋弧自動堆焊。這2 種工藝方法都具有自（zì）動化程度高及生產效率高的優點, 隻需堆焊一層（céng）, 經加工（gōng）後焊層2.0mm以上即可滿足（zú）使（shǐ）用性能。目前用於埋弧自動堆焊材料的品種較少, 其應用範圍受到一定限製。堆焊（hàn）鈷基合金材料, 宜采用送絲等離子弧堆焊或鎢極氬弧堆焊, 一般需堆焊兩層（céng）, 經加工後焊（hàn）層3~ 4mm, 即可滿足要求。氧-乙（yǐ）炔焰粉末堆（duī）焊( 亦稱（chēng）噴焊) 是（shì）一種應用靈活, 節省材料的堆焊工藝方法。對DN ≤ 80mm 的（de）閥門密封麵堆焊（hàn）尤為（wéi）適用, 隻需（xū）堆焊一層, 經加工後0.5mm 以上即可滿足要求。手工（gōng）電弧堆焊應按照焊條說明書規定（dìng）的要求確定堆焊層數和焊層的厚度。