介紹了閥門鈷基硬質(zhì)合金堆焊的工藝過程、工藝參數(shù)和工藝標(biāo)準(zhǔn)。采用正交法分析了閥門密封面堆焊電流對堆焊層的稀釋率、堆焊層硬度及其影響堆焊層質(zhì)量的主要因素。通過試驗給出了合理的堆焊工藝和節(jié)約鈷基合金焊材的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用前景。

1、概述

　　鈷基硬質(zhì)合金材料是耐高溫耐腐蝕耐磨損的優(yōu)質(zhì)材料，特別是在熱態(tài)下具有優(yōu)越的耐擦傷性能，廣泛用于堆焊臨界或超臨界參數(shù)的蒸汽閥門密封面，以及使用條件比較惡劣，抗磨損、抗腐蝕性能要求較高的閥門密封面。以高壓截止閥為例，其閥瓣和閥座的密封面上可分別采用手工鎢極氬弧焊堆焊鈷基2# ( HS112) 和1# ( HS111) 硬質(zhì)合金焊絲。典型的鈷基合金焊絲標(biāo)準(zhǔn)為美國焊接學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)AWS A5.21。HS111 相當(dāng)于AWS 類別ER CoCr-A( 鈷基1# ) ，HS112 相當(dāng)于AWS 類別ER CoCr-B ( 鈷基2# ) ，其化學(xué)成分及根據(jù)閥門設(shè)計要求和焊絲產(chǎn)品推薦堆焊層硬度值如表1 所示。

2、問題提出

　　按文獻要求，當(dāng)閥瓣密封面堆焊硬質(zhì)合金時，加工后的堆焊層厚度應(yīng)當(dāng)不小于1.6mm，密封面硬度最小為350HB( 37HRC) ，閥座密封面和閥瓣密封面間不要求硬度差。所以，如果工藝合理，操作得當(dāng)，用HS111( ER CoCr-A) 堆焊，質(zhì)量應(yīng)是有保證的。

表1 鈷基堆焊焊絲的化學(xué)成分及硬度值

　　為了提高關(guān)閉件密封面抗高溫水蒸氣介質(zhì)高速沖蝕的能力，設(shè)計要求閥瓣和閥座密封面硬度分別為45 ～50HRC 和39 ～44HRC，最低硬度略高于標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)生產(chǎn)條件，選擇通過手工鎢極氬弧焊堆焊工藝，使堆焊表面獲得理想厚度的堆焊層，達到耐腐蝕和耐沖刷的目的。在實際生產(chǎn)中，時常出現(xiàn)氣孔等缺陷，尤其是硬度值不穩(wěn)定或偏低，甚至低于30HRC，造成大量返工。

3、正交試驗

　　正交試驗的目標(biāo)在對應(yīng)的焊接母材上，使用規(guī)定的焊接方法進行鈷基合金堆焊，找出或驗證影響堆焊硬度質(zhì)量的主要工藝因素，摸清堆焊規(guī)律，確定工藝參數(shù)，并制定出可行的工藝規(guī)程指導(dǎo)生產(chǎn)，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，滿足用戶需求。

　　3.1、方案

　　影響鉆基合金堆焊層硬度的因素主要包括堆焊方法、稀釋率、堆焊層厚度和母材材質(zhì)等，其硬度和稀釋率( 主要是指含鐵量) 有著密切的關(guān)系。堆焊鈷基硬質(zhì)合金成分是決定堆焊效果，尤其是硬度的主要因素。為了獲得預(yù)計的堆焊層化學(xué)成分，必須盡可能減少母材向焊層的熔入量，即降低稀釋率，是其工藝過程的關(guān)鍵。

　　根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格系列范圍，試驗選用DN50 的閥瓣尺寸。母材材料為1Cr13( 12Cr13) ，其成分、力學(xué)性能和熱處理制度符合GB /T 1220- 2007 的規(guī)定。焊接材料選擇鈷基2# - HS112( ER CoCr- B) 。焊接方法采用TIG 焊，手工送絲。

　　由于對不同焊絲是否能滿足產(chǎn)品設(shè)計和堆焊質(zhì)量要求尚有分歧，為了驗證不同鈷基焊絲能否達到所要求的堆焊硬度和質(zhì)量，因而選擇2 種焊絲為試驗品。試驗中，其焊絲類型編號設(shè)置為Y -2#和S -2#。根據(jù)對工藝參數(shù)的影響程度及對其控制的可能性，將工藝參數(shù)分成固定的與變化的兩類(表2) ，將變化因素納入正交表中進行試驗。

表2 影響合金堆焊質(zhì)量的工藝參數(shù)分類

　　正交試驗選用L8(41 × 24) 表進行，以減少試驗次數(shù)，而又不影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4、結(jié)語

　　鈷基硬質(zhì)合金氬弧堆焊過程中能單獨調(diào)整的工藝參數(shù)不多，試驗再次證明，加大堆焊電流無法控制熔池深度，從而也就無法控制稀釋率，無法保證堆焊層的化學(xué)成分，對堆焊質(zhì)量極為不利。在滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的前提下，根據(jù)試驗結(jié)果，設(shè)計調(diào)整產(chǎn)品密封件的密封面加工厚度要求和配對硬度值要求，堆焊加工后堆焊層厚度不小于2mm，閥座堆焊HS111( 硬度值不小于38HRC) ，閥瓣堆焊HS112( 硬度值不小于44HRC) 。工藝設(shè)計針對產(chǎn)品規(guī)格系列和材料，制定堆焊工藝規(guī)程。對于沒有硬度差要求的閥門密封副，在滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求最低硬度值的情況下，不指定具體堆焊鈷基合金牌號，可以使用或混用HS111( ER CoCr - A) 和HS112( ER CoCr - B) ，在標(biāo)準(zhǔn)要求的1. 6mm 最小堆焊層厚度上配對使用，達到標(biāo)準(zhǔn)要求的硬度值。