沖鍛焊閥門焊接成形工藝及缺陷處理研究

滕加莊　姜峰

摘 要：閥門在化工、電力、醫藥等行業中應用很廣，種類繁多，常見的閥門均采用鑄造的方法制造，但由于鑄造過程中不可避免的要產生一定的缺陷，所以影響了閥門的使用壽命。該文中介紹了一種新型的沖鍛焊閥門，對沖鍛焊閥門焊接的一般工藝進行了研究，分析了此閥門和鑄造閥門相比較所具有的優勢，此外還分析了閥門在制造過程中焊接應力產生的原因以及焊接應力對閥門本身質量的影響，并采取一定的措施對閥門的缺陷進行處理，從而提高了沖鍛焊閥門的整體性能。

關鍵詞：沖鍛焊 閥門 應力 缺陷

中圖分類號：TG404 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0097-02

閥門的種類繁多，在化工、電力、冶金、醫藥等行業廣泛應用，閥門常采用鑄造的方法來制造，制造工藝也有很大的區別，該文主要介紹了一種新型的沖鍛焊閥門，如圖1、圖2所示，并研究了閥門在焊接成型過程中的缺陷及處理。

1 沖鍛焊閥門一般工藝

（1）沖壓鍛造成型。

采用Q235碳鋼管進行精確切割下料，然后沖壓鍛造，獲得所需要的閥體結構，如圖3所示。

（2）組對焊接。

組對焊接：組對焊接共分為6個部分，閥體（圖3）和兩側需要焊接的接管（圖4）以及3個法蘭盤。

焊接順序：首先將沖鍛成型的閥體備料進行焊接，然后焊接閥體與兩個接管，最后焊接三個法蘭盤。

焊接要求：閥門都是起到截止的作用，所以要考慮密封性，因此焊接閥門大多數都采用堆焊的方式來增強密封面[1]。為了提高閥門的耐磨性能，除了采用合理的焊接方法外，還要選擇合適的焊接工藝來降低成本從而獲得優良的綜合性能。

焊接前應清除焊件表面上的油污和氧化層等，表面不允許有任何缺陷。堆焊前工件一般不必進行預熱，但焊條需要在300～350℃下進行烘焙。堆焊工件表面應保持水平位置，堆焊層為3層左右，滿足加工后堆焊層保持5 mm高度和對其化學成分及硬度要求[2]。

焊接方法：目前閥門的焊接方法很多，常用的有氬弧焊，手工電弧焊，埋弧焊，氧乙炔焊等。

（3）沖鍛焊閥門的優勢。

常見的閥門均為鑄造，沖鍛焊閥門是使用管料經下料、沖壓鍛造和焊接后獲得到的，與鑄造閥門比較來說，具有制造成本低，生產效率高，產品質量輕，強度高，并在同工況下鍛造閥門比鑄造閥門平均使用壽命長等優點。從而提高閥門的制造效率、制造質量，降低制造成本、檢驗成本。

2 焊接缺陷及處理

（1）焊接缺陷。

無論采用何種焊接方法，焊后構件總是存在焊接殘余應力，由于焊接零件受到熱影響區的影響，所以容易產生裂紋（如圖6所示）。此外焊接過程中如果控制不到位，也容易產生氣孔、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷。上述焊接缺陷的存在會直接影響焊接閥門的承載能力和使用壽命。

通過對焊縫區域進行金相分析，可以得到圖5所示的金相圖。同時我們對焊縫進行了硬度測試，得到表1的結果。

通過對金相組織觀察和硬度分析，認為產生裂紋的主要原因是焊接熱影響區內存在殘余奧氏體組織。存在殘余奧氏體組織的原因是焊縫冷卻速度較快造成的。隨著溫度的快速冷卻，焊縫、熱影響粗晶粒區的奧氏體來不及轉化為馬氏體，而以殘余奧氏體的形態存在于焊縫及熱影響粗晶粒區中[3]，使整個焊縫影響區的組織發生了一定的變化。

由于上述焊縫影響區組織的變化，導致焊縫和近縫區存在殘余拉應力，兩側則存在與其平衡的壓應力[4]。焊接殘余應力的存在會引起焊后熱裂紋和冷裂紋；會促使接觸腐蝕介質的結構在使用時容易發生應力腐蝕；會降低結構的承載能力；在結構應力集中部位，存在拉伸殘余應力，降低結構使用壽命；有較大的焊接殘余應力的結構，在長期使用中，由于殘余應力松弛，衰減，會產生一定程度的變形[5]。

（2）焊接缺陷處理。

①熱處理。

閥門焊接后，會存在各種各樣的缺陷，尤其要避免焊后由于應力過大造成裂紋的出現，因此對焊件要進行高溫回火處理。采用電加熱方式對焊縫區域進行局部焊后熱處理，焊接后加熱至600～650℃，維持1 h[6]，然后保溫緩冷。使焊縫、熱影響粗晶粒區的殘余奧氏體進一步減少，使閥門基本上無氧化脫碳，組織性能均勻，工藝可控性與穩定性較好。從而減小殘余內應力，控制閥門變形量，提高閥門整體性能。通過對焊縫區域進行局部熱處理后發現，焊接閥門焊縫區域的裂紋得到了很好的控制。

②補焊。

對于已經出現裂紋的閥體，則采用補焊的方式進行修補。由于沖鍛焊閥門選材是采用無縫碳鋼管進行切割、沖壓、焊接而成的，所以補焊所選用焊條為506焊條，使焊縫金屬在滿足強度要求的條件下，塑性和韌性得到提高。在焊接修復過程中需進行適當的焊前預熱以及焊后熱處理等措施來降低補焊后產生的焊接冷裂紋[7]。除此之外，要認真清理挖凈所有裂紋以及其它污物。避免清理不凈產生二次裂紋的現象，補焊完成后要對焊縫區域進行局部熱處理。

3 結語

（1）采用鋼板和鋼管沖鍛焊接閥門取代鑄造閥門，不僅節約原材料，而且還可以延長使用壽命；

（2）通過對焊縫區域的分析發現，焊接熱影響區的殘余奧氏體是使焊接閥門產生裂紋的主要原因；

（3）通過對閥門焊縫區域進行局部熱處理可以使閥門的良品率得到很大的提升，使閥門的性能得到保障。

參考文獻

[1] 曹志明，徐維普.閥門等離子堆焊材料及工藝[C].“十二五”堆焊、熱噴涂及表面工程技術發展前瞻學術會議.2011.

[2] 李潔雅，倪德續，昌友平.閥門手工堆焊工藝[J].焊接，2003（9）：44.

[3] 黎陳濤，呂良勇，周燁斌.閥門焊接熱影響區殘余奧氏體產生原因分析[J].焊接技術，2012，41（10）：51-53.

[4] 中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊[M].北京：機械工業出版社，2001.