1 概述

      閥門密封麵的堆焊目的（de）是提高密（mì）封麵抗墊傷、劃傷（shāng）、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, 但有些材（cái）料不受熱處理狀態影響。由於各種堆焊工藝方法的特（tè）點不（bú）同, 亦產生不同的（de）稀釋率( 即母材對堆焊層金屬的稀釋作用) ,且不同的堆焊材料堆焊在不同的基體母材（cái）上,由稀釋（shì）率所產生的作（zuò）用（yòng）也不盡相同。欲獲得低稀釋率（lǜ）或無稀釋率的表麵工作（zuò）層, 則需根據堆焊材料和堆焊方（fāng）法, 合理地選擇堆焊層數和厚度。

      2 相關標準

      閥門密封麵（miàn）堆焊層厚度的確定一直為閥門設計製造人員所關（guān）注。采用多層堆焊可（kě）降低母材表麵工（gōng）作層的（de）稀釋率, 但（dàn）材料（liào）消耗增加, 而且（qiě）由於（yú）焊層的增高, 焊層裂紋傾向（xiàng）加（jiā）大, 需采取較為複（fù）雜的焊接工藝加以控製, 製造成本加（jiā）大。在滿（mǎn）足閥門密封麵使用性能（néng）的前（qián）提下, 盡量降低堆焊層厚度是閥門優化設計的目的之一, 各國均製定了相應（yīng）的標準。

      2.1  美國石油學會（huì）( API)

      API 600-1991 和API 6003 ( 第五（wǔ）版) -1991 等標（biāo）準中規（guī）定（dìng）, 堆焊製造的閥門密封麵,其堆焊層加（jiā）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 堆焊方法（fǎ） ( 推薦使用的) 規定了耐磨堆焊（hàn）層的（de）要求。

      a) 氧乙炔耐磨堆焊 必須（xū）使用滲碳火焰。火焰的外形（xíng）必（bì）須使長度約為焰芯寬（kuān）度的3 倍。

      當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（shǔ）中過度滲碳控製到最低限度。

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

      c) TIG 或等離子電弧耐（nài）磨堆焊（hàn）通常,保護氣體必須是適當純度的氬, 它也可以是經（jīng）過氫化處理的。采用的焊接技術必須使支撐母（mǔ）材有（yǒu）最小（xiǎo）的稀釋。

      2.3  國家標準( GB)

      GB 984-85 中指出, 熔敷（fū）金（jīn）屬的化學成分檢驗（yàn）和硬（yìng）度檢驗, 應在焊層厚度8mm 以上進行。即（jí）隻有按此方法檢驗, 方（fāng）能保證標準中所列各種堆焊焊條的堆焊金屬的化學成分（fèn）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（bì）須足以抵消母（mǔ）材稀釋作用的影響, 一般堆焊層數為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（yì）必須（xū）最大限度地減小母材的稀釋, 堆焊高（gāo）度必須足以抵消母材（cái）稀釋作用的影響, 加工後堆焊層厚度不小（xiǎo）於3mm;采用粉末等（děng）離（lí）子弧（hú）堆焊方法, 可實現單層堆焊, 也可雙層堆焊（hàn）, 加工後堆焊層厚度不小（xiǎo）於2.5mm。

       上述標準中, 從不同角度對閥門密封麵（miàn）堆焊層（céng）厚度進行規定。API 標準（zhǔn）中規定了堆焊層的最小厚度, 而堆焊層厚度的上限, 則應視實際產品的具體情況而確定。RCC-M 標（biāo）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與（yǔ）其相適應的（de）堆（duī）焊層高度的確定, 作了較為詳細的規定。

       3  堆焊方（fāng）法

       采用不同方法堆焊閥門密封麵, 其單層稀釋率為: 埋弧自動焊> 手工電弧焊（hàn）> 鎢極（jí）氬弧焊> 等離子弧焊> 氧-乙炔焰焊( 表1) 。

       3.1  埋弧自動焊

       埋弧（hú）自動堆焊（hàn）是一種熔敷率較高的堆焊工藝方法, 目前用於閥門密封麵（miàn）堆焊的僅有鐵基合金材料。一般采用（yòng）單層單道堆（duī）焊, 對於焊層要求較寬的則采用雙絲或帶（dài）極堆（duī）焊; 雖然埋弧自動堆焊的稀釋率較大, 但其堆焊金屬的合（hé）金一（yī）般均由藥芯焊絲過渡或（huò）者（zhě）焊劑過渡（dù）的（de）方法（fǎ）獲得, 在藥芯焊絲和過渡型焊劑的研製過程中充（chōng）分考慮了這一因素, 從而使單層堆焊的堆焊金屬合金成分達到設計（jì）要求。

       埋弧自動堆焊的單層厚度（dù）一般可達3~5mm。實驗表明, 從（cóng）焊層（céng）表層向下（xià）逐層( 每層0.5mm, 直至剩餘焊層0.5mm。) 車削金屬屑, 分析化學成分, 並檢測表麵硬度, 其結果基本相同( 表2) , 這是因為整體焊層處於同（tóng）一電弧冶金狀態所致。因此, 采用埋（mái）弧自動堆焊的方法堆焊閥門密封麵, 堆焊層可滿足（zú）API標準規定的經加工後焊層最小（xiǎo）厚（hòu）度1.6mm 的（de）要求, 實際產品（pǐn）中常根據閥門通（tōng）徑（jìng）大小, 其焊（hàn）層厚度選定為2~ 4mm。

       3.2  手工電弧焊

       手（shǒu）工（gōng）電弧焊堆（duī）焊閥門密封麵（miàn）是比較常用（yòng）的工（gōng）藝方（fāng）法, 其特點（diǎn）是設備和工藝簡單, 操作容易, 可根據需要靈活地選擇堆焊焊條。目前國內有鐵基和鈷（gǔ）基2 類合金（jīn）材料。

       手工（gōng）電弧焊的（de）熔深較大, 單層堆焊的稀釋率為（wéi）15% ~ 25%, 采用直流弧（hú）焊電源反極性接法或焊條擺動和長弧（hú）堆焊等操作手法可相對減小熔深, 降低稀釋率。要（yào）獲得無稀釋率的表麵工作層至少要堆（duī）焊4 層, 經（jīng）加工後焊層厚度（dù）6mm 以（yǐ）上。對有些藥皮過渡型（xíng）焊條( 鐵基) ,在焊條（tiáo）設計（jì）時考慮（lǜ）了母材的稀釋作用, 故堆焊2~ 3 層, 經加工後焊層厚度3mm 以上即可滿足其使用性（xìng）能。由於堆焊焊條的種類很多, 其特性不（bú）一, 因此應（yīng）根據其說明（míng）書的介紹合理確（què）定堆焊層厚度。

       3.3  鎢極氬弧焊

       鎢極氬弧堆（duī）焊是以焊絲作為填充材料的堆焊工（gōng）藝方法。由於其隻能采用固定的直流正極（jí）性接法, 理論（lùn）上講其熔深大於手工電弧焊（hàn）, 但由於手（shǒu）工操作送絲（sī）可適（shì）當控製熔深, 因此單層堆焊（hàn）可控製稀釋率為10%~ 20% 。

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

       3.4  等（děng）離子弧焊

       等離子弧是一種高效熱源, 其電（diàn）弧區溫度可達20 000K, 其（qí）平緩的弧外焰特性能獲得淺而均勻的熔深, 是（shì）堆焊的理想熱源（yuán）, 因而被（bèi）廣泛地用於閥門（mén）密封麵（miàn）的堆焊。

       用於閥門密封麵堆焊（hàn）的有粉末等離子弧堆焊和送絲等離（lí）子弧堆焊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（de）焊接設（shè）備（bèi）使堆焊過程（chéng）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, 雖然單（dān）層堆焊稀釋率為5% ~ 30% 。但在（zài）合金粉末製造時考慮了這一因（yīn）素, 使其性能（néng）符（fú）合設計要求（qiú）。由於是單層堆焊, 堆焊金屬處（chù）於同一電弧冶金條件, 實驗表明焊層0.5mm 與焊層（céng）2mm具有同樣的（de）性能。粉末等離子弧堆焊鈷（gǔ）基合金應在2 層以（yǐ）上, 方能使堆焊金屬中（zhōng）鐵含量達到標準要求。

       送（sòng）絲等離子弧堆焊（hàn）是根據堆焊麵的寬度,預先將焊絲點固（gù）成排狀, 平鋪（pù）在（zài）待堆焊表麵,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, 常用於堆（duī）焊鈷基合金焊絲。送（sòng）絲等離子弧堆焊比粉（fěn）末等離子弧堆焊的熔深淺, 單層堆焊稀（xī）釋率為5% ~ 15% 。欲獲（huò）得無稀釋率的表麵工作層需堆焊兩層以上, 經加工後焊層厚度為3~ 4mm ( 表3) 。

       3.5  氧-乙炔焰焊

       氧-乙炔焰焊火焰能率低, 因而堆焊熔敷（fū）率低, 但其熔深淺, 單層（céng）堆焊稀釋為1% ~ 10% 。對於堆焊材料熔點低於基體材料熔點的堆焊則屬於釺焊, 其稀釋率近似為零（líng）。氧-乙炔焰堆焊的填充材料（liào）有粉（fěn）末和焊（hàn）絲（sī）2 種, 以粉（fěn）末作為填（tián）充材料需采用特殊的焊炬（jù）和自熔性合金粉末（mò）, 一般單層堆焊厚度可達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) 的堆焊采用普通焊炬, 2.5~ 3 倍的（de）乙炔過剩火焰。堆焊單層, 堆焊金屬中的含鐵量（liàng）即可滿（mǎn）足標準要求。但由於乙炔過剩火焰會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格的堆焊不宜采用。

       4  結論

       閥門密封麵堆焊層厚度應根據堆焊材料和堆焊工藝合理確定。堆焊鐵基合金材料, 宜采用粉（fěn）末等離子弧堆焊或埋弧自（zì）動堆（duī）焊。這2 種工藝方法都具有自動化程度高及生產效（xiào）率高的優點（diǎn）, 隻需堆焊一（yī）層, 經加工後焊層2.0mm以上即可滿足使用性能。目前用（yòng）於埋弧自動堆焊材料的品種較少, 其應用範（fàn）圍受到一定限製。堆焊鈷基合金材料, 宜采用送絲等離（lí）子弧堆焊（hàn）或鎢極氬弧（hú）堆焊, 一般需堆焊兩層, 經加工後焊層3~ 4mm, 即可滿足（zú）要求。氧-乙（yǐ）炔（quē）焰粉末堆焊( 亦稱噴焊) 是一種應用靈活, 節省材（cái）料的堆焊工藝方法。對DN ≤ 80mm 的閥（fá）門密封麵堆焊尤為適用, 隻需（xū）堆焊一層, 經加工後0.5mm 以上即可滿足要求。手工電弧堆焊應（yīng）按照焊條說明書規定的要求確定（dìng）堆焊層數和焊層的厚度。