进口蝶阀密封面修复的工艺探讨

        某炼油厂1.8×106t/a重催装置的4个意大利进口蝶阀阀座密封面出现泄露，需要立刻修复。其阀座基体为304L，规格分别为DN500和DN400，基体上面堆焊材质为司太立合金（stellite21）的密封面，操作介质为油浆及搀杂少量催化剂颗粒。蝶阀的密封面经过长期冲蚀，阀座密封面被严重冲蚀出沟痕，其中1个蝶阀阀座密封面的2侧有3/4圆周被冲蚀掉。如果整体更新该蝶阀，造价高且工期无法保证，为此决定采用堆焊方法对其密封面进行修复，而司太立合金焊接性能较差，且堆焊工艺复杂，如何正确选择堆焊工艺参数及规范是保证蝶阀阀座密封面质量的关键。
        1 司太立合金的特点
        司太立合金属硬质合金，以Co-Cr-W合金元素为主，其常温下力学性能：极限抗拉强度694MPa；0.1%屈服强度494MPa；延伸率9%；弹性模数207GMa，属低碳合金，并以钼、镍和铌等元素强化基体，它们的室温硬度虽低，但冷却后硬度略有提高，具有极其良好的耐高温腐蚀、耐热冲击、高温强度及最好的延展性能，可进行机械加工。
        2 焊接性能
        分析司太立合金金相组织为富铬（含镍、钼）在钴中固溶体，晶粒中弥散着少量细微的金属碳化物颗粒，由于其合金元素含量较高，该材料淬硬倾向很大，焊接性也较差。因此，焊接该合金时主要应防止焊后冷裂纹，而影响冷裂纹的3大因素是：（1）淬硬倾向大，有组织上的敏感性；（2）由于氢以饱和状态聚集残留于组织中并部分结合成氢分子，促使该区域进一步脆化；（3）由于焊后组织相变受周围金属的拘束而应力增大，当氢聚集处局部应力集中超过允许值时导致微裂并逐渐扩展成为冷裂纹。
        3 堆焊的工艺措施
        以DN500蝶阀阀座密封面修复堆焊为例进行分析。焊接方法选择手工钨极氩弧焊，焊丝为焊条D802的焊芯，规格Ф3.2mm。
        3.1 工艺措施及分析
        3.1.1 焊件表面清理的控制
        焊前彻底清理堆焊表面是获得优质焊接接头的重要措施之一。S、P、Pb、Sn等低熔点元素会促使高温合金焊缝形成热裂纹。另外，氧化物、油污等杂质也会增加热裂纹倾向。由于该蝶阀为旧阀，阀座密封面的油污较多，焊前先用蒸汽将阀座密封面的油污清除掉，然后再用毛刷沾丙酮擦拭堆焊部位的表面，尤其是冲蚀的沟槽内，使其露出金属光泽。
        3.1.2 预热温度的确定
        焊前预热温度是控制和防止司太立合金产生裂纹的有效途径。因该合金的淬硬倾向大，则预热温度也应较高，因此只有提高预热温度才可减少裂纹产生，其焊接工艺参数见表1。

        采用多层多道焊时，由于后层对前层既能起到消氢作用，又能改善前层焊缝的淬硬组织，因此预热温度可比单层时适当降低，但不能低于裂纹产生所必须的最小预热温度。焊前预热温度可选择在350～400℃，但最高不得超过450℃，否则将引起蝶阀阀座密封面基体材质304L的敏化效应，从而降低其基体的耐蚀性[2]。由于该蝶阀规格较大，其阀座密封面修复部位又很长，其预热方式采用箱式加热炉进行，该方法既可保证阀座整体预热温度的均匀性，又可以保证预热温度满足工艺要求。
        3.1.3 层间温度的控制
        由于该工件结构大，需严格控制层间温度。堆焊时，在箱式加热炉的台车上进行，并用手提式测温仪随时测量阀座密封面的温度，若温度低于350℃，立即进入炉内重新预热，待温度达到要求后再出炉堆焊。
        3.1.4 后期热处理
        由于该材质合金焊后淬硬倾向较大，为防止其冷裂纹的产生，因此，该蝶阀阀座密封面堆焊后立即进入炉内，并将炉温升至350～400℃，保温1h，随炉冷却至室温。
        4 结束语
        （1）蝶阀阀座密封面经堆焊修复后，经检验，符合JB4730-94，I级合格，其表面无裂纹，经最终密封面研磨后打压1次合格。
        （2）司太立合金堆焊的焊接性虽较差，但在合理、严格的工艺指导下，通过对焊件表面清理、焊前预热温度、层间温度、后热处理等堆焊工艺参数的控制，完全可以避免堆焊裂纹的产生，并获得优质焊缝。
        （3）司太立合蝶阀的成功修复，对于同类型的蝶阀密封面的修复提供有力的技术依据。
        参考文献：
        [1] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第二卷材料的焊接）［M］.北京：机械工业出版社，2003：24-27.
        [2] 张文钺.焊接冶金与金属焊接性［M］.北京：机械工业出版社，2002：42-46.