熱力熱水用的進(jìn)口全焊接球閥

品牌：美國威盾VTON

產(chǎn)品概述

進(jìn)口全焊接球閥閥體是由碳鋼無縫鋼管壓制成型整體式焊接球閥。由于閥座是由碳化特氟隆密封環(huán)及碟形彈簧構(gòu)成的，所以對壓力和溫度的變化適應(yīng)能力強(qiáng)，在標(biāo)注壓力和溫度范圍內(nèi)不會產(chǎn)生任何泄滑。

長輸管線是全球性的，是一條能源供給線，從北極圈到赤道，從高山到海底，從高原到沙漠，其間穿過地震帶、沼澤地、凍土層、江河、湖泊、山坡。有架設(shè)的，有直埋地下，在野外操作，維修困難，要求30年使用壽命。一般輸送原油、天然氣，雖經(jīng)處理但含硫，含鐵銹及金屬顆粒，且要求零級密封，實(shí)際的使用環(huán)境惡劣和能源供給線的重要性，對管線球閥提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求.因此，這種高要求的長輸管線閥門，一般采用進(jìn)口品牌的閥門，比較代表性和使用廣泛的美國威盾VTON 的進(jìn)口全焊接球閥 。

而進(jìn)口全焊接球閥 的焊接方案是非常重要的，所以，本文結(jié)合美國威盾VTON 的技術(shù)人員分析， 對全焊接球閥閥體及焊接材料、焊接方法、焊接結(jié)構(gòu)、焊接工藝及相關(guān)試驗(yàn)等方面進(jìn)行總結(jié)，為全焊接球閥的用戶使用提供參考。

公稱通徑：DN10-DN600
公稱壓力：1.6Mpa-4.0Mpa
適用溫度：-40℃～200℃
適用介質(zhì)：水、油、燃?xì)?/span>
閥體材質(zhì)：鑄鋼、碳鋼
連接方式：全焊接
傳動方式：手動，蝸輪

1. 閥體材料成分分析

全焊接球閥閥體材料通常采用碳素鋼或低合金鋼，如 ASTM A105、A694、A350、A516 等，其化學(xué)成分對焊接時(shí)結(jié)晶裂紋的形成有著重要影響。焊接時(shí)，焊縫中的 S、P 等雜質(zhì)在結(jié)晶過程中形成低熔點(diǎn)共晶。其中硫?qū)π纬山Y(jié)晶裂紋影響*，但其影響又與鋼中其他元素含最有關(guān)，如 Mn 與 S 結(jié)合成 MnS 而除硫，從而對 S 的有害作用起抑制作用。Mn 還能改善硫化物的性能、形態(tài)及其分布等。因此，為了防止產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，對焊縫金屬中的 Mn/S 值有一定要求。Mn/sS 值多大才有利干防止結(jié)晶裂紋，還與含碳量有關(guān)。含 C 量愈高，要求 Mn/S 值也愈高。Si、Ni 及雜質(zhì)的過多存在也會增加 S 的有害作用。

嚴(yán)格控制閥體材料采購時(shí)的化學(xué)成分，制定相關(guān)的材料采購標(biāo)準(zhǔn)，是有效避免進(jìn)口全焊接球閥 焊接時(shí)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的有效途徑之一。

2. 焊絲與焊劑選擇

（1）焊絲材料選擇 焊絲主要作為填充金屬，向焊縫添加合金元素，直接參與焊接過程中的冶金反應(yīng)，其化學(xué)成分和物理性能不僅影響焊接過程中的穩(wěn)定性、焊接接頭性能和質(zhì)量，同時(shí)還影響著焊接生產(chǎn)率。

焊絲材料的選擇主要根據(jù)閥體材料來進(jìn)行。對常用閥體材料，通常所選用的焊絲材料有碳素鋼焊絲如 H08MnA、低合金鋼焊絲如 H10Mn2。同時(shí)，焊絲直徑的選擇對焊縫形狀也有著較大影響，在焊接電流、電弧電壓、焊接速度一定時(shí)，焊縫熔深與焊絲直徑成反比，熔寬與焊絲直徑成正比。對于全焊接球閥常采用的埋弧自動焊，其焊絲直徑一般為 2.5~6mm。

（2）焊劑材料選 擇焊劑在焊接過程中起隔離空氣、保護(hù)焊縫金屬不受空氣浸害和參與熔池金屬冶金反應(yīng)的作用。當(dāng)焊絲確定后，配套用的焊劑則成為關(guān)鍵材料，它直接影響焊縫金屬的力學(xué)性能（特別是塑性及低溫韌性）、抗裂性能、焊接缺陷發(fā)生率及焊接生產(chǎn)率等。

這就要求焊劑必須具有良好的冶金性能和工藝性能；顆粒度符合要求（普通焊劑顆粒度為 0.45~2.50mm，0.45mm 以下的細(xì)粒不得大于 5%，2.50mm 以上的粗粒不得大于 2%；細(xì)顆粒度焊劑粒度為 0.28~1.425mm，0.28mm 以下的細(xì)粒不得大于 5%，1.425mm 以上的粗粒不得大于 2%）；含水量 w（H2O）≤0.10%；機(jī)械夾雜物的含量不得大于 0.30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；含硫磷量 w（S）≤0.060%，w（P）≤0.080%。

根據(jù)所選用焊絲材料，及閥體材料化學(xué)成分，焊劑多選用高硅型熔煉焊劑或高堿度燒結(jié)型焊劑。

 ①一體式全焊接球閥，不會有外部泄漏等現(xiàn)象；
②采用浮球結(jié)構(gòu)，斜面彈性墊圈保證密封圈緊壓在球體之上，即使在壓力不穩(wěn)定的情況下，閥門可以保證嚴(yán)密；
③由于閥體材料跟管道材質(zhì)一樣，不會出現(xiàn)應(yīng)力不均，也不會由于地震及車輛經(jīng)過地面時(shí)而產(chǎn)生變形，管道耐老化；
④密封環(huán)本體采用含量20%Carbon（碳素）的RPTFE材質(zhì)，保障完全無泄漏；
⑤直埋式全焊接球閥可以直接埋于地下，不用建高大型閥門井，只需在地面上設(shè)置小型淺井，大大節(jié)省施工費(fèi)用及工程時(shí)間；
⑥可根據(jù)管道的施工及設(shè)計(jì)要求，調(diào)整閥體的長短和閥桿的高度；
⑦球體的加工過程有先進(jìn)的計(jì)算機(jī)檢測儀跟蹤檢測，加工精密度非常精密，操作輕便；
⑧不需要維護(hù)，調(diào)整及潤滑，易于安裝，閥體不含沉重且不可靠的鑄件。

焊接坡口形式

全焊接球閥采用埋弧自動焊，配合以空冷或風(fēng)冷方式進(jìn)行焊接。

長輸管線球閥鍛鋼閥體壁厚通常在 40~50mm 以上，宜采用窄間隙坡口埋弧焊，坡口底層間隙為 8~35mm，坡口角度為 1°~7°，每層焊縫道數(shù)為 1~3，常采用工藝墊板打底焊。為使焊絲送達(dá)窄坡底層，需設(shè)計(jì)能插人坡口內(nèi)的專用窄焊嘴，焊絲向下伸長度常取 45~75mm，以獲得較高熔敷速率。焊接時(shí)采用專用焊劑，其顆粒度一般較細(xì)，脫渣性應(yīng)特好，并滿足高強(qiáng)韌性焊縫金屬性能。為保證焊絲和電弧在深而窄坡口內(nèi)的正確位置，必要時(shí)須采用自動跟蹤控制。

焊接過程及分析

1. 影響焊縫形狀、性能的因素

（1）焊接藝參數(shù)的影響

1）焊接電流。當(dāng)其他條件不變時(shí)，熔深與焊接電流變化成正比，電流小，熔深淺，余高和寬度不足；電流過大，熔深大，余高過大，易產(chǎn)生高溫裂紋。

2）電弧電壓。電弧電壓與電弧長度成正比，在相同的電弧電壓和焊接電流時(shí)，如果選用的焊劑不同，電弧空間電場強(qiáng)度不同，則電弧長度不同。當(dāng)其他條件不變時(shí)，電弧電壓低，熔深大，焊縫寬度窄，易產(chǎn)生熱裂紋；電弧電壓高時(shí)，焊縫寬度增加，余高不夠。埋弧焊的電弧電壓是依據(jù)焊接電流調(diào)整的，即一定焊接電流要保持一定的弧長才可能保證焊接電弧的穩(wěn)定燃燒，所以電弧電壓的變化范圍是有限的。

3）焊接速度。焊接速度對熔深和熔寬都有影響，通常情況下熔深和熔寬與焊接速度成反比。焊接速度對焊縫斷面形狀也有影響，一般焊接速度過小，熔化金屬量多，焊縫成形差；焊接速度較大時(shí)，熔化金屬量不足，容易產(chǎn)生咬邊。實(shí)際焊接時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，在提高焊接速度的同時(shí)必須加大電弧功率，才能保證焊縫質(zhì)量。

4）焊絲直徑。焊接電流、電弧電壓和焊接速度一定時(shí)，熔深與焊絲直徑成反比關(guān)系，但這種反比關(guān)系隨電流密度的增加而減弱。

（2）工藝條件對焊縫成形的影響

1）焊縫坡口形狀、間隙的影響。在其它條件相同時(shí)，增加坡口深度和寬度，焊縫熔深增加，熔寬略有減小，余高顯著減小。

2）焊劑堆高的影響。焊劑堆高應(yīng)保證在絲極周圍埋住電弧，一般在 25~40mm。當(dāng)使用黏結(jié)焊劑或燒結(jié)焊劑時(shí)，由干密度小，焊劑堆高比熔煉焊劑高出 20%~50%。焊劑堆高越大，焊縫余高越大，熔深越淺。

3）焊絲、焊嘴與工件傾角對焊縫成形也有較大的影響。在全焊接球閥焊接過程中，應(yīng)盡量保證焊嘴、焊絲垂直干工件表面。

2. 焊接及分析

焊接試驗(yàn)采用圓筒進(jìn)行，材料 A105。其主要目的是試驗(yàn)驗(yàn)證和確定閥體原材料、焊絲直徑、焊劑牌號，優(yōu)化焊接坡口結(jié)構(gòu)及焊接參數(shù)，預(yù)測和控制焊接時(shí)溫度變化、變形量和焊接殘留應(yīng)力，為全焊接球閥的生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。焊接試驗(yàn)系統(tǒng)由電流電壓測量系統(tǒng)、位移變形測量系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)三部分組成。

1）焊接時(shí)溫度側(cè)定。根據(jù)溫度測定的結(jié)果（如圖 1 所示），在球閥焊接時(shí)，控制層間溫度不超過閥座密封圈的安全使用溫度 150℃，不會對閥門密封性能造成影響。

距離焊縫中心 25mm 處的溫度變化曲線圖（圖 1）

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