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    阀门等离子堆焊机的技术发展情况
    阀门等离子堆焊机的技术发展情况

    阀门等离子堆焊机是解决阀门密封面耐磨、耐蚀、耐高温问题的专业化设备。众所周知,阀门内漏的主要原因是密封面的损坏,造成密封面损坏的原因很多,主要有机械原因和化学原因,其中磨粒磨损、冲击磨损、压力磨损为机械原因,腐蚀和气蚀磨损为化学原因。阀门密封面都要受到上述一种或两种以上的复合磨损。尤其是高端阀门,如高温高压电站阀、核工业阀门、长输管线阀门、井口阀、石油化工阀门等,其工况条件十分恶劣,有的工作压力高达42.0Mpa,有的工作温度高达540℃以上,有的要求开启10万次密封面不损坏,有的阀门要求使用30年密封面不泄漏,这样苛刻的要求,不是普通材料和一般工艺所能解决的。因此。一些工业发达国家在阀门密封面的堆焊材料、焊接工艺、焊接设备方面进行了大量的试验研究,其中等离子堆焊技术最为成功。

    一.等离子弧堆焊的特点与应用

    (1)等离子堆焊工艺具有母材冲淡率低,熔深小,堆焊层组织均一。

    (2)等离子堆焊工艺能达到高程度自动化,能用电脑精确控制。

    (3)堆焊材料的多样化,可以是合金棒,也可以是合金或金属陶瓷粉末.使用气或水雾化合金粉末,能使用无法加工成棒材或线材的超硬材料及复合粉末材料。

    (4)极高的利用率,在确定合理的粉末材料及工艺规范前提下,可达到95%以上的粉末利用率。

    (5)焊道平整光滑,成型规则,加工余量少,材料利用率高。

    (6)可调参数多,应用范围宽。可以实现从小功率微束等离子弧精细堆焊(焊道宽≤1mm)到大功率强等离子弧高速堆焊(一次成型,焊道宽≥50mm,焊厚≥4mm,熔敷率≥6kg/h)。

    不难看出,为什么一些先进工业国积极采用这种新技术,新工艺,国外生产的一些高端阀门普遍采用等离子堆焊工艺生产阀门密封面。

    二、国内等离子弧堆焊技术的发展与应用

    早在六五、七五期间,计划经济年代,我国紧跟国际先进技术的发展潮流,集中了国内的科技力量,由原第一机械工业部牵头,专门组织了阀门密封面的攻关试验,搞出了我国自主开发的等离子喷焊机,一定程度上解决了部分阀门密封面的质量问题。为我国新兴的石油、化工、电力工业的发展做出了重要贡献。由于国家大力推广这种新技术、新工艺、新材料,一些企业的阀门密封面采用了先进的等离子弧堆焊工艺,产品合格率迅速提高。

    一般来说,手工气焊和手工电焊堆焊阀门密封面这两种工艺方法,由于人员水平不一样,堆焊的质量也不相同,原国家定点生产阀门的骨干企业和现在一些新发展起来的大型私营企业,因拥有一批技术精练的焊工队伍,密封面的堆焊质量能达到相当水平,但对于绝大多数的中小型阀门制造企业来说,其密封面的手工堆焊质量却不容乐观。据一位参加“TS认证”的验收人员反映,很多中小型企业在阀门密封面的堆焊质量上难于过关!

    三、新型等离子堆焊设备

    值得庆幸的是,我国的等离子堆焊设备的研发一直没有停步。改革开放后,我国的一些科研机构的科研人员,直面旧体制的变化,克服科研经费不足的局面,他们自筹资金创办民营科技型企业,如我国热喷涂技术专家高荣发先生,从清华大学毕业后,承担国家重点科研课题,是我国第一代等离子弧堆焊设备的主要研制人,研制的等离子喷焊机曾获机械部科技进步奖一等奖,一九九二年,他带领几位研究生,创办了武汉高力热喷涂工程公司,对原有的等离子堆焊机进行不断改进,不断创新,推出一系列新型等离子堆焊机,达到了国际先进水平。其主要特点如下:开发出数控等离子堆焊机“专家系统”软件,并根据堆焊工件特点量身定制,研制出二十余款机型,涵盖了各种高端阀门密封面的堆焊,实现了复杂形状工件的多轴联动堆焊、大型工件大跨度长距离的自动堆焊、精细工件的微束防变形堆焊。为提高等离子堆焊技术水平,扩大应用范围,在等离子堆焊设备的研发上紧跟国际先进水平。在机型上进行系列化、标准化、模块化设计,在应用PLC及PC控制技术的基础上,由模拟量控制发展到全数字控制,使堆焊过程的控制更精细,参数更稳定,更具人性化。为适应不同应用范围的要求,开发了多功能多用型的设备,使用户有很宽的选择余地。为阀门行业不同的需求提供了高效节能的新设备。在关键部件的研发上,如焊枪、送料器等也不断改进完善,从而不断推陈出新。

    这种新型等离子堆焊设备更符合我国阀门行业的实际情况,例如:过去的喷枪由于型号单一,公称通径DN≤20mm的阀瓣无法堆焊,新的等离子弧设备解决了这一难题,从而为小口径高中压阀、调节阀、安全阀的阀门密封面制备创造了条件。大功率等离子弧设备能满足大口径DN3000mm阀门密封面的堆焊,熔敷率高达6kg/h,能与埋弧自动堆焊媲美。一次堆焊可控制宽度3-50mm,厚度0.25-4mm,这是其他堆焊方法难以实现的。还解决了长期困扰阀门行业的三偏心蝶阀密封面的全自动堆焊的课题,实现了球墨铸铁阀门密封面自动堆焊代替镶嵌钢圈的工艺,也解决了球墨蝶阀闸阀密封面自动焊铜合金的工艺,代替了耗能耗材的铜圈镶嵌工艺。最新推出的核级球阀密封面全自动堆焊机解决了核级球阀密封面全自动堆焊的难题,应用于核电、军工行业的高端阀门。目前该设备除供应阀门行业外,还广泛应用于汽车气门行业、石油石化行业、冶金轧辊等行业。

    四、结束语

    我国在等离子堆焊技术、设备的研发和应用上,总的来说,是紧跟世界先进技术发展的潮流的,虽然走过了一些弯路,但是总的情况还是进步的、成功的,相比较其他机械制造行业,没有低迷和低谷阶段。

    “十二五”期间及今后更长一段时期,我国的发展将在很大程度上依赖于科技进步,尤其是材料工业和重大装备制造业。比如发展干净能源的核电工业、影响国计民生的石油化工业、国家安全的宇航工业都离不开阀门制造业,都离不开高端阀门,这是一个有机的产业链。这为我们进一步开发高端阀门密封面等离子堆焊机提供了广阔的空间。

    参考文献

    高荣发.等离子弧堆焊技术及设备.2006中国国际阀门论坛论文集

    高清宝.阀门密封面自动堆焊用137号合金的研究.阀门1988-1

    高捷、胡远银.阀门密封面制造应用.阀门2006-1

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