全焊式球閥焊接變形量的測量及控制

西安泵閥總廠有限公司 （陜西 710032） 楊永良 朱 廣 李六一

1.概述

全焊式球閥的閥體焊接過程中，閥體將發生軸向和徑向變形，影響球體開啟力矩和密封效果。由于全焊式球閥的最后一道工序是焊接，這一變形無法消除，因此只能通過適當的測量方法，找出變形規律，合理確定支撐板的尺寸，保證支撐板與球體及閥座之間的配合間隙，從而既保證球閥焊接后的開啟自如，又保證球閥關閉時的密封性能。本著這一思路，我們對筒體試件焊接變形進行了測定，并在產品生產中進行了驗證。

2.變形量的測量

（1）測量方法 采用靜態測量方法中的網格法——以網格形式確定各測量標點，在焊接前后，測量標距，其數值的相應變化即為這個階段焊接引起的變形。

采用φ681mm×φ589mm×915mm的筒體試件，材料為A105，焊接坡口為帶襯底的U形坡口。在試件外圓、內孔間隔一定距離車出測量槽，在試件外圓、內孔軸線方向間隔一定距離劃出測量線，線與槽的交點作為測量標點。焊接前后，測量各標點之間的距離，即可反映試件焊接前后的軸向、徑向變形情況。圖1為試件外圓測量線展開圖，圖2為試件外圓測量槽分布，圖3為試件內孔測量槽分布。

圖1 試件外圓測量線展開圖

圖2 試件外圓測量槽分布

圖3 試件內孔測量槽分布

（2）焊接工藝過程 將3件筒體試件點固后，安裝在滾輪架上。應用游標卡尺、外徑千分尺和內徑千分尺進行測量，得到焊接前的標距數值后，采用細絲埋弧焊工藝進行焊接。

焊絲為CHW－S3（GB/T5293 H10Mn2），φ1.6mm；焊劑為CHF101；焊接電流240～280A，電弧電壓31～32V，焊接速度300～450mm/min。首道焊縫為平焊縫，然后焊接時偏左一層偏右一層交替焊接，焊至超出筒體2mm。焊接過程中要控制工件溫度（測溫筆測量），每焊接2圈停下冷卻至150℃以下（空冷）。每一端焊縫共焊20道，每道的熔敷高度為2.2mm。焊后對各標點間的距離再次進行測定。

（3）測量結果 焊接前、后的標距數值如表1～表4所示。

表1 球閥焊接試件直徑方向變形測量記錄

表2 球閥焊接試件外部長度測量記錄

表3 球閥焊接試件內部長度測量記錄

表4 球閥焊接試件坡口寬度測量記錄

對表1～表4的數據進行分析，焊后試件外圓平均收縮0.26mm，內孔平均收縮0.66mm，外部長度平均收縮2mm，內部長度平均收縮0.56mm，坡口寬度平均收縮1.25mm。可見，焊后無論試件外部還是內部，長度還是直徑，都呈收縮態勢。直徑方向內部收縮大于外部，長度方向外部收縮大于內部。

3.產品的應用驗證

（1）試制產品的應用驗證 由于筒體試件與全焊球閥產品的結構形式不完全一致，在24″DFS100試制產品焊接時，對閥體的焊接變形量進行了測定，發現焊后閥體的軸向縮短0.8mm，連接體止口的徑向縮短0.6mm，與試件的測量結果一致。

根據測量結果，修理支撐板，保證內側與球體的間隙為0.1mm，保證支撐板與連接體的間隙為0.3mm。

24″DFS100產品焊接前后進行開啟扭矩測量。

設計要求：不帶壓閥桿扭矩＜1855N·m。一端進壓0.6MPa閥桿扭矩＜3452N·m，一端進壓10MPa閥桿扭矩＜28899N·m。

實測數據：①組裝后，不帶壓檢測扭矩為616N·m；帶壓0.6MPa檢測扭矩為3695N·m；密封合格。②組焊3遍后，不帶壓檢測扭矩為985N·m；帶壓0.6MPa檢測扭矩為4310N·m；密封合格。③組焊成品后（單面），不帶壓檢測扭矩為1231N·m；帶壓0.6MPa檢測扭矩為3695N·m；密封合格。④組焊另一面3遍后，不帶壓檢測扭矩為370N·m；帶壓0.6MPa檢測扭矩為3202N·m；密封合格。⑤組焊成品后，不帶壓檢測扭矩為1231N·m；帶壓0.6MPa檢測扭矩為3448N·m；密封合格；帶水壓10MPa（單面）檢測扭矩為18473N·m；密封合格。⑥中腔帶水壓10MPa檢測扭矩為17241N·m；密封合格。帶手動裝置檢測扭矩為9000N·m。

可見，焊接后的密封性能與開啟扭矩均達到了設計要求。

（2）28″DFS64產品的應用驗證 2010年6月，為中石化華北分公司生產1臺28″DFS64全焊式球閥，根據前期的焊接變形測量結果，合理給出支撐板與連接體、球體之間的配合公差，順利達到了預期的效果。

4.結語

通過對筒體試件焊接后的軸向、徑向變形量的測量，以及對測量結果的分析，合理地設計支撐板與連接體、球體之間的配合公差，保證了28″DFS64產品的順利出廠，并且為全焊式球閥系列產品的設計和制造提供了重要數據。