平行閘板閥閥體與法蘭焊接工藝的改進

馬世輝，張春青 ，楊 軍

(1.承德石油高等專科學校，河北 承德 067000；2.承德江鉆石油有限責任公司，河北 承德 067000)

0 前言

石油礦場用采油（氣）井口裝置中最重要用量最多的是閘閥。平行閘板閥有較多的優越性，如在相同工況下開關力矩小，采用浮動閥座密封可靠且可防止雜質擦傷密封面拉毛，密封比壓隨工作壓力而變化，有自封性等，因而被廣泛采用。

1 問題提出

承德江鉆石油廠大量生產采油（氣）井口裝置中的平行閘板閥，材質為35CrMo，規格包括φ180×20、φ133×25、φ106×23，其閥體和法蘭采用焊條電弧焊焊接，為保證接頭良好的性能，采用嵌入式坡口，如圖1所示。這種坡口形式盡管能滿足生產需要，接頭組織和力學性能符合技術要求，但接頭坡口處圓弧加工困難，由于是焊條電弧焊焊接，裝配焊接工作量大，生產效率低下，且不可避免產生熔焊時熔池凝固過程中的裂紋、氣孔等缺陷。為此，一是考慮到平行閘板閥閥體和法蘭均為圓形截面，如圖2所示，尺寸規格不大，符合連續驅動摩擦焊構件要求的特點；二是考慮到連續驅動摩擦焊焊接接頭屬于固態焊接過程，接頭不存在金屬熔化，在合金中保持母材的冶金性能。因而，采用連續驅動摩擦焊焊接工藝完成平行閘板閥閥體和法蘭的焊接。

2 焊接工藝對比

焊條電弧焊焊接閥體和法蘭的主要工藝為：焊條 φ3.2，E8515-G，焊前 400 ℃，烘干 1～2 h；焊前法蘭在 350℃～400℃預熱2～3 h；打底焊焊接電流90～110 A，電壓 24～26 V；其余各層的焊接電流140～160 A，電壓 26～28 V；焊后按如圖 3所示的熱處理工藝進行消除應力處理。

圖1 閥體與法蘭焊條電弧焊接頭設計

圖2 閥體與法蘭摩擦焊接頭設計

圖3 閥體與法蘭焊條電弧焊熱處理規范

摩擦焊焊接閥體和法蘭主要工藝為：焊前，將閥體作為移動工件夾持于移動夾具，法蘭作為旋轉夾具夾持于旋轉夾具；焊接時旋轉工件在電機驅動下開始高速旋轉，移動工件在軸向力作用下逐步向旋轉工件靠攏，兩側工件接觸并壓緊后進入準摩擦階段。在此階段，摩擦壓力與轉速保持恒定。當摩擦焊焊接區的溫度分布、變形達到一定程度后，開始剎車制動并使軸向力迅速升高到達所設定的頂鍛壓力。在頂鍛過程中及頂鍛后保壓過程中，焊接區金屬通過相互擴散與再結晶完成整個焊接過程。三種規格的平行閘板閥焊接時的摩擦壓力、頂鍛壓力、頂鍛時間如表1所示。

表1 三種規格的平行閘板閥閥體與法蘭摩擦焊主要焊接參數

連續驅動摩擦焊焊接時，工件尺寸加工和組裝要求嚴格；接頭焊后產生飛濺，需機械去除。夾持部位要注意產生劃傷或夾持痕跡。焊接后采用高頻感應加熱器進行高頻退火消除應力處理，退火溫度為680℃～690℃，時間15 min。

摩擦焊焊接后接頭組織（索氏體）致密、晶粒細化，接頭質量高，再現性好，如圖4所示。在工藝試板上制取試件進行力學性能試驗，其結果證明焊縫力學性能合格（見表2）。

圖4 閥體與法蘭摩擦焊接頭索氏體組織

表2 平行閘板閥閥體與法蘭摩擦焊力學性能

3 結論

生產實踐證明，平行閘板閥閥體與法蘭采用連續驅動摩擦焊工藝，與焊條電弧焊工藝相比，避免了熔焊時熔池凝固過程中產生的裂紋、氣孔等缺陷；接頭坡口設計簡單、易加工；接頭組織致密、晶粒細化，質量高；改善了施焊者勞動條件，提高了生產效率。