一、問題的來龍去脈
截止閥的閥座通常是一圈司太立(Stellite 6)硬質(zhì)合金,通過對接或堆焊方式焊在閥體上。焊后常見“張嘴”——閥座橢圓度超差0.2 mm 以上,導(dǎo)致閥門關(guān)不嚴(yán)。根源是焊接熱循環(huán)讓閥體與堆焊層產(chǎn)生不均勻塑性收縮;而預(yù)熱溫度選錯(cuò),正是讓收縮失控的“第一推手”。
二、預(yù)熱到底在“預(yù)”什么
預(yù)熱不是簡單地把工件烤熱,而是通過提高初始溫度,降低焊縫與母材的溫度梯度,從而:
減小冷卻速度,避免馬氏體脆硬相;
讓母材先膨脹,抵消后續(xù)收縮;
延遲屈服,使應(yīng)力有時(shí)間重新分布。
對12CrMoV 閥體+Stellite 6 堆焊體系來說,預(yù)熱溫度窗口非常窄:低了變形大,高了晶粒粗化、硬度下降。
三、教科書公式 vs. 現(xiàn)場實(shí)測
通用碳當(dāng)量公式 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 給出理論預(yù)熱溫度:
T_pre = 350√(CE-0.25) °C
對典型12CrMoV(CE≈0.55)算得 T_pre≈200 °C。然而,現(xiàn)場跟蹤 80 臺(tái) DN100–DN300 截止閥發(fā)現(xiàn):
預(yù)熱 150 °C:焊后橢圓度 0.18–0.28 mm,二次機(jī)加率 100%;
預(yù)熱 200 °C:橢圓度 0.10–0.15 mm,機(jī)加率 60%;
預(yù)熱 250 °C:橢圓度 0.05–0.08 mm,機(jī)加率 10%;
預(yù)熱 300 °C:橢圓度雖降至 0.03 mm,但 Stellite 6 平均硬度由 42 HRC 掉到 36 HRC,耐磨壽命下降 20%。
結(jié)論是:200–250 °C 是兼顧變形與性能的最佳區(qū)間。
四、如何精準(zhǔn)控制 225 °C±15 °C
分區(qū)補(bǔ)償加熱:閥體厚壁區(qū)(>25 mm)采用履帶式陶瓷電加熱片,薄壁區(qū)采用柔性硅橡膠加熱毯,PID 閉環(huán)控溫,±10 °C。
測溫點(diǎn)布置:在閥座外圓 90° 均布 4 只 K 型熱電偶,取平均值。
層間溫度:保持 200–250 °C;若中斷焊接,立即用保溫棉包覆緩冷。
焊后消應(yīng)力:250 °C×2 h 局部回火,升溫/降溫速率 ≤50 °C/h,避免二次變形。
五、現(xiàn)場案例復(fù)盤
某石化 DN250 截止閥原工藝預(yù)熱 180 °C,焊后橢圓度 0.22 mm。將預(yù)熱提至 230 °C,焊道由 3 層改為 5 層以減少熱輸入,并增加對稱跳焊順序。結(jié)果橢圓度降至 0.06 mm,一次交驗(yàn)合格率由 75% 提升到 98%,單臺(tái)返修費(fèi)節(jié)約 1500 元。
六、一句話總結(jié)
焊接式截止閥的閥座變形,本質(zhì)是熱脹冷縮“節(jié)拍”沒踩準(zhǔn);把預(yù)熱溫度鎖定在 225 °C±15 °C,并用分區(qū)加熱和層間溫控“打節(jié)拍”,就能讓閥座既不變形又不掉硬度,閥門關(guān)得緊、用得久。