金屬硬密封球閥在石油、化工、冶金和城市建設(shè)中得到了普遍的運(yùn)用。依據(jù)選用不一樣的材質(zhì),金屬硬密封球閥能夠適合于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸和尿素等多種多樣介質(zhì)。依據(jù)結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計,金屬硬密封球閥能夠?qū)崿F(xiàn)無摩擦和低扭矩啟閉。在應(yīng)用中,金屬硬密封球閥的主要失效形式是沖蝕磨損。
 
雖然,依據(jù)表層熱處理或堆焊硬質(zhì)合金等方法能提升金屬硬密封球閥的使用壽命和耐擦傷性能,但依然不可以滿足輸送鋼灰、煤粉、硅粉和氧化鋁粉末等特殊介質(zhì)的規(guī)定。如果運(yùn)用超音速火焰噴涂技術(shù)處置球體,能在球體表層產(chǎn)生碳化物金屬陶瓷涂層,該涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)70MPa,孔隙率<2%,具備均勻致密的結(jié)構(gòu),比較完整性的保持了硬質(zhì)相WC的特性,硬度>1000HV,耐磨耐蝕性能好,有非常好的機(jī)械力學(xué)性能,能夠顯著改善球閥的性能指標(biāo)。
 
超音速噴涂工作原理
 
超音速噴涂裝置(圖1)運(yùn)用煤油為燃料,運(yùn)用氧氣和壓縮空氣為助燃劑,控制裝置將煤油和助燃劑以一些的壓力和流量輸送到噴槍,經(jīng)高性能霧化噴嘴霧化混合成液霧后噴入噴槍燃燒室,液霧經(jīng)火花塞點火燃燒后產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?拉伐爾噴槍將其加速到超音速。送粉系統(tǒng)將噴涂粉末從拉伐爾噴槍嘴的低壓區(qū)送入超音速射流,經(jīng)射流加溫加速后從噴槍噴出,高速噴向工件表層沉積產(chǎn)生涂層。因為多功能超音速噴涂技術(shù)能夠應(yīng)用氧氣和壓縮空氣兩種助燃劑,與此同時具備HVOF和HVAF的功能,焰流的速度和溫度在大的范圍內(nèi)持續(xù)可調(diào)節(jié)。
 
超音速噴涂技術(shù)工藝
噴涂前,工件務(wù)必通過表層清潔處置和噴砂粗化處置,通常噴涂材料為WC-12Co,WC與Co的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)Wt分別為88%和12%,燒結(jié)破碎法生產(chǎn)制造。碳化鎢在常溫下硬度較高,特別是熱硬度非常好,至1000°C其硬度下降也非常少。
 
依據(jù)對WC-12Co涂層和基體試樣在30?和90?的沖蝕磨損實驗對比,在30?時為基體的4.5倍,在90?時為基體的5.2倍。因其結(jié)合力強(qiáng),硬度高,涂層有完整性的耐磨顯微結(jié)構(gòu),因而抗沖蝕磨損性能較高。實驗反映,WC-12Co涂層的沖蝕呈部分塑性沖蝕的特點。粘結(jié)相Co因為自身的塑性變形,能夠吸收部分塑性沖蝕粒子的能量,而硬質(zhì)相WC具備抵擋沖蝕粒子的功能,二者相互補(bǔ)充,所以涂層具備非常好的耐沖蝕磨損性能。
 
超音速噴涂技術(shù)運(yùn)用
 
在石油、化工和焦化裝置中,因為管線溫度高,介質(zhì)容易在閥門內(nèi)腔和密封件表層粘附或結(jié)焦,普通硬密封球閥(圖3)經(jīng)常會出現(xiàn)因球體表層結(jié)焦而密封不嚴(yán)甚至卡塞。因此,將閥座密封面結(jié)構(gòu)改成帶有鋒利刃口的刮刀形(圖4),能夠在閥門啟閉過程中刮削掉球體表層的粘附物或結(jié)焦層,進(jìn)而確保密封副的安全可靠密封。
 
刮刀式高溫金屬硬密封球閥
 
在試制過程中,球體選用F304鍛件,表層氮化處理以提高硬度。閥座材質(zhì)為F304,堆焊司太立硬質(zhì)合金。應(yīng)用發(fā)覺,在常溫狀態(tài),介質(zhì)清潔的情況下,能確保安全可靠密封,當(dāng)介質(zhì)溫度升高到400!之上,因為司太立合金的熱硬性不高,球體為表層氮化處理,耐磨性差,在刮削結(jié)焦物的與此同時,非常容易損壞閥座密封面和球體表層,故很難滿足工況規(guī)定。依據(jù)分析,改成運(yùn)用超音速噴涂技術(shù)在球體表層噴涂WC-12Co,產(chǎn)生厚約0.3mm的耐沖蝕磨損涂層,硬度60~62HRC。閥座密封面基體仍加工成刮刀形,在其表層也噴涂上0.3mm厚度的涂層。
 
依據(jù)轉(zhuǎn)變噴涂工藝,使其涂層硬度為55~58HRC,使閥座密封面硬度與球體表層產(chǎn)生一些的硬度差。噴涂完成后,球體經(jīng)金剛石磨具磨削,至表面粗糙度Ra0.8μm后,將閥座密封面與球體手工配研。配研材料選用加油酸調(diào)制的天然金剛石粉末(粒度1200目),研磨密封面表面粗糙度至Ra0.2μm后裝配實驗,在常溫下密封安全可靠。
 
運(yùn)用特制的加熱設(shè)備,將閥門加熱至設(shè)計上限溫度540°c后,保溫8h,操作測試,閥門啟閉靈活,密封實驗一切正常。通過反復(fù)多次實驗后,球面無顯著變動。因為超音速噴涂的WC-12Co涂層的熱硬性和耐沖蝕磨損性能好,在應(yīng)用過程中即使溫度升高到設(shè)計上限的540°c之上,仍能保持非常好的耐沖蝕和耐擦傷性能,而且,刮刀表層硬度與球面之間具備約5HRC的硬度差。當(dāng)閥座的刃口刮削球體表層的結(jié)焦物時并不會損壞球體表層和閥座密封面,能確保密封性能和使用壽命。
 
超音速噴涂技術(shù)運(yùn)用在硬密封球閥中,大幅提高了閥門的適用范圍和使用壽命。如選用司太立合金粉末等其他材料能夠生產(chǎn)制造出滿足不一樣工況規(guī)定的金屬涂層。依據(jù)用戶反饋信息,應(yīng)用超音速噴涂技術(shù)開展噴涂處置的硬密封球閥在水、蒸汽及油品等介質(zhì)中使用壽命提升了約20倍,在煤粉、硅粉管線等沖蝕惡劣的工況下平均壽命也可以提升5倍之上。
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