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金屬硬密封球閥在石油、化工、冶金和城市建設中得到了普遍的運用。依據選用不一樣的材質,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。依據結構上的優(yōu)化設計,金屬硬密封球閥能夠實現無摩擦和低扭矩啟閉。在應用中,金屬硬密封球閥的主要失效形式是沖蝕磨損。
 
雖然,依據表層熱處理或堆焊硬質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的規(guī)定。如果運用超音速火焰噴涂技術處置球體,能在球體表層產生碳化物金屬陶瓷涂層,該涂層與基體結合強度可達70MPa,孔隙率<2%,具備均勻致密的結構,比較完整性的保持了硬質相WC的特性,硬度>1000HV,耐磨耐蝕性能好,有非常好的機械力學性能,能夠顯著改善球閥的性能指標。
 
超音速噴涂工作原理
 
超音速噴涂裝置(圖1)運用煤油為燃料,運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,液霧經火花塞點火燃燒后產生高溫高壓的燃氣,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,經射流加溫加速后從噴槍噴出,高速噴向工件表層沉積產生涂層。因為多功能超音速噴涂技術能夠應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持續(xù)可調節(jié)。
 
超音速噴涂技術工藝
噴涂前,工件務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的質量百分數Wt分別為88%和12%,燒結破碎法生產制造。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。因其結合力強,硬度高,涂層有完整性的耐磨顯微結構,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,而硬質相WC具備抵擋沖蝕粒子的功能,二者相互補充,所以涂層具備非常好的耐沖蝕磨損性能。
 
超音速噴涂技術運用
 
在石油、化工和焦化裝置中,因為管線溫度高,介質容易在閥門內腔和密封件表層粘附或結焦,普通硬密封球閥(圖3)經常會出現因球體表層結焦而密封不嚴甚至卡塞。因此,將閥座密封面結構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焦層,進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。閥座材質為F304,堆焊司太立硬質合金。應用發(fā)覺,在常溫狀態(tài),介質清潔的情況下,能確保安全可靠密封,當介質溫度升高到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。依據分析,改成運用超音速噴涂技術在球體表層噴涂WC-12Co,產生厚約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。
 
依據轉變噴涂工藝,使其涂層硬度為55~58HRC,使閥座密封面硬度與球體表層產生一些的硬度差。噴涂完成后,球體經金剛石磨具磨削,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。
 
運用特制的加熱設備,將閥門加熱至設計上限溫度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,在應用過程中即使溫度升高到設計上限的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。當閥座的刃口刮削球體表層的結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。
 
超音速噴涂技術運用在硬密封球閥中,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制造出滿足不一樣工況規(guī)定的金屬涂層。依據用戶反饋信息,應用超音速噴涂技術開展噴涂處置的硬密封球閥在水、蒸汽及油品等介質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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