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[摘 要]本文介绍了采用闸板阀座堆焊技术来防止闸板变形的方法。
[关键词]闸板 裂纹 变形控制 堆焊
中图分类号：TG455 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0032-01
1.前言
在石油生产过程中，油气的管道输送需要大量阀门控制，油水井的生产也需要使用大量的阀门控制生产。阀门按结构特征，根据关闭件相对于阀座移动的方向可分：截门形、闸门形、旋塞和球形、旋启形、碟形和滑阀形。我单位的600型井口闸板阀门在生产中大量使用。在使用过程中，600型井口闸板阀门的闸板和阀座密封面由于受到井内液体的腐蚀和在开关过程中被高压液体流冲刷，造成闸板和闸板座上出现沟槽的现象，致使阀门不能控制油气流，或者由于闸板挂钩腐蚀严重，出现脱钩现象。
为了降低经济成本，企业需要对损坏的阀门进行维修，我单位在工作中总结出，在闸板阀门维修时对闸板和阀座进行堆焊，然后进行车削研磨，再进行组装，达到了阀门重新安全使用的目的。在堆焊过程中，必须采用合理的焊接参数和防变形措施，是消除焊接时闸板产生裂纹、控制阀座变形，保证焊接质量的重要手段。
几乎任何一种焊接方法都可以用于堆焊。目前最常用手工电弧堆焊，难点是温度梯度大，焊层和热影响区易开裂，但生产率相对较高，对焊工的操作技能要求也较低，目前应用较普遍。根据具体情况，采用手工电弧堆焊来修复闸板阀门。
2.操作步骤
2.1清洗
把需要修理的600型井口阀门进行拆解，取出闸板阀座，闸板阀座从阀门上拆卸下来带有大量的泥沙和油污，用蒸汽进行冲洗，去掉上面的泥沙和油污，然后用汽油擦洗干净。对闸板阀座的密封面进行人工检查，对闸板表面有腐蚀坑、裂纹和冲刷沟槽的闸板阀座挑选出来。闸板表面的腐蚀坑和裂纹用磨光机打磨清除干净，对小而深的沟槽要用磨光机打磨扩大其坡口面积，防止堆焊时产生夹渣现象。
2.2焊接材料的选择
根据600型井口阀门闸板的材质，选用D516MA焊条。这种焊条是低氢钾型药皮的高铬锰钢堆焊焊条，在堆焊层金属具有良好的耐磨、耐热、耐蚀以及抗热裂性能，焊接工艺简单，堆焊层可进行切削加工。需注意的是：焊前焊条须经300-350烘焙1小时；焊前应将焊件上的油污及杂质等清理干净。尽可能采用直流电源，电流不易过大。
堆焊层硬度（焊后空冷）：HRC38-48
2.3闸板堆焊产生裂纹原因措施及操作
2.3.1闸板堆焊产生裂纹原因
焊接裂纹分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。易出现再热裂纹的钢种较少，热裂纹产生的主要原因：一是某些杂质元素与金属及其合金元素形成低熔点共晶，这些共晶体聚积在晶界上，不能承受力量，又破坏了晶粒之间的联系而形成热裂纹。二是线膨胀系数大的母材焊接时受热膨胀体积增大，晶间结合力减弱，在焊接应力作用下也易产生热裂纹。
冷裂纹产生的主要原因：一是钢中含有磷杂质以Fe2P和Fe3P的形式存在，Fe3P能与铁形成低熔点共晶，聚集于晶界削弱晶粒间的结合力，使钢在常温或低温时变脆，造成冷裂。二是焊接过程中由于化学反应，空气或水的分解等原因，焊缝中溶解一定量的氢，氢能向焊缝缺陷处流动富集形成氢脆，甚至形成“氢致延迟裂纹”，这是冷裂纹中最严重也是最危险的问题。三是焊缝中存在氮、氧原子或化合物也能使金属变脆，引起冷裂纹。四是淬火倾向大的钢或厚板钢性大的焊件由于没有采取预热或暖冷的措施，冷却速度快，造成较大的内应力和焊接残余应力，这个应力超过了材料所能承受的力就会产生裂纹。另外，焊件定位焊缝过于薄弱，在焊接过程中开裂，而焊缝焊接时没有消除定位焊缝的裂纹，这也是裂纹源。
在对600型井口阀门闸板实施堆焊过程中，闸板容易产生裂纹，闸板堆焊产生的裂纹主要是冷裂纹。
2.3.2防止裂纹产生的措施：（1）严格控制母材和焊材中有害杂质的含量。（2）对因线膨胀系数大易产生焊接热裂纹的材料，焊接时采用小规范不摆动焊接，减少热量输入。（3）采用低氢、超低氢焊接材料或工艺措施，降低焊缝氢量，必要的焊后马上进行消氢处理。（4）焊前对待焊处及两恻进行认真清理，焊接时对熔池采取良好的保护措施。（5）对易淬火钢和钢性大的构件，焊前预热，焊时保温，焊后暖冷，必要的采取焊后消除焊接残余应力的相应处理。
2.3.3具体操作：把闸板平放固定好，用直流反接。为了避免出现裂纹，采用小的焊接热输入，用小电流快焊速焊接，用氧乙炔火焰对闸板进行加热，加热到200℃进行焊接。先从密封面的一面外圈开始分4段焊接，焊完1/4圈后，用小锤锤击焊道表面消除应力避免出现裂纹，然后从对称位置焊1/4圈，用小锤锤击焊道表面消除应力。用同样方法焊下2个1/4圈，焊剩焊完第一圈后清理干净焊渣，焊第二圈焊道，在堆焊第二条焊道时，必须熔化第一条焊道的1/3—1/2宽度，防止产生夹渣和未焊透等缺陷，然后焊下一道焊道，直到整个密封面堆满。之后清理焊渣，对堆焊闸板的尺寸进行度量，如果尺寸达不到技术要求，需要对闸板进行第二层堆焊。第二层焊道方向要垂直于第一层焊道方向，每焊完一段焊道都要锤击焊道表面，用来消除焊接应力，避免出现裂纹。第二层焊完后要进行保温处理，把闸板放在保温炉内缓慢冷却，24小时后取出，进行车削，然后研磨组装。如果闸板二面都有缺陷需要焊接的，应先焊好一面，保温冷却，进行车削后，用同样的方法，再焊另外一面，最后研磨组装对阀门进行密封实验。
2.4阀座堆焊变形的产生原因、控制方法、具体操作
2.4.1变形的产生原因：600型井口阀门阀座是一个宽20mm，厚4-5mm，直径80mm的钢环，焊接时，不均匀的加热，使得焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，其温度还是室内温度。这样，不受热的冷金属部分便阻碍了焊缝及近缝区金属的膨胀和收缩。因而，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力，就造成了焊接结构的各种变形。金属内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形。這是产生焊接应力与变形的根本原因。
2.4.2控制焊件变形的方法：可以采用co2气体保护焊，效果会好的多，也可以采用以下几种方法：一是合理的焊接顺序。二是合理的焊接方向。三是反变形法来。四是刚性固定法。五是散热法和自重法。六是机械矫正法。七是火焰矫正法。八是锤击法。根据600型井口阀门阀座的特点，采用了合理的焊接顺序、预热、锤击焊道表面的方法控制焊件的裂纹和变形。
2.4.3具体操作：由于600型井口阀门阀座焊接时非常容易出现扭曲变形，采用先对阀座进行加热，然后选用直径3.2焊条，焊接电流调至80A进行焊接。首先焊阀座的1/4圈，清渣后，用小锤锤击焊道表面，消除焊接应力，然后在对称的1/4圈处进行焊接，再用小锤锤击焊道表面用，用同样方法焊余下的2个1/4圈。焊接时焊条快速焊接，减小焊接热输入。堆焊之后用氧乙炔火焰对阀座加热进行消氢处理，保温缓慢冷却后，对阀座进行车削加工。最后，研磨组装对阀门进行水力压力试验，检查闸板和阀座之间的密封性。
3.结论
600型井口阀门的阀座、闸板由于采用对称焊接，小电流快焊速、减小焊接热输入及用小锤锤击焊道表面等有效的防变形防裂纹措施，严格执行焊接规范。修复后的闸板阀座经过车削研磨，均能组装到阀门主体上，并能正常安全使用达到了修旧利废的目的。
[关键词]闸板 裂纹 变形控制 堆焊
中图分类号：TG455 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0032-01
1.前言
在石油生产过程中，油气的管道输送需要大量阀门控制，油水井的生产也需要使用大量的阀门控制生产。阀门按结构特征，根据关闭件相对于阀座移动的方向可分：截门形、闸门形、旋塞和球形、旋启形、碟形和滑阀形。我单位的600型井口闸板阀门在生产中大量使用。在使用过程中，600型井口闸板阀门的闸板和阀座密封面由于受到井内液体的腐蚀和在开关过程中被高压液体流冲刷，造成闸板和闸板座上出现沟槽的现象，致使阀门不能控制油气流，或者由于闸板挂钩腐蚀严重，出现脱钩现象。
为了降低经济成本，企业需要对损坏的阀门进行维修，我单位在工作中总结出，在闸板阀门维修时对闸板和阀座进行堆焊，然后进行车削研磨，再进行组装，达到了阀门重新安全使用的目的。在堆焊过程中，必须采用合理的焊接参数和防变形措施，是消除焊接时闸板产生裂纹、控制阀座变形，保证焊接质量的重要手段。
几乎任何一种焊接方法都可以用于堆焊。目前最常用手工电弧堆焊，难点是温度梯度大，焊层和热影响区易开裂，但生产率相对较高，对焊工的操作技能要求也较低，目前应用较普遍。根据具体情况，采用手工电弧堆焊来修复闸板阀门。
2.操作步骤
2.1清洗
把需要修理的600型井口阀门进行拆解，取出闸板阀座，闸板阀座从阀门上拆卸下来带有大量的泥沙和油污，用蒸汽进行冲洗，去掉上面的泥沙和油污，然后用汽油擦洗干净。对闸板阀座的密封面进行人工检查，对闸板表面有腐蚀坑、裂纹和冲刷沟槽的闸板阀座挑选出来。闸板表面的腐蚀坑和裂纹用磨光机打磨清除干净，对小而深的沟槽要用磨光机打磨扩大其坡口面积，防止堆焊时产生夹渣现象。
2.2焊接材料的选择
根据600型井口阀门闸板的材质，选用D516MA焊条。这种焊条是低氢钾型药皮的高铬锰钢堆焊焊条，在堆焊层金属具有良好的耐磨、耐热、耐蚀以及抗热裂性能，焊接工艺简单，堆焊层可进行切削加工。需注意的是：焊前焊条须经300-350烘焙1小时；焊前应将焊件上的油污及杂质等清理干净。尽可能采用直流电源，电流不易过大。
堆焊层硬度（焊后空冷）：HRC38-48
2.3闸板堆焊产生裂纹原因措施及操作
2.3.1闸板堆焊产生裂纹原因
焊接裂纹分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。易出现再热裂纹的钢种较少，热裂纹产生的主要原因：一是某些杂质元素与金属及其合金元素形成低熔点共晶，这些共晶体聚积在晶界上，不能承受力量，又破坏了晶粒之间的联系而形成热裂纹。二是线膨胀系数大的母材焊接时受热膨胀体积增大，晶间结合力减弱，在焊接应力作用下也易产生热裂纹。
冷裂纹产生的主要原因：一是钢中含有磷杂质以Fe2P和Fe3P的形式存在，Fe3P能与铁形成低熔点共晶，聚集于晶界削弱晶粒间的结合力，使钢在常温或低温时变脆，造成冷裂。二是焊接过程中由于化学反应，空气或水的分解等原因，焊缝中溶解一定量的氢，氢能向焊缝缺陷处流动富集形成氢脆，甚至形成“氢致延迟裂纹”，这是冷裂纹中最严重也是最危险的问题。三是焊缝中存在氮、氧原子或化合物也能使金属变脆，引起冷裂纹。四是淬火倾向大的钢或厚板钢性大的焊件由于没有采取预热或暖冷的措施，冷却速度快，造成较大的内应力和焊接残余应力，这个应力超过了材料所能承受的力就会产生裂纹。另外，焊件定位焊缝过于薄弱，在焊接过程中开裂，而焊缝焊接时没有消除定位焊缝的裂纹，这也是裂纹源。
在对600型井口阀门闸板实施堆焊过程中，闸板容易产生裂纹，闸板堆焊产生的裂纹主要是冷裂纹。
2.3.2防止裂纹产生的措施：（1）严格控制母材和焊材中有害杂质的含量。（2）对因线膨胀系数大易产生焊接热裂纹的材料，焊接时采用小规范不摆动焊接，减少热量输入。（3）采用低氢、超低氢焊接材料或工艺措施，降低焊缝氢量，必要的焊后马上进行消氢处理。（4）焊前对待焊处及两恻进行认真清理，焊接时对熔池采取良好的保护措施。（5）对易淬火钢和钢性大的构件，焊前预热，焊时保温，焊后暖冷，必要的采取焊后消除焊接残余应力的相应处理。
2.3.3具体操作：把闸板平放固定好，用直流反接。为了避免出现裂纹，采用小的焊接热输入，用小电流快焊速焊接，用氧乙炔火焰对闸板进行加热，加热到200℃进行焊接。先从密封面的一面外圈开始分4段焊接，焊完1/4圈后，用小锤锤击焊道表面消除应力避免出现裂纹，然后从对称位置焊1/4圈，用小锤锤击焊道表面消除应力。用同样方法焊下2个1/4圈，焊剩焊完第一圈后清理干净焊渣，焊第二圈焊道，在堆焊第二条焊道时，必须熔化第一条焊道的1/3—1/2宽度，防止产生夹渣和未焊透等缺陷，然后焊下一道焊道，直到整个密封面堆满。之后清理焊渣，对堆焊闸板的尺寸进行度量，如果尺寸达不到技术要求，需要对闸板进行第二层堆焊。第二层焊道方向要垂直于第一层焊道方向，每焊完一段焊道都要锤击焊道表面，用来消除焊接应力，避免出现裂纹。第二层焊完后要进行保温处理，把闸板放在保温炉内缓慢冷却，24小时后取出，进行车削，然后研磨组装。如果闸板二面都有缺陷需要焊接的，应先焊好一面，保温冷却，进行车削后，用同样的方法，再焊另外一面，最后研磨组装对阀门进行密封实验。
2.4阀座堆焊变形的产生原因、控制方法、具体操作
2.4.1变形的产生原因：600型井口阀门阀座是一个宽20mm，厚4-5mm，直径80mm的钢环，焊接时，不均匀的加热，使得焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，其温度还是室内温度。这样，不受热的冷金属部分便阻碍了焊缝及近缝区金属的膨胀和收缩。因而，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力，就造成了焊接结构的各种变形。金属内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形。這是产生焊接应力与变形的根本原因。
2.4.2控制焊件变形的方法：可以采用co2气体保护焊，效果会好的多，也可以采用以下几种方法：一是合理的焊接顺序。二是合理的焊接方向。三是反变形法来。四是刚性固定法。五是散热法和自重法。六是机械矫正法。七是火焰矫正法。八是锤击法。根据600型井口阀门阀座的特点，采用了合理的焊接顺序、预热、锤击焊道表面的方法控制焊件的裂纹和变形。
2.4.3具体操作：由于600型井口阀门阀座焊接时非常容易出现扭曲变形，采用先对阀座进行加热，然后选用直径3.2焊条，焊接电流调至80A进行焊接。首先焊阀座的1/4圈，清渣后，用小锤锤击焊道表面，消除焊接应力，然后在对称的1/4圈处进行焊接，再用小锤锤击焊道表面用，用同样方法焊余下的2个1/4圈。焊接时焊条快速焊接，减小焊接热输入。堆焊之后用氧乙炔火焰对阀座加热进行消氢处理，保温缓慢冷却后，对阀座进行车削加工。最后，研磨组装对阀门进行水力压力试验，检查闸板和阀座之间的密封性。
3.结论
600型井口阀门的阀座、闸板由于采用对称焊接，小电流快焊速、减小焊接热输入及用小锤锤击焊道表面等有效的防变形防裂纹措施，严格执行焊接规范。修复后的闸板阀座经过车削研磨，均能组装到阀门主体上，并能正常安全使用达到了修旧利废的目的。