氣動高溫球閥常采用硬密封,而閥門金屬密封面常用材料有銅合金、鉻不銹鋼、鈷基硬質(zhì)合金等,也可以是經(jīng)過表面處理的本體材料。
(1)銅合金JB/T5300-2008《工業(yè)用閥門材料選用導(dǎo)則》中列入的銅合金密封面主要有鑄鋁黃銅(ZCu2n25Al6Fe3Mn3)、鑄鋁青銅(ZCuA19Mn2和ZCuAl9Fe4Ni4Mn2)、鑄錳黃銅(ZCu2n38Mn2Pb2)、黃銅(H62)等。銅合金在水或蒸汽中的耐腐蝕性和耐磨性好,但強(qiáng)度低,不耐氨和氨水腐蝕,適用介質(zhì)溫度≤250℃。
(2)鉻不銹鋼鉻不銹鋼有較好的耐腐蝕性,但耐擦傷性能較差,特別是在密封比壓較大時(shí)容易擦傷。鉻不銹鋼密封面有l(wèi)Cr13、2Cr13、3Cr13,可采用本體材料或堆焊。堆焊焊條化學(xué)成分相當(dāng)于12Cr13、20Cr13、30Cr13。
在閥門的制造和修復(fù)中,鉻不銹鋼焊條常用來堆焊工作溫度在450℃以下、工作壓力為1.6—16MPa、基體材料為鑄鋼的電站、石油化工閥門密封面。通常,閥體(閥座)宜采用12Cr13型堆焊焊條,閘板(閥瓣)采用硬度稍高的20Cr13型堆焊焊條。
(3)鈷基硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的特點(diǎn)是耐腐蝕、耐磨損、抗擦傷,特別是熱硬性好,即使在高溫下也能保持足夠的硬度。堆焊和熱噴涂是硬質(zhì)合金制備的最常用方法。
堆焊有鈷基合金堆焊和合金粉末等離子弧堆焊。合金粉末等離子弧堆焊和熱噴涂是閥門制造廠的一種代用工藝措施,本書不作詳述。
鈷基合金又稱司太立合金,是典型的閥門密封面堆焊材料。雖然鈷(Co)是較為貴重的金屬,但是由于它具有抗腐蝕、耐高溫等一系列優(yōu)良性能,在高溫高壓蒸汽閥門以及石油、化工等重化工行業(yè)應(yīng)用比較廣泛。
鈷基硬質(zhì)合金可采用氧乙炔焰堆焊、手工電弧堆焊、氬弧堆焊和等離子弧等工藝,在低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼和Cr13型不銹鋼及耐熱鋼上進(jìn)行堆焊。
①公稱直徑≤DN200的閥門優(yōu)先采用鎢極氬弧堆焊、氧乙炔焰堆焊。
②公稱直徑>DN200的閥門優(yōu)先采用等離子弧堆焊。
③上述工藝方法不能實(shí)施時(shí)(如閥體內(nèi)部堆焊),采用手工電弧焊。
氧乙炔焰、鎢極氬弧及等離子弧堆焊常用焊絲為HSlll(相當(dāng)于D802)、HS112(相當(dāng)于D812);手工電弧堆焊采用焊條為D802、D812。
鈷基合金是以Co為基體成分,加入Cr鎢(w)等元素組成合金。
(4)表面處理常用的表面處理方法有化學(xué)鍍鎳、鍍鉻、氮化等。
由于化學(xué)鍍鎳(ENP)具有抗沖刷、抗機(jī)械磨損、防腐、降低摩擦系數(shù)等特點(diǎn),在石油、天然氣的鉆采及集輸中的閥門廣泛應(yīng)用,如管線球閥的閥體、閥座、支撐板、閥桿,平板閘閥的閘板、閥座等。化學(xué)鍍鎳不需要外加電流,在金屬表面的催化作用下經(jīng)過化學(xué)還原法進(jìn)行金屬沉積。常用標(biāo)準(zhǔn)有ASTMB733鎳磷鍍層和GB/T13913-1992。閥門常用的化學(xué)鍍鎳的厚度有兩種:一種是0.05mm(0.002in);另一種是0.075mm(0.003in)。為提高鍍層的硬度,需根據(jù)不同的硬度要求,進(jìn)行200~400℃的熱處理。
(5)燒結(jié)硬質(zhì)合金燒結(jié)硬質(zhì)合金是用碳化鎢粉末和少量鈷以不同配比混合后燒結(jié)而成。在異??量痰墓r下,控制磨損問題。閥門中用碳化鎢來控制磨損的實(shí)例有:
①調(diào)節(jié)閥的閥瓣、閥桿和閥座;
②滑板閥的滑板和閥座;
③圓盤閥的閥瓣和閥座;
④整體碳化鎢球體、閥座、減摩墊等。
(5)陶瓷隨著高磨損、強(qiáng)腐蝕等嚴(yán)苛工況的不斷出現(xiàn),傳統(tǒng)的金屬閥門已經(jīng)不能滿足工況要求,陶瓷閥門與金屬材料相比,其最大的優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、耐腐蝕、耐磨損、密度小,因此陶瓷閥門具有如下卓越性能。
①耐磨損陶瓷的硬度是不銹鋼的5~15倍,耐磨性能非常卓越。
②耐腐蝕瓷對于大多數(shù)的酸堿物質(zhì)來說,其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,抗腐蝕性能非常好。
③耐高溫陶瓷的熔點(diǎn)很高,大多數(shù)在高溫下具有穩(wěn)定的力學(xué)性能。
由于陶瓷閥門具有上述諸多優(yōu)點(diǎn),廣泛運(yùn)用于電力行業(yè)、多晶硅、氣力除灰系統(tǒng)的粉煤灰輸送、冶金工業(yè)領(lǐng)域等。
陶瓷閥門常用的陶瓷有氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al203)、氮化硅(Si3N4)和碳化硅(SiC)四種。
陶瓷閥門類型有陶瓷控制閥、陶瓷球閥、陶瓷旋塞閥、陶瓷平板閥、陶瓷閘閥和陶瓷滑板閥等。根據(jù)耐腐蝕和耐磨損要求不同,有通道內(nèi)襯陶瓷,內(nèi)件全部采用陶瓷材料;也有通道不襯陶瓷,內(nèi)件部分采用陶瓷等。