全焊式球閥焊接變形量的測量及控制

2013-11-29 楊永良西安泵閥總廠有限公司

　　介紹了應(yīng)用網(wǎng)格法測量筒體試件焊接變形的測量過程和測量結(jié)果，以及測量結(jié)果在全焊式球閥閥體設(shè)計制造中的成功應(yīng)用。

1、概述

　　全焊式球閥的閥體焊接過程中，閥體將發(fā)生軸向和徑向變形，影響球體開啟力矩和密封效果。由于全焊式球閥的最后一道工序是焊接，這一變形無法消除，因此只能通過適當(dāng)?shù)臏y量方法，找出變形規(guī)律，合理確定支撐板的尺寸，保證支撐板與球體及閥座之間的配合間隙，從而既保證球閥焊接后的開啟自如，又保證球閥關(guān)閉時的密封性能。本著這一思路，我們對筒體試件焊接變形進(jìn)行了測定，并在產(chǎn)品生產(chǎn)中進(jìn)行了驗證。

2、變形量的測量

　　(1)測量方法采用靜態(tài)測量方法中的網(wǎng)格法——以網(wǎng)格形式確定各測量標(biāo)點，在焊接前后，測量標(biāo)距，其數(shù)值的相應(yīng)變化即為這個階段焊接引起的變形。

　　采用Φ681mm×Φ589mm×915mm的筒體試件，材料為A105，焊接坡口為帶襯底的U形坡口。在試件外圓、內(nèi)孔間隔一定距離車出測量槽，在試件外圓、內(nèi)孔軸線方向間隔一定距離劃出測量線，線與槽的交點作為測量標(biāo)點。焊接前后，測量各標(biāo)點之間的距離，即可反映試件焊接前后的軸向、徑向變形情況。圖1為試件外圓測量線展開圖，圖2為試件外圓測量槽分布，圖3為試件內(nèi)孔測量槽分布。

圖1 試件外圓測量線展開圖

圖2 試件外圓測量槽分布

圖3 試件內(nèi)孔測量槽分布

　　(2)焊接工藝過程將3件筒體試件點固后，安裝在滾輪架上。應(yīng)用游標(biāo)卡尺、外徑千分尺和內(nèi)徑千分尺進(jìn)行測量，得到焊接前的標(biāo)距數(shù)值后，采用細(xì)絲埋弧焊工藝進(jìn)行焊接。

　　焊絲為CHW-S3(GB/T5293H10Mn2)，Φ1.6mm;焊劑為CHF101;焊接電流240～280A，電弧電壓31～32V，焊接速度300～450mm/min。首道焊縫為平焊縫，然后焊接時偏左一層偏右一層交替焊接，焊至超出筒體2mm。焊接過程中要控制工件溫度(測溫筆測量)，每焊接2圈停下冷卻至150℃以下(空冷)。每一端焊縫共焊20道，每道的熔敷高度為2.2mm。焊后對各標(biāo)點間的距離再次進(jìn)行測定。

　　(3)測量結(jié)果焊接前、后的標(biāo)距數(shù)值如表1~表4所示。

表1 球閥焊接試件直徑方向變形測量記錄

表2 球閥焊接試件外部長度測量記錄

表3 球閥焊接試件內(nèi)部長度測量記錄

表4 球閥焊接試件坡口寬度測量記錄

　　對表1～表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，焊后試件外圓平均收縮0.26mm，內(nèi)孔平均收縮0.66mm，外部長度平均收縮2mm，內(nèi)部長度平均收縮0.56mm，坡口寬度平均收縮1.25mm�？梢姡负鬅o論試件外部還是內(nèi)部，長度還是直徑，都呈收縮態(tài)勢。直徑方向內(nèi)部收縮大于外部，長度方向外部收縮大于內(nèi)部。

3、產(chǎn)品的應(yīng)用驗證

　　(1)試制產(chǎn)品的應(yīng)用驗證由于筒體試件與全焊球閥產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式不完全一致，在24″DFS100試制產(chǎn)品焊接時，對閥體的焊接變形量進(jìn)行了測定，發(fā)現(xiàn)焊后閥體的軸向縮短0.8mm，連接體止口的徑向縮短0.6mm，與試件的測量結(jié)果一致。

　　根據(jù)測量結(jié)果，修理支撐板，保證內(nèi)側(cè)與球體的間隙為0.1mm，保證支撐板與連接體的間隙為0.3mm。

　　24″DFS100產(chǎn)品焊接前后進(jìn)行開啟扭矩測量。

　　設(shè)計要求：不帶壓閥桿扭矩<1855N·m。一端進(jìn)壓0.6MPa閥桿扭矩<3452N·m，一端進(jìn)壓10MPa閥桿扭矩<28899N·m。

　　實測數(shù)據(jù)：①組裝后，不帶壓檢測扭矩為616N·m;帶壓0.6MPa檢測扭矩為3695N·m;密封合格。②組焊3遍后，不帶壓檢測扭矩為985N·m;帶壓0.6MPa檢測扭矩為4310N·m;密封合格。③組焊成品后(單面)，不帶壓檢測扭矩為1231N·m;帶壓0.6MPa檢測扭矩為3695N·m;密封合格。④組焊另一面3遍后，不帶壓檢測扭矩為370N·m;帶壓0.6MPa檢測扭矩為3202N·m;密封合格。⑤組焊成品后，不帶壓檢測扭矩為1231N·m;帶壓0.6MPa檢測扭矩為3448N·m;密封合格;帶水壓10MPa(單面)檢測扭矩為18473N·m;密封合格。⑥中腔帶水壓10MPa檢測扭矩為17241N·m;密封合格。帶手動裝置檢測扭矩為9000N·m。

　　可見，焊接后的密封性能與開啟扭矩均達(dá)到了設(shè)計要求。

　　(2)28″DFS64產(chǎn)品的應(yīng)用驗證2010年6月，為中石化華北分公司生產(chǎn)1臺28″DFS64全焊式球閥，根據(jù)前期的焊接變形測量結(jié)果，合理給出支撐板與連接體、球體之間的配合公差，順利達(dá)到了預(yù)期的效果。