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超音速喷涂技术在金属硬密封球阀应用

金属硬密封球阀在石油、化工、冶金和城市建设中得到了普遍的运用。依据选用不一样的材质,金属硬密封球阀能够适合于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸和尿素等多种多样介质。依据结构上的优化设计,金属硬密封球阀能够实现无摩擦和低扭矩启闭。在应用中,金属硬密封球阀的主要失效形式是冲蚀磨损。
 
虽然,依据表层热处理或堆焊硬质合金等方法能提升金属硬密封球阀的使用寿命和耐擦伤性能,但依然不可以满足输送钢灰、煤粉、硅粉和氧化铝粉末等特殊介质的规定。如果运用超音速火焰喷涂技术处置球体,能在球体表层产生碳化物金属陶瓷涂层,该涂层与基体结合强度可达70MPa,孔隙率<2%,具备均匀致密的结构,比较完整性的保持了硬质相WC的特性,硬度>1000HV,耐磨耐蚀性能好,有非常好的机械力学性能,能够显著改善球阀的性能指标。
 
超音速喷涂工作原理
 
超音速喷涂装置(图1)运用煤油为燃料,运用氧气和压缩空气为助燃剂,控制装置将煤油和助燃剂以一些的压力和流量输送到喷枪,经高性能雾化喷嘴雾化混合成液雾后喷入喷枪燃烧室,液雾经火花塞点火燃烧后产生高温高压的燃气,拉伐尔喷枪将其加速到超音速。送粉系统将喷涂粉末从拉伐尔喷枪嘴的低压区送入超音速射流,经射流加温加速后从喷枪喷出,高速喷向工件表层沉积产生涂层。因为多功能超音速喷涂技术能够应用氧气和压缩空气两种助燃剂,与此同时具备HVOF和HVAF的功能,焰流的速度和温度在大的范围内持续可调节。
 
超音速喷涂技术工艺
 
喷涂前,工件务必通过表层清洁处置和喷砂粗化处置,通常喷涂材料为WC-12Co,WC与Co的质量百分数Wt分别为88%和12%,烧结破碎法生产制造。碳化钨在常温下硬度较高,特别是热硬度非常好,至1000°C其硬度下降也非常少(图2)。
 
依据对WC-12Co涂层和基体试样在30∀和90∀的冲蚀磨损实验对比,在30∀时为基体的4.5倍,在90∀时为基体的5.2倍。因其结合力强,硬度高,涂层有完整性的耐磨显微结构,因而抗冲蚀磨损性能较高。实验反映,WC-12Co涂层的冲蚀呈部分塑性冲蚀的特点。粘结相Co因为自身的塑性变形,能够吸收部分塑性冲蚀粒子的能量,而硬质相WC具备抵挡冲蚀粒子的功能,二者相互补充,所以涂层具备非常好的耐冲蚀磨损性能。
 
超音速喷涂技术运用
 
在石油、化工和焦化装置中,因为管线温度高,介质容易在阀门内腔和密封件表层粘附或结焦,普通硬密封球阀(图3)经常会出现因球体表层结焦而密封不严甚至卡塞。因此,将阀座密封面结构改成带有锋利刃口的刮刀形(图4),能够在阀门启闭过程中刮削掉球体表层的粘附物或结焦层,进而确保密封副的安全可靠密封。
 
刮刀式高温金属硬密封球阀
 
在试制过程中,球体选用F304锻件,表层氮化处理以提高硬度。阀座材质为F304,堆焊司太立硬质合金。应用发觉,在常温状态,介质清洁的情况下,能确保安全可靠密封,当介质温度升高到400!之上,因为司太立合金的热硬性不高,球体为表层氮化处理,耐磨性差,在刮削结焦物的与此同时,非常容易损坏阀座密封面和球体表层,故很难满足工况规定。依据分析,改成运用超音速喷涂技术在球体表层喷涂WC-12Co,产生厚约0.3mm的耐冲蚀磨损涂层,硬度60~62HRC。阀座密封面基体仍加工成刮刀形,在其表层也喷涂上0.3mm厚度的涂层。
 
依据转变喷涂工艺,使其涂层硬度为55~58HRC,使阀座密封面硬度与球体表层产生一些的硬度差。喷涂完成后,球体经金刚石磨具磨削,至表面粗糙度Ra0.8μm后,将阀座密封面与球体手工配研。配研材料选用加油酸调制的天然金刚石粉末(粒度1200目),研磨密封面表面粗糙度至Ra0.2μm后装配实验,在常温下密封安全可靠。
 
运用特制的加热设备,将阀门加热至设计上限温度540°c后,保温8h,操作测试,阀门启闭灵活,密封实验一切正常。通过反复多次实验后,球面无显著变动。因为超音速喷涂的WC-12Co涂层的热硬性和耐冲蚀磨损性能好,在应用过程中即使温度升高到设计上限的540°c之上,仍能保持非常好的耐冲蚀和耐擦伤性能,而且,刮刀表层硬度与球面之间具备约5HRC的硬度差。当阀座的刃口刮削球体表层的结焦物时并不会损坏球体表层和阀座密封面,能确保密封性能和使用寿命。
 
超音速喷涂技术运用在硬密封球阀中,大幅提高了阀门的适用范围和使用寿命。如选用司太立合金粉末等其他材料能够生产制造出满足不一样工况规定的金属涂层。依据用户反馈信息,应用超音速喷涂技术开展喷涂处置的硬密封球阀在水、蒸汽及油品等介质中使用寿命提升了约20倍,在煤粉、硅粉管线等冲蚀恶劣的工况下平均寿命也可以提升5倍之上。
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