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調節閥內部閥芯閥座密封材質選擇

作者:濟圣閥門 日期:2018-04-26 點擊:1373

閥座(Seat) 

閥座也稱作閥座環(seat ring),裝配在閥體上,用于提供閥關閉狀態時完全嚙合的密封面。閥座密封面一般都作堆焊或涂復鈷鉻鎢等硬質合金加硬處理。

閥座有螺紋式和壓緊式之分。螺紋式結構簡捷,用螺紋擰入閥體,但需要使用專用工具和按廠家規定的扭力矩??紤]到螺紋有隙連接的密封問題,傳統方式是加座環密封平墊片,有的廠家不采用墊片密封而是座環上部外斜面與閥體實現金屬-金屬密封。

壓緊式結構又稱作快換式閥內件(quick-change trim),閥座便于拆卸,附加有壓緊套筒等部件,利用上閥蓋施加壓緊力。傳統設計是使用座環墊片密封,為了彌補墊片密封不足,有的廠家采用墊片和座環下部外斜面與閥體金屬密封的方法。

閥芯閥座密封和泄漏率 

密封和泄漏是控制閥的重要指標,緊密關閉和低泄漏率是控制閥功能安全的要求。

密封與閥芯閥座的對準和接觸及載荷有關,還與閥內件結構設計和金屬精加工有關。閥芯閥座密封面一般都作堆焊或涂復鎢鉻鈷(司太萊合金)等硬質合金加硬處理,抗重載接觸和防沖刷磨損,提高泄漏等級。

泄漏是根據密封設計、參數和試驗得出的泄漏量,標準化組織都規定有泄漏等級和嚴格的試驗程序。各國基本上是執行IEC 標準,國標《工業過程控制閥 第4 部分:檢驗和例行檢查》GB/T 17213.4-2005就等同于IEC 60534-41999;德國DIN EN 1349 即等同歐洲標準也基本同于IEC 60534-4。

閥芯密封一般有:金屬密封、經研磨的金屬密封、彈性(軟)密封。

金屬密封將閥芯斜面和閥座接合面設計為不同角度,通常是閥芯密封的斜面角度為30°、閥座密封接合面角度為45°,金屬-金屬密封的泄漏等級可達(≤10-4Kv);經研磨的金屬密封的泄漏等級可達(≤1.8×10-7×△p×D)。

軟密封一般選用有彈性的聚四氟乙烯PTFE 作密封材料,嵌入在閥芯或閥座上,其泄漏等級可達(≤3×10-3×△p×泄漏率系數)。

對于平衡型閥芯,其泄漏等級依選用密封環材料而有所不同,加石墨密封環的可達(≤10-3Kv),加PTFE 密封環的可達(≤10-4Kv)。

 閥門密封面的工作條件

由于閥門用途十分廣泛,因此閥門密封面的工作條件差異很大。壓力可以從真空到超高壓,溫度可以從-269816℃,有些工作溫度可達1200℃。工作介質從非腐蝕介質到各種酸堿、等強腐蝕性介質。從密封面的受力情況來看它受擠壓、剪切。從磨擦學的角度來看有磨粒磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損、沖蝕等等。因此,應該根據不同的工作條件選擇相適應的密封面材料。

磨粒磨損:這是粗糙的硬表面在軟表面上滑動時出現的磨損。硬材料壓入較軟的材料表面,在接觸表面就會劃出一條微小的溝槽,此溝槽所脫落的材料以碎屑或疏松粒子的形式被推離物體的表面。

腐蝕磨損:金屬表面腐蝕時產生一層氧化物,這層氧化物通常覆蓋在受到腐蝕作用的部位上,這樣就能減慢對金屬的進一步腐蝕。但是,如果發生滑動的話,就會清除掉表面的氧化物,使裸露出來的金屬表面受到進一步的腐蝕。

表面疲勞磨損:反復循環加載和卸載會使表面或表面下層產生疲勞裂紋,在表面形成碎片和凹坑,最終導致表面的破壞。

沖蝕:材料損環是由銳利的粒子沖撞物體而產生的。它與磨粒磨損相似,但表面很粗糙。

擦傷:擦傷是指密封面相對運動的過程中,材料因摩擦引起的破壞。

 對密封面材料的要求 

理想的密封面要耐腐蝕、抗擦傷、耐沖蝕、有足夠的擠壓強度、在高溫下有足夠的抗氧化性和抗熱疲勞性,密封面材料與本體有相近似的線膨脹系數,有良好的焊接性能,加工性能。

上述的這些要求是理想狀態,不可能有這樣十全十美的材料,因此,選材是要視具體情況解決主要矛盾。

常用密封面材料分為兩大類,軟質材料和硬質材料。

軟質材料為各種橡膠、尼龍、氟塑料等。

序號

   

代 號

適用溫度℃

適 用 介 質

1

天然橡膠

NR

85

鹽類、鹽酸、金屬的涂層溶液、水、濕氯氣

2

氯丁橡膠

CR

85

動物油、植物油無機潤滑油、及PH值變化很大的腐蝕性泥漿等。

3

丁基橡膠

IIR

100

抗腐蝕、抗磨損、能耐絕大多數無機酸和酸液

4

丁腈橡膠

NBR

85

水、油品、廢液等

5

乙丙橡膠

(三元乙丙橡膠)

EPDM

EPM

120

鹽水、40%硼水、5%15%硝酸及氯化鈉等

6

氯磺化聚乙烯合成橡膠

CSM

100

耐酸性好

7

硅橡膠

SI

200

耐高溫、低溫、電絕緣性好、化學惰性大

8

氟橡膠

FPMViton

200

耐介質腐蝕優于其它橡膠、抗輻射、耐酸

9

聚四氟乙烯

PTFE

TFE

150

耐熱、耐寒性優,耐一般化學藥品溶劑和幾乎所有液體

10

聚全氟乙丙烯

FEP

F46

150

高溫下有極好的耐化學性,耐陽光,耐侯性

11

可熔性聚四氟乙烯

PFA

Fs-4100

180

多種濃度硫酸,氫氟酸王水,高溫濃硝酸各種有機酸,強堿等。

12

對位聚苯


300

基本同聚四氟乙烯

13

尼龍(聚酰氨)


80

耐堿、氨

硬質材料的密封面主要是各種金屬如銅合金、不銹鋼、硬質合金等。

1)銅合金

JB/T 5300《通用閥門材料》中規定的灰鑄鐵閥、可鍛鑄鐵閥,球墨鑄鋼閥的銅合金密封面材料牌號有:鑄鋁黃銅ZCuZn25Al6Fe3Mn3,鑄錳黃銅ZCuZn38Mn2Pb2,鑄鋁青銅ZCuAl9Mn2、ZuAl9Fe4Ni4Mn2。當然還有其它牌號如H62、巴氏合金(ZChPbSb16-16-2鉛銻軸承合金)等。銅合金在水或蒸汽中的耐腐蝕性和耐磨性都較好,但強度低,不耐氨和氨水腐蝕,適用介質溫度≤250℃。但巴氏合金耐氨及氨水腐蝕、熔點低,強度低適用于溫度≤70℃PN1.6MPa氨閥。

2)鉻不銹鋼

鉻不銹鋼有較好的耐腐蝕性,常用于水、蒸汽、油品等非腐蝕性介質,溫度≤425℃的碳素鋼閥門。但耐擦性能較差,特別是在大比壓的情況下使用很易擦傷。試驗表明比壓在20MPa下耐擦傷較好。對于高壓小口徑閥門常采用棒材或鍛件其牌號為1Cr13、2Cr13、3Cr13制作的整體閥瓣,密封面經表面淬火(或整體淬火)其硬度值對2Cr13 HRC4147、3Cr13 4652為宜。國外標準中如API 600 BS 1873中對Cr13型密封面的硬度要求為最小HB 250硬度差HB 50材料牌號為ASTM A182 F6a。

對于大口徑閥門其密封面往往采用堆焊下面介紹幾種堆焊焊條。

507符合GB EDCr-A1-15  堆焊金屬為113半鐵素體高鉻鋼。焊層有空淬特性,一般不需熱處理,硬度均勻,亦可在750800℃退火軟化。當加熱至9001000℃空冷或油淬后可重新硬化。焊前須將工件予熱至300℃以上(也有資料介紹不需予熱(閥門堆焊技術))焊后空冷HRC≥40,焊后如進行不同熱處理可獲得相應硬度。

507 符合GB EDCrA2-15堆焊金屬為113半鐵素體高鉻鋼,有空淬特性,焊前不予熱,焊后不處理,焊后空冷HRC≥37。

577鉻錳型閥門堆焊焊條符合GB EDCrMn-C-15焊前不予熱焊后不處理抗裂性好HRC≥28與堆507鉬配合使用。

說明:

D507MoD577兩種焊條是為代替Cr13型焊條堆焊有硬度差的閥門密封面而配套研制的。D507Mo堆焊金屬硬度較高,用于閘板;D577堆焊金屬硬度較低,用于堆焊閥體或閥座密封面。兩者組成的密封面可獲得良好的抗擦傷性能。

)堆焊層的高度加工后應在5mm以上以保證硬度和成份穩定。

)堆焊要按焊接工藝規定操作,焊接電流不可過大以防止焊條成份發生變化影響焊接質量。

3)硬質合金

硬質合金中最常用的是鈷基硬質合金也稱鈷鉻錫硬質合金。它的特點是耐腐蝕、耐磨、抗擦傷,特別是紅硬性好,即在高溫下也能保持足夠的硬度,此外加工工藝性適中,其許用比壓80100MPa國外資料介紹155MPa。適用溫度范圍-196℃650℃特殊場合可達816℃。但是,它在硫酸、高溫鹽酸中不耐腐蝕。在一些氯化物中也不耐蝕。

常用牌號:

STELL1TE N0.6  符合AWS ECoCr-A GB EDCoCr-A-03也相當D802(堆802)焊前根據工件大小進行250400℃予熱焊時控制層間溫度250℃,焊后600750℃保溫12小時后隨爐緩冷或將工件置于干燥和預熱的沙缸或草灰中緩冷。

其它牌號還有STELL1TE N0.12  符合AWS ECoCr-B GB EDCr-B-03也相當堆812,焊后HRC≥41。

以上兩種是鈷基硬質合金電焊條,鈷基硬質合金還有焊絲可以進行氧乙炔堆焊或鴿極氬弧焊。  

牌號:

STELL1TE N0.6焊絲符合AWSRCoCr-A也相當HS 112 常溫硬度HRC 4046;

STELL1TE N0.12符合AWSRCoCr-B也相當HS 112 常溫硬度HRC 4450。

硬質合金(鈷基)焊接都要對工件予熱,焊時控制層間溫度焊后處理,要根據焊接工藝或焊條說明書施焊。

常用內件材料組合:

序號

閥桿

閥瓣密封面

閥座密封面

1

13Cr

13Cr

13Cr

2

13Cr

13Cr

STL

3

13Cr

STL

13Cr

4

13Cr

STL

STL

5

13Cr

13Cr

蒙乃爾

6

17-4 PH

STL

STL

7

蒙乃爾

蒙乃爾

蒙乃爾

8

304304L

304304L

304304L

9

316316L

316316L

316316L

10

3210Cr18Ni9Ti

3210Cr18Ni9Ti

3210Cr18Ni9Ti

11

1Cr18Ni9Ti

1Cr18Ni9Ti

1Cr18Ni9Ti

12

1Cr18Ni12Mo2Ti

1Cr18Ni12Mo2Ti

1Cr18Ni12Mo2Ti

13

序號8、9、10、11、12

STL

STL

14

20號合金

20號合金(CN7M

20號合金(CN7M

15

17-4 PH0Cr17Ni4Cu4Nb

17-4 PH0Cr17Ni4Cu4Nb

17-4 PH0Cr17Ni4Cu4Nb

16

哈氏合金B

哈氏合金B

哈氏合金B

17

哈氏合金C

哈氏合金C

哈氏合金C

18

38CrMoAlA

STL

STL

19

25Cr2Mo1VA

STL

STL

20

4Cr10Si2Mo

STL

STL

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