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调节阀内部阀芯阀座密封材质选择

作者:济圣阀门 日期:2018-04-26 点击:1180

阀座(Seat) 

阀座也称作阀座环(seat ring),装配在阀体上,用于提供阀关闭状态时完全啮合的密封面。阀座密封面一般都作堆焊或涂复钴铬钨等硬质合金加硬处理。

阀座有螺纹式和压紧式之分。螺纹式结构简捷,用螺纹拧入阀体,但需要使用专用工具和按厂家规定的扭力矩。考虑到螺纹有隙连接的密封问题,传统方式是加座环密封平垫片,有的厂家不采用垫片密封而是座环上部外斜面与阀体实现金属-金属密封。

压紧式结构又称作快换式阀内件(quick-change trim),阀座便于拆卸,附加有压紧套筒等部件,利用上阀盖施加压紧力。传统设计是使用座环垫片密封,为了弥补垫片密封不足,有的厂家采用垫片和座环下部外斜面与阀体金属密封的方法。

阀芯阀座密封和泄漏率 

密封和泄漏是控制阀的重要指标,紧密关闭和低泄漏率是控制阀功能安全的要求。

密封与阀芯阀座的对准和接触及载荷有关,还与阀内件结构设计和金属精加工有关。阀芯阀座密封面一般都作堆焊或涂复钨铬钴(司太莱合金)等硬质合金加硬处理,抗重载接触和防冲刷磨损,提高泄漏等级。

泄漏是根据密封设计、参数和试验得出的泄漏量,标准化组织都规定有泄漏等级和严格的试验程序。各国基本上是执行IEC 标准,国标《工业过程控制阀 第4 部分:检验和例行检查》GB/T 17213.4-2005就等同于IEC 60534-41999;德国DIN EN 1349 即等同欧洲标准也基本同于IEC 60534-4

阀芯密封一般有:金属密封、经研磨的金属密封、弹性(软)密封。

金属密封将阀芯斜面和阀座接合面设计为不同角度,通常是阀芯密封的斜面角度为30°、阀座密封接合面角度为45°,金属-金属密封的泄漏等级可达(≤10-4Kv);经研磨的金属密封的泄漏等级可达(≤1.8×10-7×△p×D)

软密封一般选用有弹性的聚四氟乙烯PTFE 作密封材料,嵌入在阀芯或阀座上,其泄漏等级可达(≤3×10-3×△p×泄漏率系数)

对于平衡型阀芯,其泄漏等级依选用密封环材料而有所不同,加石墨密封环的可达(≤10-3Kv),加PTFE 密封环的可达(≤10-4Kv)

 阀门密封面的工作条件

由于阀门用途十分广泛,因此阀门密封面的工作条件差异很大。压力可以从真空到超高压,温度可以从-269816℃,有些工作温度可达1200℃。工作介质从非腐蚀介质到各种酸碱、等强腐蚀性介质。从密封面的受力情况来看它受挤压、剪切。从磨擦学的角度来看有磨粒磨损、腐蚀磨损、表面疲劳磨损、冲蚀等等。因此,应该根据不同的工作条件选择相适应的密封面材料

磨粒磨损:这是粗糙的硬表面在软表面上滑动时出现的磨损。硬材料压入较软的材料表面,在接触表面就会划出一条微小的沟槽,此沟槽所脱落的材料以碎屑或疏松粒子的形式被推离物体的表面。

腐蚀磨损:金属表面腐蚀时产生一层氧化物,这层氧化物通常覆盖在受到腐蚀作用的部位上,这样就能减慢对金属的进一步腐蚀。但是,如果发生滑动的话,就会清除掉表面的氧化物,使裸露出来的金属表面受到进一步的腐蚀。

表面疲劳磨损:反复循环加载和卸载会使表面或表面下层产生疲劳裂纹,在表面形成碎片和凹坑,最终导致表面的破坏。

冲蚀:材料损环是由锐利的粒子冲撞物体而产生的。它与磨粒磨损相似,但表面很粗糙。

擦伤:擦伤是指密封面相对运动的过程中,材料因摩擦引起的破坏。

 对密封面材料的要求 

理想的密封面要耐腐蚀、抗擦伤、耐冲蚀、有足够的挤压强度、在高温下有足够的抗氧化性和抗热疲劳性,密封面材料与本体有相近似的线膨胀系数,有良好的焊接性能,加工性能。

上述的这些要求是理想状态,不可能有这样十全十美的材料,因此,选材是要视具体情况解决主要矛盾。

常用密封面材料分为两大类,软质材料和硬质材料。

软质材料为各种橡胶、尼龙、氟塑料等。

序号

   

代 号

适用温度℃

适 用 介 质

1

天然橡胶

NR

85

盐类、盐酸、金属的涂层溶液、水、湿氯气

2

氯丁橡胶

CR

85

动物油、植物油无机润滑油、及PH值变化很大的腐蚀性泥浆等。

3

丁基橡胶

IIR

100

抗腐蚀、抗磨损、能耐绝大多数无机酸和酸液

4

丁腈橡胶

NBR

85

水、油品、废液等

5

乙丙橡胶

(三元乙丙橡胶)

EPDM

EPM

120

盐水、40%硼水、5%15%硝酸及氯化钠等

6

氯磺化聚乙烯合成橡胶

CSM

100

耐酸性好

7

硅橡胶

SI

200

耐高温、低温、电绝缘性好、化学惰性大

8

氟橡胶

FPMViton

200

耐介质腐蚀优于其它橡胶、抗辐射、耐酸

9

聚四氟乙烯

PTFE

TFE

150

耐热、耐寒性优,耐一般化学药品溶剂和几乎所有液体

10

聚全氟乙丙烯

FEP

F46

150

高温下有极好的耐化学性,耐阳光,耐侯性

11

可熔性聚四氟乙烯

PFA

Fs-4100

180

多种浓度硫酸,氢氟酸王水,高温浓硝酸各种有机酸,强碱等。

12

对位聚苯


300

基本同聚四氟乙烯

13

尼龙(聚酰氨)


80

耐碱、氨

硬质材料的密封面主要是各种金属如铜合金、不锈钢、硬质合金等。

1)铜合金

JB/T 5300《通用阀门材料》中规定的灰铸铁阀、可锻铸铁阀,球墨铸钢阀的铜合金密封面材料牌号有:铸铝黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3,铸锰黄铜ZCuZn38Mn2Pb2,铸铝青铜ZCuAl9Mn2ZuAl9Fe4Ni4Mn2。当然还有其它牌号如H62、巴氏合金(ZChPbSb16-16-2铅锑轴承合金)等。铜合金在水或蒸汽中的耐腐蚀性和耐磨性都较好,但强度低,不耐氨和氨水腐蚀,适用介质温度≤250℃。但巴氏合金耐氨及氨水腐蚀、熔点低,强度低适用于温度≤70℃PN1.6MPa氨阀。

2)铬不锈钢

铬不锈钢有较好的耐腐蚀性,常用于水、蒸汽、油品等非腐蚀性介质,温度≤425℃的碳素钢阀门。但耐擦性能较差,特别是在大比压的情况下使用很易擦伤。试验表明比压在20MPa下耐擦伤较好。对于高压小口径阀门常采用棒材或锻件其牌号为1Cr132Cr133Cr13制作的整体阀瓣,密封面经表面淬火(或整体淬火)其硬度值对2Cr13 HRC41473Cr13 4652为宜。国外标准中如API 600 BS 1873中对Cr13型密封面的硬度要求为最小HB 250硬度差HB 50材料牌号为ASTM A182 F6a

对于大口径阀门其密封面往往采用堆焊下面介绍几种堆焊焊条。

507符合GB EDCr-A1-15  堆焊金属为113半铁素体高铬钢。焊层有空淬特性,一般不需热处理,硬度均匀,亦可在750800℃退火软化。当加热至9001000℃空冷或油淬后可重新硬化。焊前须将工件予热至300℃以上(也有资料介绍不需予热(阀门堆焊技术))焊后空冷HRC≥40,焊后如进行不同热处理可获得相应硬度。

507 符合GB EDCrA2-15堆焊金属为113半铁素体高铬钢,有空淬特性,焊前不予热,焊后不处理,焊后空冷HRC≥37

577铬锰型阀门堆焊焊条符合GB EDCrMn-C-15焊前不予热焊后不处理抗裂性好HRC≥28与堆507钼配合使用。

说明:

D507MoD577两种焊条是为代替Cr13型焊条堆焊有硬度差的阀门密封面而配套研制的。D507Mo堆焊金属硬度较高,用于闸板;D577堆焊金属硬度较低,用于堆焊阀体或阀座密封面。两者组成的密封面可获得良好的抗擦伤性能。

)堆焊层的高度加工后应在5mm以上以保证硬度和成份稳定。

)堆焊要按焊接工艺规定操作,焊接电流不可过大以防止焊条成份发生变化影响焊接质量。

3)硬质合金

硬质合金中最常用的是钴基硬质合金也称钴铬锡硬质合金。它的特点是耐腐蚀、耐磨、抗擦伤,特别是红硬性好,即在高温下也能保持足够的硬度,此外加工工艺性适中,其许用比压80100MPa国外资料介绍155MPa。适用温度范围-196℃650℃特殊场合可达816℃。但是,它在硫酸、高温盐酸中不耐腐蚀。在一些氯化物中也不耐蚀。

常用牌号:

STELL1TE N0.6  符合AWS ECoCr-A GB EDCoCr-A-03也相当D802(堆802)焊前根据工件大小进行250400℃予热焊时控制层间温度250℃,焊后600750℃保温12小时后随炉缓冷或将工件置于干燥和预热的沙缸或草灰中缓冷。

其它牌号还有STELL1TE N0.12  符合AWS ECoCr-B GB EDCr-B-03也相当堆812,焊后HRC≥41

以上两种是钴基硬质合金电焊条,钴基硬质合金还有焊丝可以进行氧乙炔堆焊或鸽极氩弧焊。  

牌号:

STELL1TE N0.6焊丝符合AWSRCoCr-A也相当HS 112 常温硬度HRC 4046

STELL1TE N0.12符合AWSRCoCr-B也相当HS 112 常温硬度HRC 4450

硬质合金(钴基)焊接都要对工件予热,焊时控制层间温度焊后处理,要根据焊接工艺或焊条说明书施焊。

常用内件材料组合:

序号

阀杆

阀瓣密封面

阀座密封面

1

13Cr

13Cr

13Cr

2

13Cr

13Cr

STL

3

13Cr

STL

13Cr

4

13Cr

STL

STL

5

13Cr

13Cr

蒙乃尔

6

17-4 PH

STL

STL

7

蒙乃尔

蒙乃尔

蒙乃尔

8

304304L

304304L

304304L

9

316316L

316316L

316316L

10

3210Cr18Ni9Ti

3210Cr18Ni9Ti

3210Cr18Ni9Ti

11

1Cr18Ni9Ti

1Cr18Ni9Ti

1Cr18Ni9Ti

12

1Cr18Ni12Mo2Ti

1Cr18Ni12Mo2Ti

1Cr18Ni12Mo2Ti

13

序号89101112

STL

STL

14

20号合金

20号合金(CN7M

20号合金(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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