AOA体育阀 门 制 造 工 艺 阀 门 制 造 工 艺 阀 门 制 造 工 艺 江 南 阀 门 公 司 江 南 阀 门 公 司 江 南 阀 门 公 司 2 0 0 8 ·2 2 0 0 8 ·2 2 0 0 8 ·2 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 第一章 阀门制造的工艺特点 初看起来阀门零件不多、结构简单、精度一般，在机械行业属于简单部件， 但是阀门的核心密封部位却要求特别高、密封吻合必须零对零才能达到气密 试验的零泄漏。所以其制造工艺复杂，技术难度也大，有下面一些特点： （1）从制造材料上讲，由于阀门的品种规格繁多，应用在国民经济的各个领 域，其使用场合千差万别，如高温高压、低温深冷、易燃易爆、剧毒、强腐 蚀介质等工况条件，对阀门的材质提出苛刻的要求。除铸铁、碳素钢、合金 结构钢外，还大量采用CrNi 不锈钢、CrMoAl 渗氮钢、CrMoVi耐热钢、CrMnN 耐酸钢、沉淀硬化钢、双相不锈钢、低温钢、钛合金、蒙耐尔合金、因可内 尔合金、哈氏合金和G0CrW硬质合金等。这些高合金材料的铸造、焊接、加工 性能很差，给制造工艺带来很大的难度。加上这些材料大多是高合金、高强 度、高硬度的贵重材料，从材料的选择、备料、采购方面都存在着很多困难AOA体育。 有些材料由于使用量小，难以采购供货。 （2）从铸造毛坯的结构上讲，大部分的阀门毛坯采用的是结构复杂的薄壳铸 件，要求有良好的外观质量、致密的内部组织和良好的金相结构，不能有气 孔、缩孔、夹砂、裂纹等缺陷。因此其铸造工艺复杂、热处理技术难度高。 在机械行业里，阀门的承压薄壳铸件毛坯的铸造难度远较其他机械构件的铸 件复杂、困难的多。 （3）从机械加工工艺上讲，由于大多数的高强、高硬、高耐腐蚀材料的切削 性能都不好，如高合金的不锈钢、耐酸钢都具有韧性大、强度高、散热差、 - 1 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 切屑粘性大和加工硬化倾向强等缺点，很难达到要求的尺寸精度和光洁度， 给机加工的刀具、工艺和设备带来很大困难。另外，阀门密封面在加工精度、 配合角度和光洁度以及配对密封付的要求也很高，给机械加工带来很大难度。 （4）从阀门零件的工艺安排上讲，阀门的主要零件个数不多，结构相对简单， 大部分尺寸的加工精度不高，外部比较粗糙，这就给人一种属于简单机械的 印象。其实阀门的心脏密封部位可是极其精密，其密封面要求很高，平整度、 光洁度、硬度，以及两个密封面形成的密封付的吻合度都有达到零对零，才 能满足气体密封试验的零泄漏。这种以粗糙的基准来保证精密的零对零要求， 就是阀门加工的最大工艺难点。 （5）从阀门的试验和检验上讲，阀门是压力管道重要的启闭、调节元件，而 压力管道的使用工况是千变万化的，高温高压、低温深冷、易燃易爆、剧毒 强腐蚀。可是阀门制造的试验和检验条件不可能达到工况的同等要求，国际、 国内的各种阀门试验标准规定都是在接近常温的条件下，用空气或水当成介 质进行试验的。这就存在一个最根本的问题就是正常出厂试验合格的阀门产 品，在苛刻的实际工况条件下就会产生由于材料、铸件、密封等问题而难以 满足使用要求，还会发生重大的质量事故。难怪有些干了一辈子的老阀门专 家，越老越拘谨、越干越担心。 - 2 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 第二章 阀门的铸造工艺 阀门的铸造是阀门制造过程的重要环节，一个好的铸件就决定了一个好 阀门成功的绝大部分比例。下面介绍阀门行业常用的几种铸造工艺方法： （一）砂型铸造：阀门行业常用的砂型铸造，按粘结剂的不同还可分为：湿 型砂、干型砂、水玻璃砂和呋喃树脂自硬砂等。 （1） 湿型砂是以膨润土为粘结剂的造型工艺方法，它的特点是：造好的砂 型不需要烘干，不需要经过硬化处理，砂型有一定的湿态强度，砂芯、型壳 的退让性较好，便于铸件的清理落砂。造型生产效率高，生产周期短，材料 成本低，便于组织流水线生产。它的缺点是：铸件易产生气孔、夹渣、砂眼、 粘砂等缺陷，铸件的质量尤其是内在质量不够理想。 铸钢件湿型砂的配比及性能表： 配 比 （%） 性 能 序 含 透 新 砂 膨 碳 湿压 旧 糊 纸 水 气 号 粒 度 加 入 砂 润 酸 精 浆 量 性 强度 用 途 组 别 量 土 钠 % AFS KPa 56/ 小铸钢 1 10 100 9/11 0.2 0.2/0.4 3.8/4.3 100/200 77 件用砂 0.6/ 50/ 机器造 2 15 50 50 3 0.4 4/4.7 100 1.2 75 型用砂 （2）干型砂是以粘土为粘结剂的造型工艺方法，稍加膨润土可以提高其湿 强度。它的特点是：砂型需要烘干，有良好的透气性，不易产生冲砂、粘砂、 气孔等缺陷，铸件的内在质量较好。它的缺点是需要砂型烘干设备，生产的 周期较长。 - 3 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 （3）水玻璃砂是以水玻璃为粘结剂的造型工艺方法，它的特点是：水玻璃 遇CO2 后有自动硬化的功能，可有气硬化法造型和造芯的各种优点，但存在型 壳溃散性差，铸件清砂困难以及旧砂再生、回用率低的缺点。 水玻璃CO2 硬化砂配比及性能表： 配 比 % 性 能 序 新 砂 膨 用 湿 压 硬化 碱溶液 润 含水量 湿 透 号 粒度 加入 水玻璃 强 度 强 度 15-20% 土 % 气 性 途 级别 量 KPa MPa 1 15 100 8-9 0.7 4-5 4-5 ≥100 25-30 ≥1.5 大铸件 2 30 100 6.5-7.5 4.5-5.5 ≥300 5-15 铸钢件 LK-2 水 3 21 100 4-4.5 ≤3.5 ≥150 ≥1.0 型芯砂 溃散剂 0.4-0.6 （4）呋喃树脂自硬砂造型是以呋喃树脂为粘结剂的铸造工艺方法，在常温 下由于粘结剂在固化剂的作用下发生化学反应而固化的型砂。它的特点是 砂型不必烘干，这就缩短了生产周期，节约了能源。树脂型砂易于紧实、 溃散性好，铸件的型砂易于清理，铸件尺寸精度高，表面光洁度好，可以 大大提高铸件质量。它的缺点是：对于原砂的质量要求高，生产现场稍有 刺激性的气味，而且树脂的成本较高。 呋喃树脂自硬砂混合料配比及混制工艺： 呋喃树脂加入量占原 固化剂加入量占 硅烷加入量占 原 砂 砂重量比 呋喃树脂重量比 呋喃树脂重量比 100% 1-2% 30-50% 0.1-0.3% 呋喃树脂自硬砂的混制工艺：树脂自硬砂最好采用连续式混砂机，将原砂、 树脂、固化剂等依次加入、快速混合而成，随混随用。 原砂+固化剂 （对甲苯磺酸水溶液）- （120～180S）-树脂+硅烷- （60～90S）-出砂 - 4 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 （二） 铸件的铸造工艺设计： 正确而有效的控制铸件凝固是获得优质铸钢件的头等重要条件，采取正 确的工艺措施 （浇注系统、冒口和冷铁、工艺补正量等），形成合理的工艺方案。阀门 铸钢件由于其壁厚不均匀，一般采取顺序冷却、顺序凝固的原则，以消除 铸件内部的缩孔和缩松等缺陷。 控制铸钢件凝固的措施： ⑴选择合理的浇注位置和浇注系统； ⑵冒口设计在铸件最后凝固的部位，在起到补缩作用的同时，延缓冒口周 围的钢水凝固，造成顺序凝固的条件； ⑶浇注操作时，当钢水上升至冒口高度1/4 时，改从冒口顶上浇注，除增 加钢水压头外，还可增加冒口温度。 ⑷铸钢冒口尺寸的确定：其方法有模数法（按铸件的热容量确定）；体积 收缩法（按钢水凝固收缩率确定）；比值法（按铸件的补缩类型确定） 和热节圆法（按铸件的热节圆确定）。目前工厂里为了满足便捷的要求， 常用的是热节圆法，来确定冒口的尺寸。 ⑸铸造收缩率的选用：铸钢件在凝固冷却的过程中，其体积和尺寸都要缩 小，此固态收缩量一般以长度的改变量-线收缩率来表示（%）。 影响铸造收缩率的因素很多，铸件在铸型中固态收缩时还受外界阻力 的影响，会使其实际的收缩量减少，此时称为非自由收缩，而非自由收 缩率总是小于自由收缩率。影响铸造收缩率的因素很多，主要是金属合 金的种类、铸件结构和尺寸长度，另外铸型材料、型芯的紧实程度也影 响铸件产生非自由收缩率。 - 5 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 根据阀门多年的生产实践，为了方便生产，缩尺可参考下表选取： 钢 种 缩 尺 碳 钢 WCB ZG25 20/1000 CF8 CF8M 不锈钢 20-25/1000 ZG0Cr18Ni9 ZG0Ci18Ni12Mo2Ti 铬钼钢 ZGCr5Mo C5 20-25/1000 耐热钢 WC6 WC9 18-22/1000 铸 铁 HT250 10/1000 （三）典型的铸钢生产流程： 铸造工艺设计 模样制作 型芯砂配制 造型制芯 冷铁芯骨准 涂料准备 刷涂料 炉料配制 烘干型芯 钢水成份化验 钢水溶炼 下芯合箱 检 查 浇注铸型 落砂清砂 切割浇冒口 缺陷焊材 铸件热处理 精整完工 - 6 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 （四）、精密（溶模）铸造：为了提高铸件的尺寸精度和外观质量，阀门铸件 采用精密（溶模）铸造的越来越多。 （１）溶模铸造有两种工艺方法：⑴采用蜡基模料、水玻璃型壳、大气熔炼 浇注工艺，主要用于质量要求一般的碳素结构钢和低合金钢铸件，其尺寸等 级为ＣＴ７～９级。⑵采用高质量模料、高压制蜡、硅溶胶模壳、蒸汽脱蜡、 快速大气或真空熔炼浇注工艺，可以生产尺寸精度达ＣＴ４～６级国际水平 的精密铸件。 （2 ）溶模铸造的工艺流程： - 7 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 （3）溶模铸造的特点： ①铸件尺寸精度高，表面光整、外观质量好。 ②可以铸造结构形状复杂、难以用其他方法实现加工的的零件。 ③合金材料不受限制，各种合金材料如：碳素钢、不锈钢、合金钢、铝合 金、高温合金、以及贵重金属等材料，尤其是难以用锻造、焊接和切削加 工的合金材料，更是特别适宜于溶模铸造方法。 ④生产灵活性好，适应性强。可以大批生产，也适用于单件或小批生产。 ⑤溶模铸造也有一定的局限性，如：工艺流程繁琐、生产周期长。由于其 可采用的铸造工艺手段有限，用于铸造承压薄壳铸件时，其承压能力不能 很高。 （五）铸造缺陷产生的分析： 任何的铸件内部都是会有缺陷的，这些缺陷的存在给铸件的内在质量带来 很大的隐患，在生产过程中为消除这些缺陷进行的焊补也会给生产流程带来 很大的负担。尤其是阀门作为承受压力、温度的薄壳零件，其内部的组织致 密性非常重要。因此，铸件的内部缺陷成为影响铸件质量的决定因素。 阀门铸件的内部缺陷主要有气孔、夹渣、缩松和裂纹等。 （1）气孔：气孔由气体产生，孔洞表面光滑，产生在铸件内部的表面或近 表面，形状多呈圆形或长圆形。 生成气孔的气体主要来源有：①金属中溶解的氮、氢在铸件凝固的过程 中被包容于金属之中，形成封闭的原形或椭圆形内壁有金属光泽的气孔。② 造型材料中的水分或挥发物质都会因受热而变成气体，形成内壁为暗褐色的 气孔。③金属在浇注过程中，由于流动不稳定，将空气卷入而生成气孔。 - 8 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 气孔的避免和防止方法：①在冶炼方面应尽量少用或不用锈蚀的金属原料， 工具和钢水包要烘烤干燥。②钢水浇注要高温出炉、低温浇注，钢水要适当 镇静以利于气体的上浮。③浇冒口的工艺设计要增大钢水的压头，避免气体 卷入，并设置人工气路，合理排气。④造型材料要控制含水量、发气量增加 透气性，砂型和砂芯要尽量烘烤干燥。 （2 ）缩孔（松）：它是产生在铸件内部的（尤其是在热节部位）呈连贯或不 连贯的圆形或不规则的空洞（腔），表面粗糙，颜色较暗，金属晶粒粗大，多 呈树枝状结晶，聚集在一处或多处，水压试验时容易发生渗漏。 产生缩孔（松）的原因：金属由液态凝固为固态时发生体积收缩，此时如 得不到足够的钢水补充，则必然产生缩孔。铸钢件的缩孔基本是由于对顺序 凝固过程控制不当而造成的，原因可能有冒口设置不正确、钢水浇注温度过 高，金属收缩量大等。 防止缩孔（松）产生的方法：①科学的设计铸件的浇注系统，使钢水实现 顺序凝固，先凝固的部位应有钢水补充。②正确、合理的设置冒口、补贴、 内外冷铁，确保顺序凝固。③在钢水浇注时，最后从冒口处顶注补浇有利于 保证钢水温度和补缩，减少缩孔的产生。④在浇注速度方面，低速浇注比高 速浇注有利于顺序凝固。⑸在浇注温度方面不宜过高，钢水高温出炉，经镇 静后浇注，有利于减少缩孔。 （3 ）夹砂（渣）：夹砂（渣）俗称砂眼，是在铸件的内部出现不连贯的圆形 的或不规则的孔洞，孔内夹杂着型砂或钢渣，尺寸大小没有规律，聚集在一 处或多处，往往在上型的部分较多。 产生夹砂（渣）的原因：夹渣是由于钢水在冶炼或浇注过程中，离散的钢 - 9 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 渣随着钢水进入铸件造成的。夹砂是由于造型时铸型的紧实度不够，当钢水 浇入型腔时，型砂被钢水冲起进入铸件造成的。另外修型、合箱时不注意， 有掉砂现象也是造成夹砂的原因。 防止夹砂（渣）产生的方法：①钢水冶炼时要尽量排气排渣彻底，钢水出 炉后在钢水包里镇静一下，有利于钢渣的上浮。②钢水的浇注包尽量不用翻 包，而用茶壶包或底注包，以免钢水上部的渣子顺着钢水进入铸件型腔。③ 在钢水浇注时要采取蓖渣措施，尽量减少钢渣随钢水进入型腔。④为了减少 夹砂的可能，在造型时要保证砂型的紧实度，修型时注意不要掉砂，合箱前 要将型腔吹干净。 （4 ）裂纹：铸件的裂纹大多为热裂纹，其形状不规则，有穿透或不穿透、 连续或断续，裂纹处的金属呈暗色或有表面氧化。 产生裂纹的原因：有两个方面，即高温应力与液膜变形。 高温应力是钢水在高温下收缩变形受阻而形成的应力，当该应力超过了金 属在该温度下的强度或塑性变形极限时便产生了裂纹。液膜变形是钢在凝固 结晶过程中晶粒之间产生液膜，随着凝固结晶的进行，液膜发生变形，变形 量和变形速度超过一定极限时，便产生了裂纹。热裂纹产生的温度范围约在 1200～1450℃左右。 产生裂纹的影响因素：①钢中 S、P 元素是产生裂纹的有害因素，他们和铁 的共晶物降低了铸钢在高温的强度和塑性，导致裂纹产生。②钢中的夹渣和 偏析增加了应力集中，因而增加了热裂倾向。③钢种的线收缩系数越大，热 裂的倾向越大。④钢种的导热系数越大，表面张力越大，高温机械性能好， 热裂的倾向越小。⑤铸件的结构设计工艺性不好，如圆角太小、壁厚悬殊太 - 10 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 大、应力集中严重，都会产生裂纹。⑥砂型的紧实度太高，型芯的退让性不 良阻碍铸件收缩会增加裂纹倾向。⑦如浇冒口排列不当、铸件冷却速度 太快、切割浇冒口及热处理造成过大应力等也都会影响裂纹的产生。 针对以上裂纹产生的原因和影响因素，采取对应的措施，就可以减少和避 免裂纹缺陷的产生。 综合以上主要铸造缺陷产生原因的分析查找问题，采取相应的改进措施， 就可以找到解决铸造缺陷的方法。 - 11 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 第三章 阀门钢水的冶炼 阀门用钢水的质量对于铸钢件的质量有决定性的影响，因此，必须严格控 制炼钢过程，保证钢水质量。 炼钢的目的和要求是：①熔化固体炉料；②使钢水中的规定元素达到规格 成分；③除去有害元素 S、P ，将它们降到限量以下；④清除钢水中的气体和 非金属夹杂物，保证钢水纯净；⑤将钢水过热至一定温度，保证浇注需要。 钢水冶炼主要有感应电炉、电弧炉和真空精炼炉等方法，同时还有氧化法 和不氧化法冶炼工艺的区别。下边重点介绍阀门行业常用的感应电炉和电弧 炉炼钢的基本知识。 （一）感应电炉炼钢： 感应电炉熔炼金属的原理是用交流电感 应的方法在炉料中产生涡流，利用涡流产生 的热量来加热和熔化炉料（见右图）。 感应电炉的优点是生产效率高，生产机 动性强。目前我国阀门行业采用的快速感应 电炉，它的功率大、提温快、温度容易掌握、熔化时间短，炼一炉钢仅需要 一个多小时，因此生产效率高。 感应电炉的缺点是配料时只能吃精料，因感应电炉炼钢不能调整化学成 分，只能补加烧损元素，因此它的炼钢过程实际上只是一个溶化过程。与电 弧炉炼钢相比感应电炉炼钢没有氧化期，其排渣、排气和脱 C、P 、S 的功能 - 12 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 不强，钢水的质量主要是靠配料掌握，因此铸件的内在质量难以严格保证。 过去有一个阶段，有些厂用感应电炉炼钢时为了保证和提高钢水的质量， 在钢水熔化初期，进行吹氧以便增加氧化期。但是吹氧会严重的损坏炉墙， 在炼钢过程中又无法及时修补，因此这种工艺没有得到广泛应用。 （二）电弧炉炼钢： 电弧炉炼钢过程中，熔化炉料和过热钢水 所需要的热量是由电弧产生的（见右图）。 电弧炉依据炉衬耐火材料的不同分外酸性 炉和碱性炉，酸性炉炼钢造酸性渣，不能脱 硫、磷，要求含硫、磷低的炉料。碱性炉炼钢造碱性渣，可以脱除硫、磷， 因此对炉料要求不高，应用比较广泛。 铸钢是一个复杂的化学和物理变化过程，可以归结为四个主要反应： ⑴ 氧化反应：铸钢熔炼时祛除杂质的方法是使杂质氧化，向钢中吹氧或加 入氧化剂（铁矿石），使钢水沸腾，把钢中的气体和碳、硅、磷等氧化物生成 的杂质进入炉渣或炉气而被排除，这个阶段称为氧化期。 ⑵还原反应：氧化过程完成后，钢中残留有大量的氧化铁，这对于钢水质 量是极其有害的，必须除去。祛除的方法是向钢水里加入脱氧剂（还原剂）， 脱氧剂和钢水中的氧化铁作用，夺取氧化铁中的氧，形成一些新的不溶于钢 水的化合物进入炉渣，从而祛除钢水中的氧，这个阶段称为还原期。 ⑶去磷、硫反应：磷、硫是钢水中的有害元素，它们将增加钢的热裂和冷 裂倾向，在炼钢的过程中一定要注意祛除它们。磷在氧化沸腾期即被氧化并 和氧化钙结合生成稳定的化合物而进入炉渣。硫在钢水中是和锰形成化合物 - 13 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 存在的，这些硫的化合物能和氧化钙反应，生成稳定的化合物进入钢渣。 ⑷造渣反应：通俗的说法，炼钢就是造渣。渣是炼钢的过程中加入炉中的 造渣材料（熔剂）与炉中杂质和各种氧化物的混合物，炉渣的作用有两个： ①保护作用。渣覆盖在钢水表面，使钢水避免与炉气接触，减少钢水被有害 气体侵入，也保护钢水中的有用元素的氧化、烧损。②通过炉渣进行的一系 列反应，祛除钢水中的杂质。 铸造碳钢氧化法冶炼的典型工艺过程 时期 序号 工序 操作要点 熔 1 通电 用允许的最大功率供电 化 2 助熔 推料助熔，吹氧助熔，加入渣料矿石 期 3 取样、扒渣 炉料全熔，充分搅拌，取样分析C、P 氧化 4 吹氧脱碳 钢水温度1560℃，加入硅铁，吹氧脱碳 期 5 取样 停止吹氧，取钢样，分析C、P、Mn 6 扒渣、脱氧 扒除氧化渣，加入锰铁和渣料，造稀薄渣 还 7 还原 加入还原渣料，进行还原 原 8 取样 充分搅拌钢水，取钢样分析C、P、Mn 、S 期 9 调整成分 根据钢样分析结果，调整化学成分 10 测温 测量钢水温度，检查脱氧情况 出 11 出钢 钢水温度达标，插铝，然后大口出钢，钢渣同流 钢 12 浇注 钢水镇静5分钟，开浇，并取钢样 - 14 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 第四章 阀门的热处理工艺 （一）阀体毛坯的主要热处理分别介绍如下： （1）碳素钢的热处理： 碳素钢阀门铸件为了消除铸造应力、细化金相组织、 提高机械性能和改善切削性能，通常采用退火或正火+回火的热处理工艺。 ①退火：碳素钢铸件材料一般采 用 WCB ，其退火加热温度为 880-920 ℃，保温时间以铸件壁厚 确定，一般保温 2～5 小时，保温 后随炉冷却。 WCB 的退火工艺曲线如右图： ②正火+ 回火：为了改善铸钢件的强度可以用正火代替退火，即将退火保温 后随炉冷却改为出炉空冷。但正火时空冷会产生较大的应力，需要增加一次 高温回火。采用正火十回火比单纯 退火所获得的组织均匀．晶粒较 细．综合机械性能较好。 WCB 的正火+回火工艺曲线）奥氏体不锈钢的热处理 奥氏体型不锈钢的耐腐蚀性能、高温机械性能和抗氧化性能都很好，它在 超低温下仍能保持良好的韧性。 - 15 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 奥氏体不锈钢的主要缺陷是容易产生晶间腐蚀，而克服这一缺陷的方法， 除降低钢的含碳量（C≤0.08% ）和在钢中添加稳定元素（钛、铌）外，就是 增加固溶化处理。 固溶化处理的加热温度是影响热处理质量的重要因素。各种牌号的奥民体 型不锈钢的成分虽然不同，但固溶处理的加热温度差异不大，均在 1000～1150 ℃温度范围。加热速度在 430～820℃区间加热速度应更快，以避免析出碳化 铬相。保温时间取决于铸件壁厚和装炉量，一般保温系数采用每 25 ㎜壁厚保 温 1 小时。出炉后要采取激冷，尤其在通过 430～820℃温度范围时，冷却速 度要快，一般采用水冷。 ZG1Cr18Ni9 固溶处理工艺曲线 钢阀杆毛坯的热处理 ⑴ 2Cr13 阀杆毛坯退火处理：2Cr13 钢属于 马氏体型不锈钢，毛坯的热处理包括锻造后退火和调质处理。 2Cr13 阀杆毛坯锻造后要及时进行退火，因为其在锻造后即使采用空冷也 会发生硬化，而使机械加工困难。此外，由于锻造应力等因素影响容易使阀 杆产生裂纹。因此为了消除应力，降低硬度，防止产生裂纹，改善机械加工 性能，并为以后调质处理做好组织准备，在锻造后要进行软化处理。2Crl3 锻 件软化处理方法在阀门生产中通常采用退火工艺。 退火的加热温度一般采用 840~860℃。保温时间主要取决于阀杆毛坯的直 径及装炉量。空气炉加热时保温系数一般采用每 30 毫米保温 60 分钟。保温后炉冷，当炉冷至 500℃时， 可以出炉空冷。2Crl3 锻件退火工艺曲线 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 （2 ） 2Cr13 阀杆毛坯调质处理：进行调质处理的目的是为了获得良好的综 合机械性能和耐腐蚀性能，从而满足使用上的需要。 2Cr13 阀杆毛坯淬火加热最适宜的温度为980～1100℃。若加热温度低 于 950℃时，则碳化铬（主要为 Cr23C6)不能充分溶解，这样既不利于机械性 能的改善，又有害于耐腐蚀性能的提高。若加热温度过高，当高于 1050℃时， 则容易便组织过热，淬火后造成马氏体组织粗大，使冲击韧性显著降低，这 时即使随后提高回火温度度，冲击韧性也不能得到改善。保温时间要充分， 使碳化物能充分溶解。保温时间主要决定于阀杆毛坯有效直径及装炉量。保 温系数一般可采用每 30 毫米保温 90 分钟。2Cr13 临界冷却温度较低，淬透性 极好。所以 2Cr13 阀杆淬火冷却可采用油冷。淬火后要及时进行回火，一般 间隔不得超过48 小时，以防止造成 2Cr13 阀杆开裂。回火温度根据技术要求 确定，当 2Cr13 阀杆硬度要求为HB240-280 时，回火温度一般采用 600～650 ℃，回火后用油冷却。 2Cr13 阀杆毛坯调质工艺曲线 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 第五章 阀门的机加工工艺 （一）阀门零件工艺规程的典型化 （1）阀门零件工艺规程典型化的意义 阀门的规格品种繁多，尺寸相差悬殊，零件材料的种类也较多，加之各阀 门厂的生产条件和工艺人员的经验和习惯的不同，因此阀门零件的加工过程 也千差万别。合理的工艺过程不仅能保证产品的质量，还能提高劳动生产率 并降低产品成本。编制合理的工艺规程是一项较复杂的工作，因为除了要在 满足产品图纸要求，确定毛坯种类、加工方法及选用设备和工装外，还要作 多种工艺方案的对比分析。此外，编制工艺规程是否合理往往取决于工艺人 员的技术水平和经验。 由于阀门零件的结构、形状及其工艺过程具有明显的相似性，阀门零件 的数量也不多，这是实现阀门零件工艺规程典型化的有利条件。工艺现程的 典型化是将阀门零件依其形状、尺寸相似、工艺过程相近，将另件编制成典 型的工艺规程。 典型工艺规程可以作为工艺人员编制具体零件的工艺规程的依据，从而 能够缩短生产技术准备工作的周期和保证工艺规程的合理性。此外，工艺规 程的典型化还可为工艺装备的通用化、标准化以及组织同类型零件的加工流 水线、采用专用高效设备等创造有利的条件。 目前，我国的阀门行业大多数的制造厂，在单件、小批生产时，都会采用 典型工艺规程，对于满足生产现场和各种质量认证均起着重要的指导作用． - 18 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 （2 ）阀门零件的分类 编制典型工艺规程必须事先对阀门零件进行分类，任何机械零件的形体都 是由若干个表面（平面、圆往面、圆锥面、特形面等）所构成。不同形状和 不同部位的表面，组合成为各种零件不同的形状，各种同形状表面的加工方 法—般是相同的。例如：外圆柱表面通常采用车制或磨削的方法来加工；内 圆柱表面是通过钻、铰、镗和磨削等加工方法获得。因此，就有一种按零件 的主要加工表面的形状来进行分类的原则。同类零件具有相似的几何形状， 零件的几何形状是选择毛坯种类和加工方法的主要依据，并往往决定了零件 的工艺路线。以上划分为同型的零件具有相似的加工过程，可以使用典型的 工艺规程进行加工。 由于阀门的零件品种规格繁多，下边仅以阀体、阀盖和阀芯关闭件三大类 作为代表，介绍一些典型的加工工艺方法。 （二）阀体类零件的加工 法兰直通式阀体是闸阀、截止阀、止回阀、减压阀及节流阀阀体最常用的 一种结构形式，这种结构的阀体量大面广，应用非常广泛，所以下面以法兰 直通式闸阀阀体作为典型介绍。 （1）闸阀类阀体的结构和工艺分析：阀体是 中空、壁薄的壳体零件，多为三通管状，用于直 线管路上。该阀体的进口通道与出口通道同轴， 故称直通式。两通道端部为圆形法兰，法兰上有 均匀分布的螺栓孔，以便与管路连接。阀休上端 亦有法兰（中法兰），用以连接阀盖（见右图）。 - 19 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 阀体的形体是由圆柱面、圆锥面、球面和特形表面组成的，其外部和内 腔的表面大部分不需要加工，因此零件毛坯一般都选用铸件。阀体内腔设计 有精度较高的圆柱形阀座孔，对于镶阀座结构的还有精度较高的螺纹孔，堆 焊密封面的阀体具有角度（多为5°）和光洁度很高的楔形密封部位。为引导 闸板准确地与阀体密封面相吻合，在体腔内有两条对称的导向筋。由于阀体 是承压的薄壁壳体，故对毛坯的强度、刚度及铸件内在质量的要求较高。 闸阀阀体密封面不仅具有很高的角度精度的要求，为了保证闸板的正常 配合位置，要求两密封面中心的距离（通称为开档宽度）的精度在有很高的 要求。对于中心线相对称的两个密封面与导向筋的不对称度也有—定要求。 阀体的主要加工表面大多是旋转表面，因此．除导向筋部位在插或刨床上加 工外，其余表面均采用车削。由于密封面部位的精度和光洁度要求很高，而 铸件毛坯的加工余量又较大，所以。闸阀阀体可以分粗、精加工两个阶段。 在粗加工时，先把三法兰加工好，然后以法兰为基准，采用带有角度的斜胎 精车密封面。精车后，密封面仍达不到图纸的几何形状精度和光洁度要求， 为了最终达到要求，必须经过光整加工—研磨。在此期间，可以安排三个法 兰的钻孔工序。 （2）闸阀类阀体的典型工艺： 根据阀门口径的大小，闸阀类阀体的加工工艺可以有以下两种方案： １）较小口径的加工方案：以阀体三个颈部外园（锥）面毛坯为粗基准定位， 先加工中法兰及止口，再以中法兰和止口定位为精基准加工两端法兰、导向 筋和密封面部位。三个法兰螺栓孔的加工，以端法兰为基准。 两密封面的加工，—般采用回转夹具在车床上进行，使用中法兰同—个定 - 20 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 位基准，使两密封面的加工在—次安装下完成。阀座孔或密封面角度的精度 由夹具保证、密封面的对称度和开裆尺寸由机床挡铁配合卡板量具来控制。 这个方案由于要使用带斜度底盘的 180°回转夹具，阀门只适用于ＤＮ≤100 的较小口径的阀门。 典型的工艺过程： 序号 工 序 内 容 定 位 基 准 夹 具 特 点 １ 车中法兰端面、外圆、止口 三颈部外圆（锥）面 下部三个Ｖ形定位座 ２ 车两端法兰面、外圆、密封面 车中法兰端面、止口 下部为平盘回转夹具 ３ 刨导向筋 车中法兰端面AOA体育、止口 车中法兰定位弯板胎 ４ 车两密封面部位 车中法兰端面、止口 下部为斜盘回转夹具 ５ 钻中法兰孔 车中法兰端面、止口 钻模板 ６ 钻两端法兰孔 车两端法兰面、外圆 钻模板 ２）中、大口径的加工方案：先加工两端法兰，再以端法兰为精基准，依次 加工中法兰、导向筋、密封面部位及法兰螺栓孔等。 以上两密封面的角度加工主要由夹具来保证、为了达到此目的，通常在制 造斜胎夹具时采用同—个角度母板。即用与阀体密封面角度完全相同的两块 母板，其中一块用作制造加工阀体密封面的夹具的母板。将两块母板重叠（等 于两倍阀体密封面的斜角），即可作为制造加工闸板密封面的夹具的母板。用 这种方法制造的夹具加工，可以保证阀体密封面与闸板密封面的角度完全— 致。为了保证两密封面的对称性和开裆宽度尺寸精度，需提高阀体全长的制 造精度，以便控制半长尺寸，全开档尺寸用专用的开挡量具来控制。 这种方案的优点是：工艺装备相对比较简单，有利于夹具的标准化和通用 化。其主要缺点是：两密封面部位的加工需经过两次装夹来完成，而两次安 装所取用的定位基准并不统—，因此必然产生定位误差。这种加工方案若没 - 21 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 有相应的组织和工艺措施，就很难加工出能够满足互换法装配要求的阀体。 这种方案由于采用的是各自独立的单个夹具，适用于大、中口径阀门阀体的 加工，在阀门行业的应用比较广泛。 典型的工艺过程： 序号 工 序 内 容 定 位 基 准 夹 具 特 点 １ 车一端法兰端面、外圆 端法兰外圆 四爪卡盘 ２ 车另一法兰端面、外圆 一端法兰端面、外圆 止口定位盘 ３ 车中法兰端面、外圆、止口 两端法兰端面、外圆 两端Ｖ形定位及压板 ４ 划导向筋加工线 刨（插）导向筋 中法兰端面、止口 止口定位盘 ６ 车两密封面部位 端法兰端面、止口 斜胎止口定位盘 ７ 钻中法兰孔 钻模板 ８ 钻两端法兰孔 钻模板 下面介绍几种阀体的加工夹具： （三）阀盖类零件的加工； 阀盖是支撑阀杆和传动机构并与阀体组成密封承压腔的重要零件。与法兰 - 22 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 直通式阀体配套的阀盖结构主要有框架式和球帽式等。 （1）框架式阀盖的结构和典型工艺过程： 框架式阀盖由于结构复杂，—般采用 阀体材料相同的铸件。其主要加工面为旋 转面，多用车削方法加工。由于阀盖的法 兰大，而小端外圆小，加工法兰时若以小 端的外圆定位则夹压点离加工表面比较 远，刚性差，因而影响加工质量和效率。加工时可先粗车小端，然后以小端 内孔和兰背面定位，用套桶胎具加工大端法兰外圆和端面。 以下为采用通用设备进行批量生产时经常采用的典型工艺过程： 序号 工 序 内 容 定 位 基 准 夹具特点 １ 粗车小端平面、内孔、法兰背面 大端法兰外圆、找正 四爪卡盘 ２ 车兰外圆、端面、中孔 小端内孔、法兰背面 套桶胎具 ３ 精车小端端面、内孔各部 兰端面、止口 止口定位盘 ４ 划线确定铰链螺钉槽及销轴孔 兰端及小端中心线 铣铰链螺钉槽 兰端面、止口 止口定位盘 ６ 钻销轴孔 兰端面、止口 止口定位盘 ７ 钻兰孔 钻模板 （2 ）球帽式阀盖的工艺分析和典型工艺过程： 球帽式阀盖的上、下端均带法兰，分 别与支架和阀体相连接。由于其结构 复杂，毛坯均采用和阀体材料相同的 铸件。主要的结构特点是各主要的加工面为旋转面，但大小法兰的尺寸 差距较大，小法兰往往呈长方形，加工有一定的困难。 - 23 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 以下为采用通用设备进行批量生产时经常采用的典型工艺过程： 序号 工 序 内 容 定位基准 夹具特点 １ 粗车小平面、内孔、法兰背面 大端法兰外圆、找正 四爪卡盘 ２ 车兰外圆、端面、中孔 小端法兰、止口 止口定位盘 ３ 精车小端端面、内孔各部 兰端面、止口 止口定位盘 ４ 划线确定铰链螺钉槽及销轴孔 兰端及小端中心线 铣铰链螺钉槽 兰端面、止口 止口定位盘 ６ 钻销轴孔 兰端面、止口 止口定位盘 ７ 钻小法兰孔 小端法兰止口 钻模板 8 钻兰孔 兰端面止口 钻模板 （四）阀芯关闭件的加工 阀芯关闭件是指在阀门中起关闭作用的运动零件，它用来切断、调节或改 变介质的流向。不同的阀类其关闭件的结构、形状都有很大差异。常见的有 闸阀的闸板、截止阀的阀瓣、球阀的球体、蝶阀的阀板和旋塞阀的锥塞等。 所有的关闭件上都有要与阀体密封面相吻合的精度和光洁度都很高的密封 面，其重要程度和加工难度比相同形状的其他机械零件难度较大。其中又以 闸阀的楔式闸板的难度尤为复杂，球阀的球体加工比较典型。下边就闸板和 球体的加工工艺做代表性的介绍。 （1）楔式闸板的加工 1）楔式闸板的结构特点：闸板是外缘 带凸块的圆盘，两端面为对称于中心面 的倾斜密封面（多为5°），在其厚端凸 出部位有与阀杆连接的 T 形槽或螺纹。为使闸板能在阀体中顺利地开启和 关闭，在闸板外缘的两侧面上有导向槽或导向筋。 由于阀门的用途不同，闸板密封面的采用的堆焊材料也不—样，常用的 - 24 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 材料有铜、不锈钢、钴铬钨硬质合金等。 闸板密封面的形成方法有三种： 从 本体上直接车出、堆焊后车出、镶嵌密封圈。 闸板的结构形式又可分为弹性闸板和非弹性的刚性闸板两大类，小规格的 多用锻造整体毛坯，中、大规格的闸板多采用铸造的空心弹性闸板结构。 2 ）楔式闸板的典型工艺过程： 序号 工序内容 定位基准 工装特点 三个划线 划中心线和导向槽、T型槽线 弯尺 按划线 铣两边导向槽 双面铣床、单角度斜胎 胎垫平 3 铣上端T形槽 两边导向槽 两边导向槽定位、夹紧 T形槽端面、两边导 单角度斜胎、T 形槽端 4 车一端密封堆焊基面 向槽 面定心、导向槽压紧 堆焊基面、工艺止 双角度斜胎、T 形槽端 5 车另一端密封堆焊基面 口 面定心、导向槽压紧 6 堆焊密封面（热处理） 单角度斜胎、T 形槽端 7 车一端密封面（留磨量） 导向槽、T形槽 面定心、导向槽压紧 双角度斜胎、T 形槽端 8 车另一端密封面（留磨量） 密封面及内止口 面定心、导向槽压紧 单角度斜胎、T 形槽端 9 铣切弹性槽 密封面及内止口 面定心、导向槽压紧 双角度斜胎、T 形槽端 10 磨削两密封面 密封面 面定心、导向槽压紧 11 研磨两密封面 密封面 研磨机（震动、行星） - 25 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 下面是几种加工闸板的夹具： （3 ）球阀球体的机械加工过程：球体的球面是主要的加工表面。加工顺序是： 先按工艺要求车出通道孔，再以通道孔为定位基准加工球面。 带柄球体除球面外，还有精度较高的上、下轴的外圆拄面。这些表面可采 用顶尖孔为定位基准进行加工。由于这种球体的通孔垂直于两端轴颈，加工 球面时有一定困难，所以在加工时须采取必要的措施，以保证球面质量。 球面的加工方法：加工球面的方法通常有以下两种： 1）铣削法：图 4-33 是铣削球面的示意图。这种方法是在铣头前端装一个 带两把车刀的刀盘，刀盘由电机带动而旋转。两刀的刀尖应在同一旋转平面 内。旋转平面必须垂直于铣头的轴线，并与工件的旋转轴线平行，刀盘轴线 应通过球心。两刀尖之间的距离可根据被加工球体的直径来决定。 铣球可以在普通车床或立式铣床上进行。铣球时刀盘的转速一般为 900～ 1200 转／分，工件的转速为 1～10 转/分。 - 26 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 铣削法效率高，表面光洁度较好（一般达 Ra3.2) ，适用于各种球体直径。 加工小的球体时，刀盘只需径向进给就可一次成型。加工大直径球体时，小 的刀盘需要沿回转刀架做半回转运动，刀盘才能铣出大的球面。注意刀盘的 轴线应垂直于球的回 转轴线并通过球心。如果 刀盘轴线高于或低于球的回 转轴线，加工出来的球体会呈 椭圆形。 2 ）车削法：这是应用最广的一种球面加工方法。车球法是在普通车床上安装 车球装置或在专用机床上用普通车刀来加工球面。 单件小批生产多在普通车床上加工球面，下图为车球装置。该装置直接安 装在床身导轨上，使转盘做回转运动，安装在小刀夹上的车刀就可进行球面 的车削。 这种车球装置的特点是：结构简单，操作方便。它直接固定在机床的床身 导轨上，故刚性较好，工作平稳、可靠，且齿条与齿轮的间隙可通过斜块进 行调整，因而可避免切削过程中产生振动。 为减少工件安装次数，提高加工效率，可在回转盘上安装两个刀架（如下 图所示）。后刀架安装粗车刀，前刀架安装精车刀。 - 27 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 右图为加工球面用的弹簧心轴。使用时将 球坯套穿心轴上，使其一端紧靠定位垫，拧 动右端的螺母，把球体撑紧，然后松开另一 端的,取下定位垫。心轴安装在机床顶尖之间， 摇动大溜板，回转盘中心与球心在垂直向上重合，通过试切后可将大溜板的 位置固定。 带支承轴的大尺寸球体，其中部通孔是预先铸出的。这就增加了加工的难 度。为避免加工过程中断续切削，在轴颈、球面粗加工之后便将通孔车好。 然后用堵盖（其材料与阀体相同）把孔 封堵后再进行球面的精加工。右图为球 体通道孔的堵盖。球面精车后可在该机 床上进行带磨，磨好后方把堵盖拆除。 中大批量的球体生产时，球面加工多在 专用机床上进行． 3 ）球面的磨削加工：球面可在普通车床或专用机床上用平形砂轮的外圆或碗 形砂轮的内侧磨削球面。 ①用平形砂轮外圆可在普通车床上用砂轮外圆磨削，通常需将磨头安装在 回转刀架上，砂轮外圆回转磨削，形成球面。 ②用碗形砂轮内侧磨削球面适用于小直径的球面磨削。一般用于球径小于 100 毫米的球面。磨削时可将磨头安装在普通车床的中溜板上，或安装在专用 机床上，磨削时，碗形砂轮的轴线必须通过球心。如果砂轮轴线不通过球心， 磨出的球面将呈椭圆形。下图为用碗形砂轮磨削球面的情形。 - 28 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 利用砂轮内侧磨削时，砂轮与球 面是环形接触。磨削不锈钢球体 时，砂轮工作面很容易被切屑堵塞 而失去磨削作用，并常常烧伤球 面。为避免上述现象，除选用组织 琉松的砂轮外，还在碗形砂轮的工作部分开几条沟槽或采用镶砂条的方法做 砂轮。为了保证磨削质量，必须及时修整砂轮。每次修整后，要用刷子将砂 轮表面残留的砂粒刷净，以免残砂划伤球面。磨削时需大量乳化液作润滑冷 却用。 - 29 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 第六章 阀门的焊接工艺 在阀门零件的基体材料上堆焊符合使用性能要求的材料，作为阀门密封 面，可显著提高阀门密封面的硬度、耐磨性和耐擦伤性，大大提高阀门的使 用寿命，又可节省大量的贵重金属。因此；国内、外阀门制造厂家生产的大 部分阀门产品多采用堆焊密封面。 由于铸铁低压阀门的铜密封面多采用压圈翻边的结构形式，本部分重点介 绍几种钢制阀门密封面材料的常用堆焊工艺方法。 （一）Cr13 型不锈钢的手工电弧堆焊：Cr13 型不锈钢的手工电弧堆焊是在钢 制高中压阀门中应用最多、最广的堆焊方法。 Cr13 型不锈钢堆焊焊条的堆焊金属化学成分相当于 1Cr13、2Cr13 。这些 焊条常用来堆焊使用温度在 450℃以下，使用压力为 1.6-16.0MPa，基体材料 为 WCB 的电站、石油化工用阀门的密封面。阀门中的阀体和闸板（阀瓣）最 好采用硬度稍有差别(一般为 HRc5) 的焊条。 阀门行业常用的堆焊焊条有D502 、D507 、D512 、D517 、D507Mo 、D577 AOA体育、 D547 、D547MO 等，厂家可以根据零件的堆焊要求和焊条的规范进行选用。 Cr13 型焊条堆焊阀门密封面的工艺如下： （1）焊前工件表面须进行粗车或喷砂清除氧化皮。工件表面不允许有裂纹、 气孔、砂眼、疏松等缺陷及油污、铁锈等。焊条使用前应按焊条使用说明书 进行烘干。 （2 ） 用 D507MO 和 D577 焊条堆焊前，工件一般不必预热,当大型零件堆焊 - 30 - 中国·江南阀门有限公司 上海江南造船阀门有限公司 2Cr13.时需要焊前予热。 （3 ）堆焊表面应保持水平位置，整个密封面的堆焊过程不应中断。堆焊层数 一般为3～5 层以满足焊层高度、堆焊层化学成分和硬度的要求。 （4）为防止产生裂纹，除采取适当的焊前预热外，仍须注意焊后缓冷。 （二）钴基硬质合金的手工堆焊：钴基硬质合金电弧堆焊用的焊条的牌号有 D802 、D812 、D807 、D817 等，厂家可以根据零件的堆焊要求和焊条的规范 进行选用。 堆焊时电源采用直流反接。堆焊件的焊前准备工作，如：焊前工件需要 预热、焊后需要热处理，参考下表： 堆焊前预热温度 堆焊后热处理温度 母材种类 ℃ ℃ 低碳钢 300～350 620～650 低合金耐热钢 300～400 680～720 奥氏体不锈钢 250～300 525～575 （1）堆焊注意事项： ①假如焊条干燥后长时间放置不用，为避免堆焊层产生气孔，焊条须再次 进行烘干。②当母材的可焊性不好或工件刚性较大时，若提高预热温度，会 造成熔深增大。此时可用 1Cr18NI9 奥氏体不锈钢堆焊过渡层，以改善母材的 堆焊工艺性能。 ③为减小冲淡率，尽量

　　原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者