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超高壓閥門失效分析以及改良方法!

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超高壓閥門失效分析以及改良方法!

發布日期:2018-09-05 09:29 來源:http://www.sgtood.live 點擊:

目前超高壓技術已被普遍使用于超硬材料制造、化學工業、石油化工、加工技術、等靜壓處置、超高靜壓擠壓、粉末冶金、金屬成形以及地球物理、地質力學研討等范疇〔1〕。由于高壓技術的普遍運用, 超高壓零碎中的超高壓閥門功能間接影響整個零碎任務的牢靠性、平安性、任務效率和運用壽命。在那些須頻繁增壓卸壓的零碎中顯得尤爲重要。剖析其生效方式并找到合理的處理方法,有利于進步商品的質量和壽命。






2  構造


超高壓針閥普通采用角形單座構造, 加工復雜, 閥座容易配換, 閥芯爲單導向構造。閥門角形單座構造流路復雜, 阻力小, 適用于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物質流體, 可以防止結焦和梗塞, 也便于自凈和清洗〔2〕。閥芯和閥座是超高壓針閥停止開關控制的兩個中心零件, 組成超高壓針閥開關的動密封副。經過控制閥芯與閥座之間錐形密封面的接觸與別離, 完成閥通道的封閉和開啟。閥芯與密封圈之間的圓縝密封面構成閥的滑動密封副, 用于保障閥室與外界的密封。閥芯采用針形, 靠錐面密封, 普通閥芯錐角爲59°, 閥座錐角爲60°。實驗證明在開錐孔時, 錐角選取45°~60°時, 孔邊緣的較大應力集中系數小, 且使較大應力呈現在錐孔的小端。閥座錐角大, 閥芯錐角小時, 靠上外表密封, 有利于進步閥的運用壽命.






3  針閥生效方式


在閥的閥芯材料爲GCr 15, 其硬度爲50 HRC。經過目測, 在未運用前, 密封面潤滑,其粗糙度爲Ra 018μm , 閥芯端部較鋒利。運用后其生效方式有閥芯彎曲變形或沖斷, 閥芯碎裂、呈現凹坑或溝痕等(圖2) , 招致閥門走漏。




針閥生效方式


4  剖析


411  閥芯彎曲變形和碎裂


針閥閥芯彎曲變形和密封面碎裂次要是加工時閥芯與閥座存在同軸度誤差或錐面誤差形成的。雖然由于密封預緊力的作用, 閥芯彈性變形使得兩密封面完成密封, 但當針閥開啟時, 受其同軸度誤差影響, 超高壓液流噴出時, 閥芯徑向受力不同, 使得閥芯發生彎曲變形, 甚至沖斷。閥芯碎裂的緣由一是資料熱處置不當, 使資料脆性增大。另外是由于所用針閥開關爲手動, 在密封時受力過大, 與閥座擠壓形成碎裂。




412  密封面磨損


密封面磨損與氣蝕、沖蝕和低溫腐蝕有關。


(1) 氣蝕與氣蝕磨損


針閥通常在高壓差下任務, 閥芯與閥座接觸環左近的流速極高, 而且水的汽化壓力又高, 所以在超高壓閥中很容易發生空化與閃蒸。當翻開閥門時, 高壓液體忽然釋放, 流速急劇添加, 而靜壓力驟然下降。當節流口后壓力到達或低于水所在狀況下的飽和蒸汽壓時, 局部液體就汽化成爲氣體, 構成氣液兩相共存的景象, 這是空化作用的首階段, 即閃蒸階段。第二階段是這些氣泡的決裂, 即空化階段。在這一階段閥后壓力降低到飽和蒸汽壓以上, 氣泡忽然決裂, 一切的能量都集中在決裂點上發生極大的沖擊力, 這種沖擊壓力較高時甚至可以超越1GPa〔2 、4〕。因而沖撞閥芯、閥座和閥體,這種毀壞作用稱爲氣蝕。另外液體內含有一定數量的氣泡, 這些氣泡也會形成氣蝕。液體中氣蝕在錐形閥芯和閥座上發生兩種方式的腐蝕, 一種是大尺寸的凹坑, 是由單個氣泡的決裂形成的; 另一種是一些較小的凹坑, 是由一些強度較弱的沖擊累積作用而成的〔4〕。因而, 生效后的閥芯外表有大小不等的凹坑。氣蝕的毀壞速度與資料的力學功能有關。對大少數材料來說, 抗氣蝕才能隨材料硬度的進步而進步, 兩者之間大致成指數關系〔4〕。氣蝕毀壞與材料的疲勞強度也有關, 這是由于不時生成的氣泡不時解體, 對零件的外表發生反復性的沖擊。另外,水中氧氣的含量, 閥芯的外形, 閥口開度, 出口背壓等對氣蝕都有影響〔4〕。




(2) 沖蝕磨損


由于在高壓差和高流速下, 液體的雷諾數很高, 極易構成湍流運動〔5〕。流體中每一流體微團都具有極高的速度, 會對閥芯與閥座發生宏大的沖擊作用, 使其外表構成一道道溝痕。另外, 液體中還能夠存在一些固體巨大顆粒, 這些顆粒由高速液流攜帶著沖向零件外表, 也會在零件外表刮出痕跡。高速水流形成的腐蝕和巨大顆粒形成的腐蝕外形上根本相反, 都是一條條拉長的溝槽, 其方向與活動方向分歧, 而氣蝕發生的腐蝕則是大大小小的坑。沖蝕嚴重的中央是在閥芯的中心, 由于此處流速高, 而氣蝕腐蝕嚴重的中央則在流速高部位的下游。另外, 閥門開度越大, 氣蝕腐蝕越嚴重。而開度越小, 沖蝕越嚴重〔4〕。一般來說, 材料的硬度越高, 抗沖蝕的才能就越強。


(3) 低溫腐蝕


當高速水流沖擊閥芯外表時, 外表溫度降低,使其硬度降低, 抗磨損才能隨之降低, 招致氣蝕與沖蝕更爲嚴重。要進步閥的抗氣蝕、沖蝕磨損及低溫腐蝕的才能, 對閥座與閥芯可停止外表硬化處置或采用工具鋼及硬質合金等材料, 在構造上可采用分級降壓、設計合理的緩沖室構造和防止空化的構造。




5  改進方法


A、熱處置與外表硬化處置


關于超高壓閥門運用的材料, 通常采用熱處置和外表硬化處置辦法進步其抗擠壓和耐沖蝕功能。


真空熱處置


真空熱處置是指將工件置于真空中停止的熱處置工藝。真空熱處置在加熱中不發生氧化、脫碳及其他腐蝕, 而且具有污染外表脫油除脂的作用。在真空中能將資料在冶煉進程中吸收的氫、氮和氧等氣體脫出, 進步材料的質量和功能〔3〕。如將W18Cr4V 制造的超高壓針閥停止真空熱處置后,無效地添加了針閥的沖擊韌性, 同時進步了力學功能和運用壽命〔4〕。


外表強化處置


爲了進步零件的功能, 除了改動材質以外, 更多的是采用外表強化處置辦法。如外表淬火(火焰加熱、高中頻加熱外表淬火、接觸電加熱外表淬火、電解液加熱外表淬火、激光電子束加熱外表淬火等) 、滲碳、氮化、氰化、滲硼、滲金屬( TD法) 、激光強化、化學氣相堆積(CVD 法) 、物理氣相堆積( PVD 法) 、等離子體化學氣相堆積(PCVD) 和等離子噴涂等。




(1) 物理氣相堆積( PVD 法)  在真空中使用蒸鍍、離子鍍、濺射等物理辦法發生金屬離子,這些金屬離子在工件外表堆積, 構成金屬涂層, 或與反響器反響構成化合物涂層, 這種處置工藝辦法稱爲物理氣相堆積, 簡稱PVD 法。此辦法堆積溫度低, 處置溫度400~600 ℃, 變形小, 對零件的基體組織及功能影響小。應用PVD 法在W18Cr4V制造的針閥上堆積TiN層, 則TiN層極高的硬度(2 500~3 000HV) 和高耐磨性, 進步了閥門抗腐蝕性, 在稀的鹽酸、硫酸、硝酸中不受浸蝕, 能堅持光亮外表。PVD 處置后掩蓋層精度很棒。可研磨拋光, 其外表粗糙度爲Ra018μm , 拋光后可到達0101μm〔6〕。




(2) 滲金屬法 將工件置于添加有分散元素或其合金的硼砂沐浴中, 在工件外表構成V、Nb、Cr 、Ti 等高硬度碳化物層, 這種處置工藝辦法稱爲滲金屬( TD) 法。該工藝波動性好, 無公害,零件外表清潔, 是一項卓有成效的外表超強度硬化技術, 從而極大地進步零件的運用壽命。TD 法浴用資料以含40 ‰~80 ‰的Ni , 10 ‰~30 ‰的Cr 合金或Fe - Ni - Cr 合金制件, 其耐蝕性和抗氧化性強〔7〕。


相關標簽:高壓閥門

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