《马氏体不锈钢薄板焊接工艺技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《马氏体不锈钢薄板焊接工艺技术（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、河南机电高等专科学校绪论波纹管是一种带横向波纹的圆柱形薄壁弹性壳体,是机械密封焊接金属波纹管的关键零件,焊接金属型机械密封由动环,静环,波纹管,弹簧,辅助密封圈,波纹管座,止转螺钉所组成如下图1所示.图1随着科技的进步,高科技波纹管机械密封产品得到研制和开发。波纹管机械密封采用新型结构及密封材料,密封效果良好,比传统旋转式密封有更突出的特点,在油气生产设备上得到了广泛的应用。32第一章 波纹管的作用和生产1.1 波纹管机械密封的优点波纹管机械密封原理与旋转式机械密封原理基本相同,称为端面密封,所不同的是,波纹管机械密封比旋转式密封有更突出的优点,表现为:结构简单,安装方便,适应性强,静止环具有
2、浮动性;浮环结构设计,消除镶装环的各种应力;旋转环易于更换、修复;结构紧凑,适用于螺杆泵轴向较小的场合;旋转环、静止环法兰连接、动泄漏点少。应用中有如下特点:密封可靠,在较长时间使用中不会泄漏;使用寿命长,静环和动环高耐磨材料和一定的比压,它比旋转式密封多用半年;摩擦功率损失小;适用范围广,能用于低温、高温、高压、各种转速及各种耐腐蚀、易燃、易爆、有毒介质的密封;弹簧强度大,抗震能力强,稳定性好。波纹管弹簧与旋转式弹簧优缺点比较见下表1。表1 波纹管弹簧与旋转式弹簧优缺点比较影响因素波纹管弹簧旋转式弹簧比压均匀性端面上弹簧比压均匀端面上弹簧比压不均匀摩擦副摩擦接触面积大，对中性好摩擦接触面积小
3、，对中性好调整弹簧力弹簧力调整范围大，有利于调整弹簧力弹簧力调整范围小，不利于调整弹簧力结构尺寸结构紧凑，尺寸小结构尺寸大性能加工精密，性能好加工精密低，性能差1.2 机械密封的选择及常用材料波纹管机械密封种类型号较多,按有无轴套分为集装式机械密封和非集装式机械密封两种,按密封结构型式分为两种:一种是动环采用波纹管组件;一种是静环采用波纹管组件。一般的选择方法为:根据输送介质的性质和操作条件选择机械密封;根据泵规格型号来选择机械密封;根据端面的比压和端面的相对运动速度来选择机械密封。就材料而言,波纹管用镍铬不锈钢、镍铬钼合金、高镍合金钢,具有硬度高、强度高、耐磨性能高、耐腐蚀、耐高温、热膨胀系
4、数小等优点。摩擦环用浸渍树脂石墨、浸渍金属石墨、钨化硅、碳化硅、硬质合金等,它们的导热性能好,自润滑性能好在硫酸、盐酸、碱中耐腐蚀。密封圈采用O型橡胶密封圈,具有良好的弹性和密封性,并且具有不粘性,不溶解,不老化,耐高温和耐低温等性能。材质主要有丁腈橡胶、氟橡胶等。1.3 机械密封的使用在喇二压气站浅冷装置油气生产设备上,大量使用波纹管机械密封,只有正确的使用和操作,才能保证机械密封的正常运行和延长使用寿命。(1)启动前,应全面检查机械密封是否有泄漏现象。若泄漏较多,应查出原因设法消除,或拆卸检查并重新安装。按泵旋向盘车,检查是否轻快均匀。(2)启动前,应保持密封腔充满液体,必须盘车,防止突然
5、启动而造成密封损坏。(3)泵在运转中,泵的压力应平稳,应避免发生抽空现象。目前,开发研制和使用DBM-40A-1、DBM-35B-1等20多种波纹管机械密封,密封良好,寿命长,得到了广泛应用,并取得了显著效果。1.4 波纹管的生产波纹管作为一种密封元件,它的形状是有很多种的.就波的形状而言,以U型波纹管应用最为广泛,其次还有V型、和S型等;就层数而言,则分为单层和多层波纹管;随着近代工程的迅速发展,流体处理机械的使用范围不断夸大.用于密封机械装置,或作为真空管路的膨胀节,在真空、半导体、石化、仪器、医疗、航空和军事等方面都有广泛的用途.焊接金属波纹管承受由轴向,振动而传递的交变载荷作用.其直接
6、效果是波纹管伸长缩短.这样在中段波峰、波谷处的截面将承受较大的反复拉压应力作用,文献表明波纹管的失效形式疲劳破坏,膜片撕裂.提高波纹管的疲劳强度,提高波纹管的弹性是目前存在的问题.同时保证可靠的密封性和延长使用寿命是当前密封研究、设计、制造、使用等方面十分重要的问题.膜片结构对焊接金属波纹管的力学性能的影响较大.从国内外研制开发型新型膜片结构的波纹管来看,要充分提高焊接金属波纹管机械密封的密封性能和使用寿命,必须进一步改进膜片结构,以制造出性能更为优越的波纹管,大幅度提高波纹管的力学性能,使其在恶劣环境下具有良好的耐高温,耐疲劳的性能.在满足设计要求条件下,合理选择管形及其参数,不仅可以节省大
7、量原材料,降低制造过程中的能源消耗,还可以降低制造工装的成本(如较为简洁的管形可以节省模具等工装费用).图2 波纹管膜片分类和形状机械密封的工作过程是这样的:当旋转轴旋转时,通过止转螺钉带动波纹管座,而波纹官座,波纹管以及动环座为焊接组合件,因此,波纹官座的旋转会带动动环一起旋转,而动环借助波纹管的弹性力及密封介质的压力使之与静环始终保持良好的贴合状态,从而完成轴封的作用图3（a）.焊接波纹管是一种由许多以冲压方式成型的薄形中空膜片,利用精密焊接所制成的高度可弯曲及伸缩的金属管.其组成方式是由两成型中空膜片以同心圆的方式作内缘焊接组成膜片对,再将多个膜片对堆一起作外缘焊接组成波纹段,再于两端和
8、端板金属焊接组合成波纹管组,如此便可应外部的需要与其他运动部件一起作往复运动如图3(b).图3焊接金属波纹管机械密封是近30年来发展较快的一种新型机械密封。因其结构形式和选用材料的特殊性,其应用范围越来越广。随着国民经济的发展,特别是我国石油化工的生产能力及技术水平的发展,对轴封的要求越来越严格,使用参数也越来越高。对于温度为-200至-40,或高于200的介质以及一些高温高压的介质,及其变工况和易抽空的情况下,不论是泵、反应釜、高速离心压缩机密封,焊接金属波纹管机械密封一般来说可以较好地解决。我国自行研制的焊接金属波纹管也取得了良好的成效。1998年我国相继发布实施了泵用焊接金属波纹管机械密
9、封标准JB/T 87231998和焊接金属波纹管釜用机械密封标准JB/T31241998。薄壁管件的生产,是一种生产效率高,生产成本低的有效方法。第二章 马氏体不锈钢性质分析和热处理2.1 马氏体不锈钢的主要技术特点图4马氏体不锈钢的化学组成及成分根据铁铬二元相图(见图4)可以看出,在8311394的温度范围内,靠近纯铁的一边,存在一个封闭的相区(或称高温奥氏体稳定区域,是指铁和其他元素形成的面心立方晶格结构的固溶体),并存在一个窄的和双相区域。马氏体就是奥氏体通过无扩散型相变而转变成的亚稳相(具有铁磁性,其硬度、强度主要由过饱和的碳含量决定)。因此,为了获得马氏体组织,一个基本的先决条件,就
10、是在相图中必须存在有奥氏体(相)的区域。对于无碳Fe-Cr二元合金平衡相图而言,铬含量大于12%时,在所有温度条件下,均不存在奥氏体组织,为此只有加入能改变相图扩大相区的元素,(主要是碳等),才能实现上述先决条件。随着碳含量的增加,相区边界逐渐向高铬方向扩展,而铬含量的增加,又稳定铁素体和缩小奥氏体相区,并阻碍冷却时奥氏体向马氏体的转变,所以提高铬含量时,还需相应提高碳含量来扩大类相区,才能获得马氏体组织。当碳含量达0.6%时,纯 (单一)奥氏体相最高铬含量达18%左右。若继续增加碳含量,因形成碳化物等而不再扩大相区,但能提高耐磨性。因此,马氏体不锈钢一般含铬量在12%18%之间,含碳量在0.
11、1%1.0%范围内。鉴于碳对钢的组织与性能的重大影响,马氏体铬不锈钢习惯上可按碳含量大体分为三类:低碳类:C0.15%,Cr12%14%,如1Cr13;中碳类:C 0. 2% 0. 4%, Cr12% 14%,如2Cr13, 3Cr13等;高碳类:C 0.6%1.0%,Cr18%,如9Cr19,9Cr18MoV等。为了改善铬马氏体不锈钢的性能向钢中加入少量的镍,于是形成另一类(或第四类)为含有少量镍的马氏体不锈钢。镍属于稳定奥氏体和扩大相区的元素,加入2%Ni时,就有明显效果。这样可以用镍代碳,如1Cr17Ni2马氏体不锈钢,因其低碳高铬加镍,比一般马氏体不锈钢具有更好的耐蚀性、强度与韧性。表
12、2为列入国家标准的各类马氏体型不锈钢的化学成分。表2牌号化学成分/%CSiMnPSNiCrMo1Cr120.150.501.000.0350.03011.5013.0-1Cr130.151.001.000.0350.03011.5013.50-1Cr13Mo0.080.180.61.000.0350.03011.5014.000.300.60Y1Cr130.151.001.250.0600.1512.0014.002Cr130.160.251.001.000.0350.03012.0014.00-3Cr130.260.401.001.000.0350.03012.0014.00-3CrMo0.
13、280.350.801.000.0350.030-12.0014.000.501.00Y3Cr130.260.401.001.250.0600.1512.0014.001Cr17Ni20.110.170.800.800.0350.0301.502.5016.0018.007Cr170.650.751.001.000.0350.03016.0018.008Cr170.750.951.001.000.0350.03016.0018.0011Cr170.951.201.001.000.0350.03016.0018.00Y11Cr170.951.201.001.250.0600.03016.0018
14、.00注:允许含有0.60%Ni;可加入0.60%Mo;可加入0.75%Mo。2.2 马氏体不锈钢的工艺性能2.2.1 焊接性能分析在各类不锈钢中,马氏体不锈钢的焊接性能较差,焊缝热影响区有强烈的淬硬倾向,较大的焊后残余应力以及由于氢的作用所引起的延迟裂纹。特别是高碳马氏体不锈钢更为敏感,因此焊接这类不锈钢工件时,一般采用200400预热以及层间保温措施,在焊完后尚未冷却时,将工件置于730790的炉中保温,然后再进行空冷。为了清除氢引起的延迟裂纹,应注意焊条的干燥、焊缝坡口的清洁以及在干燥气氛下进行焊接等因素。可用奥氏体不锈钢焊条焊接马氏体不锈钢。1Cr13性能近于热轧状态45钢,焊缝热影响区显著硬化脆性增大,残余应力也较大,所以可焊性较差。含碳量越高,裂缝敏感性越大,就是与母材成份相同的焊缝同样易硬化。另外,由于氢的作用亦容易引起延迟裂缝,钢性大的焊接接头也会产生裂缝。为防止焊缝硬化和产生裂缝,一般情况下焊前预热和层间保温,焊后在尚未冷却前进行高温回火,以提高焊缝和热影响区的塑性和韧性。当工件不允许预热和焊后热处理时,可使焊缝金属为奥氏体组织,以提高塑性和韧性,松驰焊接应力,降低焊接接头冷裂倾向，但这种成份不一的焊接接头其母材强度大于焊缝，
