【閥門知識】球閥球體的制造技術(shù)

球體是球閥的啟閉件，又稱球芯、球，球體繞閥體中心線作旋轉(zhuǎn)來達(dá)到開啟、關(guān)閉球閥的作用。球閥可在管路中切斷、調(diào)節(jié)、分配和改變介質(zhì)的流動方向。球閥具有很多優(yōu)點(diǎn)，是近年來被廣泛采用的一種新型閥類。不同功能的球閥往往擁有不同的球體。

閥門球體成形方法比較

(1) 鑄造法

鑄造法這是一種傳統(tǒng)的加工方法，它需要一套完善的熔煉、澆注等設(shè)備，還需要較大的廠房和較多的工人，投資大，工序多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，并污染環(huán)境，每道工序的工人技術(shù)水平直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，閥門球體毛細(xì)孔滲漏的問題尚無法徹底解決，而毛坯加工余量大，浪費(fèi)大，往往在加工過程中發(fā)現(xiàn)因鑄造缺陷使其報(bào)廢，至使產(chǎn)品成本增高，質(zhì)量無法保證。

(2) 鍛造法

鍛造法這是目前國內(nèi)許多閥門企業(yè)所采用的另一種方法，它有二種加工方式：其一是用圓鋼切斷加熱鍛打成球形實(shí)心毛坯，然后進(jìn)行機(jī)械加工。其二是將下料成圓形的不銹鋼板在大型壓力機(jī)上模壓成形，得到空心半球形毛坯，然后再對焊成閥門球體毛坯進(jìn)行機(jī)械加工，此法材料利用率較高，但需一臺大功率的壓力機(jī)和加熱爐以及氬孤焊設(shè)備。

自由鍛

自由鍛指的是金屬坯料加熱好后置于鍛造設(shè)備的砥鐵（上.下）之間,施加沖擊力或壓力,使得坯料直接產(chǎn)生塑性變形,獲取要生產(chǎn)鍛件的一種加工方法。分類：手工自由鍛造、錘上自由鍛造、水壓機(jī)自由鍛造 

優(yōu)點(diǎn)：適用性強(qiáng)，靈活性大，周期短，特大鍛件的唯一方法

缺點(diǎn)：精度低，加工余量大，效率低，勞動強(qiáng)度大

模鍛

模鍛的正規(guī)說法叫模型鍛造，坯料進(jìn)行加熱后放在固定在模鍛設(shè)備上的鍛模里面鍛造最終成形的。

模鍛設(shè)備：在工業(yè)生產(chǎn)中，大都采用錘上模鍛。蒸汽-空氣錘，噸位在5KN~300KN（0．5~30t） 壓力機(jī)上的模鍛最普遍的是熱模鍛壓力機(jī)。

鍛造比

鍛造比：是指鍛造前后的坯料（金屬）橫截面積的比。工序不同，其計(jì)算的方法，方式也不同。

拔長時(shí)，鍛造比為y=F0/F1或y=L1/L0 F0,L0—拔長前鋼錠或鋼坯的橫斷面積和長度；F1,L0—拔長后鋼錠（坯）的橫截長度與面積。

鐓粗時(shí)的鍛造比，也稱鐓粗比或壓縮比，其值為y=F1/F0或y=H0/H1  F0, H0—鐓粗前鋼錠或鋼坯的橫截面積和高度，F(xiàn)1, H1—鐓粗后鋼錠或鋼坯的橫截面積和高度。

鍛造溫度

a.始鍛溫度：始鍛溫度可以認(rèn)為是鋼或合金在爐內(nèi)允許加熱的最高溫度。 

b. 終鍛溫度: 閥門配件 需要在結(jié)束鍛造之前胚料仍具有很強(qiáng)的塑性，在鍛后獲得再結(jié)晶組織。

(3) 旋壓法

金屬旋壓法是一種先進(jìn)的少、無切屑加工方法，屬于壓力加工的新分支，它綜合了鍛、擠、軋及滾壓等工藝特點(diǎn)，具有材料利用率高 ( 可達(dá) 80-90%) ，節(jié)省大量的加工時(shí)間 (1-5 分鐘成形 ) ，經(jīng)旋壓后材料強(qiáng)度可提高一倍。由于旋壓時(shí)，旋輪與工件小面積接觸，金屬材料得于二向或三向壓應(yīng)力狀態(tài)，易于變形，在較小的動力下，就可獲得較高的單位接觸應(yīng)力 ( 可達(dá) 25-35Mpa) ，因此，設(shè)備重量輕，所需總功率小 ( 不到壓力機(jī)的 1/5-1/4) ，現(xiàn)已被國外閥門行業(yè)公認(rèn)為是一種節(jié)能的閥門球體加工工藝方案，同時(shí)也適用于加工其它空心回轉(zhuǎn)體的零件。旋壓技術(shù)在國外已得到廣泛的應(yīng)用和高速的發(fā)展，工藝和設(shè)備均十分成熟和穩(wěn)定，并實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、液一體化的自動控制。目前，旋壓技術(shù)在我國也得以較大的發(fā)展，已進(jìn)入推廣實(shí)用的階段。

球體常用材料和牌號

A.碳鋼

ASTM A105

ASTM A350 LF2

ASTM A694 F60

B.低合金鋼

ASTM A322 4130(AISI 4130)

ASTM A322 4140(AISI 4140)

C.不銹鋼

C.1鐵素體不銹鋼: ASTM A182 F429 F430

C.2馬氏體不銹鋼: ASTM A182 F6a Class1/Class2/Class3/Class4 GB/T 1220 12Cr13

C.3奧氏體不銹鋼: ASTM A182 F316 ASTM A182 F304

C.4雙相不銹鋼: ASTM A182 F51 F53 F55 F60

C.5沉淀硬化不銹鋼: ASTM A705 17-4PH

D.鎳基合金

ASTM B564 Moenl400

ASTM B564 NO6625(Inconel625)….

國家標(biāo)準(zhǔn)：

ASTM:美國材料試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)

AISI：美國鋼鐵學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)

GB：中國國家標(biāo)準(zhǔn)

JIS：日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

材料書寫：國家標(biāo)準(zhǔn)+標(biāo)準(zhǔn)號+材料牌號

球體技術(shù)條件

球閥通道截面直徑的選擇

在設(shè)計(jì)計(jì)算球閥時(shí)，首先要確定球體的通道直徑，以便作為其他部分計(jì)算的基礎(chǔ)。球體通道的最小直徑要符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

設(shè)計(jì)國標(biāo)球閥時(shí)，全通徑球閥的最小通徑應(yīng)符合GB／T 19672—2005《管線閥門技術(shù)條件》或GB／T 20173—2006《石油、天然氣工業(yè)一管線輸送系統(tǒng)一管線閥門》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

設(shè)計(jì)美標(biāo)球閥時(shí)，全通徑球閥的最小通徑應(yīng)符合APl6D—2008／IS014313：2007《石油、天然氣工業(yè)一管道輸送系統(tǒng)一管道閥門》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

對縮徑球閥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對于公稱尺寸DN≤300mm(NPSl2in)的閥門，閥門公稱尺寸的孔徑縮小一個(gè)規(guī)格，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)徑；對于公稱尺寸DN350(NPSl4)～N600(NPS24)的閥門，閥門公稱尺寸的孔徑縮小兩個(gè)規(guī)格，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)徑；對于公稱尺寸DN>600mm(NPS24in)的閥門，和用戶商定。對于沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的球閥，通常球體通道的截面積應(yīng)不小于管道額定截面積的60％，設(shè)計(jì)成縮徑形式，這樣可以減小閥門的結(jié)構(gòu)，減輕重量，減小閥座密封面上的作用力和啟、閉轉(zhuǎn)矩。一般采用閥門公稱尺寸DN與球體通道直徑d之比等于0.78。此時(shí)，球閥的阻力不會過大。

球體加工工藝流程

球體常用熱處理種類

ASTM A105：正火處理

ASTM A350 LF2：調(diào)質(zhì)處理

ASTM A694 F60：調(diào)質(zhì)處理

ASTM A322 4130/4140：調(diào)質(zhì)處理

ASTM A182 F6a CLASS2：調(diào)質(zhì)（二次回火）

ASTM A182 F304/F316/F51/F53/F55/F60：固溶處理

ASTM A705 17-4PH：沉淀硬化處理（淬火+二次人工時(shí)效）

球體表面電鍍

一、為什么要化學(xué)鍍？

目的：提高球體在實(shí)際使用中的耐磨損性能或防腐性能

二、為什么碳鋼類材料電鍍量最大？

碳鋼易銹，表面硬度也較低，為了防止碳鋼表面銹蝕以及節(jié)約成本，所以碳鋼電鍍的量最大

三、為什么不銹鋼材料還要電鍍？

主要目的是為了提高球體表面硬度，從而提高使用中的耐磨性。

四、常見種類(分類）

1.化學(xué)鍍鎳磷（參考標(biāo)準(zhǔn)ASTM B733）

1.1 按鍍層合金類型分類：

I 類：P無要求

II類：更低磷（1~3%）

III類：低磷（2~4%P）：鍍態(tài)硬度620-750HK

IV類：中磷（5~9%P）：廣泛用于滿足耐磨性和耐腐蝕性場合

V類：高磷（＞10%）：在各種場合中具有優(yōu)良的耐鹽噴性和耐酸性能,磷含量大于11.2%的鍍層被認(rèn)為具有磁性。

1.2 根據(jù)厚度使用條件分類：

SC0 0.1μm——最小使用條件

SC1 5μm——輕載使用條件

SC2 13μm——適度使用條件

SC3 25μm——中度使用條件

SC4 75μm——嚴(yán)重使用條件

1.3 按鍍后熱處理分類：

類別1——沉積態(tài)，不熱處理

類別2——在260~400℃條件下熱處理產(chǎn)生850HK的最小硬度

類別3——在180~200℃條件下熱處理2~4小時(shí)，提高鋼的鍍層附著 力，并為消除氫脆作準(zhǔn)備。

類別4——在120~130℃條件下熱處理1小時(shí)以上增加鋁合金及滲碳鋼的附著力（結(jié)合力）。

類別5——在140~150℃條件下熱處理1小時(shí)以上提高鋁、非時(shí)效硬化鋁合金、銅、銅合金的鍍層附著力。

說明：球體熱處理硬度要求一般建議客戶在500~650HV或600~850HV或850HV以上，三中之中選擇。