專利名稱：閥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及閥裝置，尤其是涉及能夠防止蒸汽閥的閥棒與支承該閥棒的軸承之間卡死的閥裝置。
背景技術(shù)：
汽輪機(jī)的主要的蒸汽閥是在高溫高壓下的苛刻的條件下使用，并且擔(dān)負(fù)控制高速蒸汽流的任務(wù)。在高溫下，金屬表面處于活性化狀態(tài)，和該氣體環(huán)境中的高溫水蒸氣反應(yīng)生成氧化被膜。該生成的氧化被膜其和母材的附著強(qiáng)度因母材的組成和周圍環(huán)境條件不同而不同，閥反復(fù)進(jìn)行開閉動作時引起剝離，由于閥棒的滑動其局部性地堆積在表面的凹部而埋入閥棒和軸承的間隙，有時會產(chǎn)生閥棒的卡死。因此，在定期檢查汽輪機(jī)時，需要用于將閥棒周圍拆開而使氧化被膜掉落的修理，另外，由于將堆積物產(chǎn)生量預(yù)先估算在內(nèi)而較大地選定閥棒與軸承的間隙，會引起閥棒周圍泄漏的蒸汽量增多、成套設(shè)備整體的熱效率降低等問題。
目前，作為解決上述問題點的方法，是在閥棒的外表面設(shè)置通過氮化形
成的表面硬化層，但由于氮化層具有在約50(TC以上發(fā)生分解、軟化的性質(zhì)，且氮化層的厚度極薄，因此存在當(dāng)?shù)瘜邮r磨損加劇的缺點。
如上所述，閥棒和軸承在生成氧化被膜的情況下也必須保證不妨礙閥的動作左右的間隙。另夕卜，這些閥棒和軸承由低合金鋼(Cr-Mo-V鋼)、12Cr類不銹鋼、奧氏體不銹鋼等構(gòu)成，且為了防止磨損、卡死等而通過氮化進(jìn)行表面硬化處理。為防止卡死而設(shè)置的閥棒與軸承的間隙要將余量估算在內(nèi)進(jìn)行較大地設(shè)定，所以，閥棒因蒸汽流而振動，軸承端部磨損成喇叭口狀，還存在使閥棒的振動增大的危險。
針對以上的問題，專利文獻(xiàn)l提出用鈷基合金進(jìn)行堆焊的閥裝置。該閥裝置以堆焊層為主的至少兩層用以重量計Ni: 9~11%、 Cr: 19~21%、 W:14~16%、 C: 0.05 ~ 0.15%、少量Fe及雜質(zhì)、剩余部分為Co構(gòu)成的鈷基合金(司太立合金No.25)形成；此外，其上的層用以重量計Ni: 3 ~ 6%、 Cr:26~32%、 C: 0.9 ~ 1.4%、 W: 3 ~ 6%、少量Fe及雜質(zhì)、剩余部分為Co構(gòu)成的鈷基合金(司太立合金No.6)或者以重量計Ni: 4%以下、Cr: 25~29%、C: 0.2 ~ 0.3%、 Mo: 5~6%、少量Fe及雜質(zhì)、剩余部分為Co (司太立合金No.21 )構(gòu)成的鈷基合金形成。另外，司太立合金是Deloro Stdlite ( f 口 口只r ， 4卜)社的注冊商標(biāo)。
專利文獻(xiàn)1對采用TIG焊接進(jìn)行堆焊的情況進(jìn)行了例示，而專利文獻(xiàn)2提出在與軸承接觸的閥棒的外表面形成等離子粉體堆焊而成的鈷基合金焊接層的方案。
另外，專利文獻(xiàn)3提出向構(gòu)成蒸汽閥的驅(qū)動部的閥棒的軸承接觸面連續(xù)地供纟會鈷基硬質(zhì)合金粉末，同時對該粉末照射激光束使其依次融化而形成硬化鍍層的方案，還提出在構(gòu)成蒸汽閥的驅(qū)動部的閥棒的軸承接觸面熔射或涂布鈷基硬質(zhì)合金粉末形成硬質(zhì)合金層，其后向該硬質(zhì)合金層照射激光束使其再融化而形成硬化鍍層的方案。
在專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2中都是公開了通過使用鈷基合金、典型使用司太立合金而降低氧化被膜的產(chǎn)生的方案。
專利文獻(xiàn)1:日本特開昭59 - 169696號公報
專利文獻(xiàn)2:日本特開昭60 - 17206號公報
專利文獻(xiàn)3:日本特開平6 - 174126號公報
專利文獻(xiàn)2提出的等離子粉體堆焊，焊接材料向母材的溶入深度小，可以將稀釋率減小到不足5%,因此具有能夠有效地得到焊接材料的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)組成的堆焊層的優(yōu)點。另外，專利文獻(xiàn)3提出的激光束焊接，由于使冷卻用輔助氣體在光束周邊流動，具有堆焊材料被氣體吹散、焊接效率低的問題。因而，等離子粉體堆焊鈷基合金對作為本發(fā)明的對象的閥裝置是有效的。
然而，本發(fā)明人等進(jìn)行了各種對鈷基合金進(jìn)行等離子粉體堆焊的實驗，其中，經(jīng)過長時間在高溫高壓的苛刻條件下放置的情況下，確認(rèn)由鈷基合金構(gòu)成的等離子粉體堆焊層剝離或在焊接層上發(fā)生脆性的裂紋。
另外也確認(rèn)以下內(nèi)容，即、對閥棒進(jìn)行堆焊發(fā)生短路或緊急負(fù)荷阻斷時，有時閥棒受到大的沖擊，容易引起閥棒的焊接部脆性破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于這樣的技術(shù)課題而開發(fā)的，目的在于提高等離子粉體堆焊
4有鈷基合金的閥裝置的可靠性。
本發(fā)明人等在這樣的目的下，對由鈷基合金構(gòu)成的等離子粉體堆焊層剝離、或焊接層發(fā)生脆性裂紋的原因進(jìn)行了研究，直到發(fā)現(xiàn)影響鈷基合金向母材的稀釋率的因素。如上所述，等離子粉體堆焊的特征在于可以將稀釋率減小至低于5。/。，而且，在稀釋率低至不足5%時的情況下容易發(fā)生剝離。另一方面，稀釋率變高時，焊接層發(fā)生脆性裂紋的趨勢高。于是，本發(fā)明提出使稀釋率達(dá)到特定的范圍而形成由鈷基合金構(gòu)成的等離子粉體堆焊層的方案。
另外，就需要更加重視安全的汽輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)等的閥裝置而言，從安全方面考慮，提出在軸承側(cè)堆焊鈷基合金的方案。
也就是說，本發(fā)明的閥裝置具備軸承，該軸承具有與閥棒滑動的滑動面，其特征在于，在軸承與閥棒滑動的滑動面上形成有由耐熱鈷基合金構(gòu)成的等
離子粉體堆焊焊接層，該焊接層具備形成于軸承表面的、稀釋率為5~25%的第一焊接層、和形成于第一焊接層上的、稀釋率為第一焊接層的稀釋率的50%以下的第二焊接層。
第一焊接層的稀釋率優(yōu)選10 ~ 25%。
在此，本發(fā)明中所說的稀釋率是表示焊接金屬向母材的溶入量的參數(shù)，是將所焊接的金屬的全部量設(shè)定為A、將溶入母材的焊接金屬的量設(shè)定為B時，用B/Ax100 (%)求出的值。
如以上說明，根據(jù)本發(fā)明的閥裝置，通過使稀釋率達(dá)到特定的范圍而形成由鈷基合金構(gòu)成的等離子粉體堆焊層，即使是經(jīng)過長時間在高溫高壓的苛刻條件下放置的情況下，也可以防止由鈷基合金構(gòu)成的等離子粉體堆焊層剝離，從而提高等離子粉體堆焊有鈷基合金的閥裝置的可靠性。
另外，根據(jù)具備閥棒及支承該閥棒的軸承的本發(fā)明的閥裝置，由于摩擦系數(shù)較低的鈷基合金彼此之間可滑動，除上述的效果以外，還可以用更低的扭矩進(jìn)行閥的開閉。因而，根據(jù)本發(fā)明，可以得到使用于閥開閉的驅(qū)動器小型化的效果。


圖1是表示本實施方式中的閥棒及軸承的剖面圖;圖2是表示閥棒表面的焊接層的結(jié)構(gòu)的示意圖。符號說明1 閥棒、11 母材、12焊接層、12a第一焊^接層、12b 第二焊接層、2軸承、21 母材、22焊接層
具體實施例方式
下面，基于附圖所示的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)i^明。圖l是表示本實施方式中的閥棒l與軸承2嵌合在一起的狀態(tài)的示意圖。大致圓柱狀的閥棒1具備母材11和形成于母材11的外表面的焊接層12.。另外，大致中空圓筒狀的軸承2也具備母材21和形成于母材21的內(nèi)周面的焊接層22。閥棒1的焊接層12和軸承2的焊接層22成為滑動面。
呵棒1的母材11和軸承2的母材21可以由低合金鋼(Cr _ Mo - V鋼)、12Cr類不銹鋼、奧氏體類不銹鋼等構(gòu)成。
閥棒1的焊接層12及軸承2的焊接層22為等離子粉體堆焊鈷基合金而得到的焊接層。作為鈷基合金可以使用司太立合金。如表l所示司太立合金有若干種類。本發(fā)明可以使用其中任一種。另外，作為Co基合金，也可以使用鈷基耐磨合金(卜卩乂《口 4 ) ( Deloro Stellite社的注冊商標(biāo))。如表1所示，鈷基耐磨合金也有若干種類，本發(fā)明可以使用其中任一種。任何合金在含有相當(dāng)量的Cr方面是共通的。另外，表l所代表的成分用重量％表示。[表l]
名稱CrCMOSiWNiCoFe其它
司太立合金1302.512Bal.
司太立合金6281,14Bal.
司太立合金1229-311.4-1.88Bal.
司太立合金20332.45117.5Bal.<2.5
司太立合金21270.2562Bal.
司太立合金22280.3121.5Bal.
司太立合金25200,11510Bal.<3.0
司太立合金3125.50.57.510.5Bal.
司太立合金l卯263.2510.8514.53Bal.3
司大立合金250280.1Bal.20
司太立合金306240.5135Bal.<7.0Nb5.0
6司太立合金69428119Bal.<2.5
司太立合金706291.25<2.0<3.0Bal.<3.0
司太立合金712291.8590.5<3.0Bal.<3.0
司太立合金F25.7222Bal.
鈷基耐磨合金 T-4008.5<0.0828.52.6Bal.Ni + Fe<3.0
鈷基耐磨合金 T-40014<0.08272.4Bal.
鈷基耐磨合金 T- 80018<0.08283.4Bal.
鈷基耐磨合金 T-90018<0.08232.716Bal.
閥棒1的焊接層12及軸承2的焊接層22通過等離子粉體堆焊形成。等離子粉體堆焊是向等離子焊接火焰與焊接母材之間發(fā)生的等離子弧中供給粉體狀的焊接金屬、使其溶解而進(jìn)行焊接的方法。如前所述，等離子粉體堆焊具有可得到稀釋率低的堆焊層的特征，但在本發(fā)明中不利用其低稀釋率這種特征，而是設(shè)置稀釋率比通常高的焊接層。
如圖2所示，閥棒1的焊接層12由和母材11相接的第一焊接層12a、形成于第一焊接層12a上的第二焊接層12b構(gòu)成。即，通過對母材ll進(jìn)行等離子粉體堆焊形成第一焊接層12a。形成第一焊接層12a并對其表面進(jìn)行研削(粗研磨)、研磨(細(xì)研磨)加工之后，在第一焊接層12a上進(jìn)行等離子粉體堆焊，由此形成第二焊接層12b。形成第二焊接層12b后，對其表面進(jìn)行研削、研磨加工，得到焊接層12。第一焊接層12a和第二焊接層12b通常用同一焊接金屬構(gòu)成。
本實施方式的閥棒l其第一焊接層12a的稀釋率為5~25%。第一焊接層12a的稀釋率不足5。/。時，在閥棒l的使用環(huán)境下，焊接層12在母材11和第一焊接層12a的界面可能容易剝離?？梢岳斫鉃檫@是因為稀釋率低時，融合不良等焊接缺陷進(jìn)入第一焊接層12a與母材ll之間，貼合強(qiáng)度降低。在實際的焊接工序中，考慮到稀釋率的部分變動，優(yōu)選將稀釋率的下限設(shè)定為10。/。來進(jìn)行管理。另一方面，第一焊接層12a的稀釋率超過25。/。時，在閥棒l的使用環(huán)境下，第一焊接層12a上容易產(chǎn)生裂紋。優(yōu)選稀釋率為15~25%,更優(yōu)選稀釋率為17-23%。稀釋率高時發(fā)生裂紋的理由如下稀釋率增高時，母材ll中的Fe成分大量溶入第一焊接層12a內(nèi)。這些Fe和上述的Co基合金所含的Cr成分相結(jié)合，從而成為a相容易析出的狀態(tài)。在此，所謂a相是指Fe和Cr的金屬間化合物，其非常硬并且具有脆的特性。融入了大量Fe成分的第一焊接層12a長時間保持在高溫，由此cj相容易自第一焊接層12a析出而在第一焊接層12a上形成裂紋。另外，在等離子粉體堆焊后第一焊接層12a冷卻到常溫的過程中，第一焊接層12a上產(chǎn)生拉伸的殘余應(yīng)力。該殘余應(yīng)力具有伴隨稀釋率的增加而增大的趨勢。另一方面，通過閥棒l的工作在第一焊接層12a上施加外力。該外力和殘余應(yīng)力的和超過第一焊接層12a的斷裂強(qiáng)度時則產(chǎn)生裂紋。
其次，第二焊接層12b通過與第一焊接層12a同樣的焊接金屬構(gòu)成。因而，相對的于第一焊接層12a而言，第二焊接層12b可以得到高的貼合強(qiáng)度。由于能夠得到這樣高的貼合強(qiáng)度，第二焊接層12b容許比較低的稀釋率，只要達(dá)到第一焊接層12a的50%以下的稀釋率即可。作為更具體的稀釋率，可以低于5%，進(jìn)一步低于3。/。。另外，第二焊接層12b的稀釋率以第一焊接層12a為母材而求出。
第一焊接層12a (第二焊接層12b)的稀釋率可以根據(jù)等離子粉體堆焊的條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，將上述的司太立硬質(zhì)合金、鈷基耐磨合金作為焊接金屬的情況下，通過設(shè)定為以下的條件可以使第一焊接層12a的稀釋率達(dá)到5 ~25%。
母材11的預(yù)熱溫度250~ 350°C焊接速度70~80mm/min輔助氣體Ar氣(溫度20°C )
氣體流量等離子氣體2~3 1/min;保護(hù)氣體10~15 1/min火焰和焊接部的距離5 ~ 10mm火焰溫度90~ 120°C焊接金屬粒度分布60~180|am
在上述焊接條件下，具有減緩焊接速度的特征。這是因為在5~25%這樣的等離子粉體堆焊中，可得到高的稀釋率。即，通過減緩焊接速度可延長焊接金屬處于液相狀態(tài)的時間，從而提高稀釋率。通過延長處于液相狀態(tài)的時
間，還有能夠減少焊接面的波狀起伏，從而得到表面平滑的第一焊接層12a的優(yōu)點。
第二焊接層12b的稀釋率比第一焊接層12a低。因而，與使用和第一焊接層12a相同的裝置形成第一焊接層12a的情況相比，只要堆焊層的厚度相同，則只要使焊接速度在70 100mm/min的范圍迅速進(jìn)行焊接即可。其他焊接條件只要和第一焊接層12a同樣即可。
第一焊接層12a、第二焊接層12b的厚度可以根據(jù)使用環(huán)境適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，但分別優(yōu)選1.5~2.0mm。在要得到一層為3 4mm后的焊接層12的情況下，為了減輕其后進(jìn)行的研削、研磨加工的負(fù)擔(dān)，在抑制焊縫的波動高度而進(jìn)行均勻厚度的堆焊時，需要由熟練工進(jìn)行焊接。然而，在第一焊接層12a、第二焊接層12b的厚度為1.5-2.0mm這樣比較薄的情況下，通過用機(jī)器人進(jìn)行焊接也可以得到表面平滑的焊接面。此外，由于第一焊接層12a的焊接金屬和第二焊接層12b的焊接金屬相同，各自的厚度都可以薄到1.5-2.0mm左右，所以，可以減少焊接中氣體的巻入，從而能夠降低成為研削中異物滯留的原因的空孔的發(fā)生。
以上對閥棒1的焊接層12進(jìn)行了說明，對于軸承2的焊接層22,也設(shè)置具有同樣方式的第一焊接層、第二焊接層。
鈷基合金由于其干摩擦系數(shù)小且不產(chǎn)生鱗屑(,少一》)，所以摩擦系數(shù)穩(wěn)定。尤其是鈷基合金彼此之間的干摩擦系數(shù)為0.56時，高于鈷基合金和Fe的摩擦系數(shù)0.41，由于都沒有鱗屑產(chǎn)生及高溫氣體的存在，實質(zhì)上摩擦系數(shù)比干燥時低且穩(wěn)定。因而，通過在閥棒l與軸承2的滑動面上配設(shè)鈷基合金，就可以以更低的扭矩進(jìn)行閥的開閉。因而，根據(jù)本發(fā)明，還可得到能夠使得用于閥開閉的驅(qū)動器小型化的效果。
實施例
準(zhǔn)備1.2%Cr - 0.3%Mo鋼(JIS SCM3 )。按照以下的要領(lǐng)對板狀的該鋼材(母材)進(jìn)行等離子粉體堆焊。另外，如圖2所示，等離子粉體堆焊設(shè)定為兩層并且改變稀釋率。稀釋率通過如圖2所示改變焊接速度來進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，圖2中，所謂第一焊接層是形成有母材表面的焊接層，所謂第二焊接層是形成于第一焊接層表面的焊接層。形成第一焊接層之后，通過對其表面進(jìn)行研削、研磨加工達(dá)到圖2所示的厚度。其后，形成第二焊接層之后，通過對其表面進(jìn)行研削、研磨加工達(dá)到圖2所示的厚度。
鋼材的預(yù)熱溫度300°C焊接速度60~80mm/min輔助氣體Ar氣(溫度20°C )
氣體流量等離子氣體2.5 1/min;保護(hù)氣體121/min火焰和焊接部的距離6mm
火焰溫度90~ 120°C
焊接金屬材質(zhì)55%Co-30%Cr-15%W (重量％)焊接金屬粒度分布12(Him(平均粒徑)
使用按照以上要領(lǐng)制作的試料進(jìn)行焊接層的剝離、裂紋的評價。
剝離的評價通過超聲波探傷檢查來進(jìn)行。另外，裂紋的評價通過熒光浸透探傷檢查來進(jìn)行。
將其結(jié)果示于表2中，在第一焊接層的稀釋率不足5%的情況下，可觀察到第一焊接層從母材上剝離。但是，在第二焊接層的稀釋率不足5%的情況下，沒有發(fā)現(xiàn)第二焊接層從第一焊接層剝離的事例。
當(dāng)?shù)谝缓附訉拥南♂屄食^25%時，在第一焊接層上可觀察到裂鄉(xiāng)丈。同樣地，當(dāng)?shù)诙附訉拥南♂屄食^25%時，在第二焊接層上可觀察到裂紋。
根據(jù)以上的結(jié)果，與母材相接的等離子粉體堆焊形成的第 一焊接層的稀釋率優(yōu)選設(shè)定為5~25%的范圍。另外，為了發(fā)揮構(gòu)成第二焊接層的鈷基合金本來的特性，在第一焊接層上形成的第二焊接層的稀釋率設(shè)定為5%以下，優(yōu)選設(shè)定為3%以下。[表2]
第一焊接層第二焊接層
厚度稀釋率焊接速度厚度稀釋率焊接速度剝離裂紋
(mm )(%)(mm / min)(mm )(%)(mm / min)
2851.5381第一焊接層無
2580i,52.58i無無
215731.5381無無
220661.5381無無
225601.5381無無
230531.5381無第一焊接層
10235461.5381無第一焊接層
1.520662575無無
1.520662958無無
1.520662949無無
1.5206623042無第一、第二焊接層
1.5206623540無第一、第二焊接層
1權(quán)利要求
1、一種閥裝置，具備軸承，該軸承具有與閥棒滑動的滑動面，其特征在于，所述軸承在與所述閥棒滑動的滑動面上形成有由耐熱鈷基合金構(gòu)成的等離子粉體堆焊焊接層，該焊接層具備第一焊接層，其形成于所述軸承表面，稀釋率為5～25％；第二焊接層，其形成于所述第一焊接層上，稀釋率為所述第一焊接層的稀釋率的50％以下。
2、 如權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于，所述第一焊接層的稀釋 率為10~25%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種閥裝置，其可提高等離子粉體堆焊有鈷基合金的閥裝置的可靠性。該閥裝置具備軸承，該軸承具有與閥棒(1)滑動的滑動面，在軸承的與閥棒(1)滑動的滑動面上形成有由耐熱鈷基合金構(gòu)成的等離子粉體堆焊而成的焊接層(12)，該焊接層(12)具備形成于軸承表面的、稀釋率為5～25％的第一焊接層(12a)；形成于第一焊接層(12a)上的、稀釋率為第一焊接層(12a)的稀釋率的50％以下的第二焊接層(12b)。所謂稀釋率是表示焊接金屬向母材的溶入量的參數(shù)，是將所焊接的金屬的全部量設(shè)定為A、將溶入母材的焊接金屬的量設(shè)定為B時，用B/A×100(％)求出的值。
文檔編號B23K10/02GK101489711SQ20078002606
公開日2009年7月22日 申請日期2007年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日
發(fā)明者廣畑貴彥, 武井真男, 蟹川昌也, 西村利也 申請人:三菱重工業(yè)株式會社