Какие материалы применяются преимущественно для изготовления уплотнительных поверхностей арматуры

Обновлено: 28.04.2024

Уплотнительные материалы используются в ТА для создания и уплотнительных поверхностей седла и затвора. Требования к ним в различной арматуре очень противоречивы и разнообразны. Они должны обладать упругостью, хо-рошо шлифоваться, иметь неплохие антифрикционные свойства.

Прокладочные материалы применяются для изготовления уплотнитель-ных прокладок. Они должны иметь низкую стоимость, легко обрабатываться, изготавливаться в виде листов, выдерживать температурные воздействия, противостоять воздействию агрессивных жидкостей, обладать упругостью и текучестью.

Герметизирующие материалы применяются для герметизации узлов прохода шпинделя или штока через крышку корпуса. Они должны обладать упругостью, гидрофобностью, термостойкостью, долговечностью, низкой стоимо-стью.
Смазки применяются для уменьшения трения в подвижных деталях арма-туры. В некоторых случаях смазки применяются для уменьшения трения прокладочных материалов в момент монтажа арматуры. Они должны обладать термостойкостью, низким коэффициентом трения, технологичностью нанасения.

6.1. Корпусные материалы

Чугун представляет из себя железо с повышенным содержанием углерода. Чугун - тяжелый металл серого цвета. Как конструкционный материал используется очень широко, обладает высокой твердостью, достаточно низкой стоимостью и хорошими литейными свойствами. В отличие от низкоуглеродистой ста-ли обладает высокой коррозионной стойкостью, что резко повышает долговечность изделий, работающих в контакте с водой. Основным недостатком чугуна как корпусного материала является его хрупкость - он колется при приложении ударной или растягивающей нагрузки. С арматурой из чугуна следует обра-щаться достаточно аккуратно: не подвергать ее ударам, при навертывании резь-бы не прилагать чрезмерных усилий, не допускать замерзания воды в корпусе арматуры в зимнее время.

Существует несколько видов чугуна, используемых для изготовления кор-пусов арматуры: серый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун. Серый чу-гун наиболее хрупкий. Ковкий чугун хотя и не может коваться, однако его вяз-кость и прочность выше, а хрупкость меньше. Высокопрочный чугун занимает промежуточное место между сталью и серым чугуном, из всех чугунов он наи-менее хрупкий.

Чугунная арматура для повышения коррозионной стойкости может изготавливаться с внутренним защитным покрытием из различных материалов - эмали, пластмассы, резина. Существует несколько видов чугуна, используемых для изготовления кор-пусов арматуры: серый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун. Сталь представляет из себя железо с низким содержанием углерода. Это очень распространенный конструкционный материал, благодаря хорошим литейным качествам, пластичности, легкости обработки. Твердость стали меньше, чем у чугуна. Сталь не обладает хрупкостью, то есть не колется. Сталь хорошо подвергается механической обработке - точению, сверлению, фрезерованию, шлифованию. Стоимость стальной арматуры достаточно низкая.

Легированная сталь - это сталь с небольшими добавками других металлов для получения определённых свойств. За счет легирующих добавок повышается прочность стали и верхний температурный предел рабочего диапазона, повы-шаются коррозионная стойкость и твердость. Как правило, легирование осуществляется добавками хрома, марганца, ванадия, кобальта и других металлов. К легированным сталям относится нержавеющая сталь, обладающая повышен-ной коррозионной стойкостью, а так же жаростойкая сталь, используемая для арматуры, эксплуатируемой при высоких температурах. В отличие от обычной конструкционной стали легированные стали часто не обладают ферромагнитными свойствами.

Латунь представляет из себя сплав меди и цинка с небольшими добавками других металлов, используется для арматуры, работающей при температуре ме-нее 250 0С. Латунь - очень пластичный металл, обладает хорошими литейными свойствами, хорошо подвергается механической обработке, отлично шлифуется и полируется, что при необходимости позволяет получить очень высокое каче-ство поверхности. Из латуни в технике изготавливают корпуса различных изделий, включая точные приборы и механизмы. Высокое качество шлифовки по-зволяет изготавливать уплотнительные поверхности седла прямо на корпусе ар-матуры без нанесения слоя другого металла. Латунь по сравнению со сталью значительно лучше противостоит коррозии в присутствии воды и водяных паров. Стоимость латуни, как и любого другого цветного металла, выше стоимости стали, что ограничивает ее использование арматурой малых размеров.

Бронза представляет из себя сплав меди и олова с небольшими добавками других металлов. Бронза хорошо противостоит коррозии, хорошо обрабатыва-ется. В отличие от латуни бронза при точении образует не витую стружку, а мелко крошится, однако качество поверхности после обработки высокое. Литейные свойства бронзы человек узнал очень давно. Стоимость бронзы, как и латуни, достаточно высока, она тоже применяется для арматуры малых размеров. Из бронзы на стальной арматуре изготавливают уплотнительные кольца.

Алюминиевые сплавы применяются для специальной арматуры малых размеров, работающей при температурах до 100 0С. Алюминий обладает малой плотностью, что делает арматуру из него очень легкой. Это пластичный металл, хорошо отливается, легко подвергается пластической обработке. Недостатком является малая прочность по сравнению с ранее рассмотренными корпусными материалами. Температура плавления алюминия 650 0С, однако он теряет проч-ность при значительно меньших температурах. При температурах около 600 0С алюминий и его сплавы становятся хрупкими, и их можно истолочь в порошок. Коррозионная стойкость алюминия достаточно высока благодаря наличию защитной окисной пленки на его поверхности. Алюминий плохо противостоит действию щелочей.

Никелевые сплавы представляют из себя никель с добавками различных металлов. Никель и его сплавы обладают рядом ценных свойств: хорошо проти-востоят действию морской воды, сохраняют прочность и пластичность при низких температурах. В интервале температур от -271 0С до +600 0С свойства ни-келя практически не изменяются, что позволяет использовать его и в криогенной арматуре, и в арматуре, работающей при повышенных температурах. Из никелевых сплавов отметим монель, сплав 68 % Ni , 28% Cu , 2.5 Fe , 1.5 Mn. Этот сплав широко применяется для арматуры, эксплуатируемой в морской во-де.
Титан - серебристо белый легкий металл, имеет высокую температуру плавления, применяется в авиации, а так же в технике как металл, хорошо про-тивостоящий коррозии. Однако он имеет плохие антифрикционные свойства, уплотнительные поверхности из титана склонны к задиранию. В основном из этого металла изготавливают химическую арматуру. Стоимость его высока, поэтому арматура общепромышленного назначения из него не изготавливается.

Фарфор - керамический материал. Как большинство керамик, фарфор об-ладает высокой химической стойкостью, отсутствием коррозии, поэтому при-меняется для изготовления химической арматуры. Недостатком фарфора явля-ется хрупкость и малая прочность на изгиб и растяжение, на сжатие фарфор работает хорошо. Как правило, арматура из фарфора не рассчитана на высокие давления. Температурный предел у фарфора высокий.

Пластмассы являются органическими материалами, они горючи и имеют низкую прочность. Из пластмасс для изготовления арматуры наиболее широкое применение нашли винипласт (поливинилхлорид, полихлорвинил) и полиэти-лен. Пластмассы обладают очень высокой химической стойкостью, что позво-ляет изготавливать из них химическую арматуру. Стоимость пластмасс невысо-ка, поэтому в последнее время появилась арматура малых диаметров общего назначения, выполненная из пластмассы. Рабочее давление этой арматуры ниже, чем металлической, однако она может успешно использоваться в системах, где давления невелики. Недостатком винипласта является его низкая морозостойкость, что не позволяет использоваь арматуру из него в уличных условиях.

6.2. Уплотнительные материалы

Уплотнительные материалы применяются в том случае, когда материал корпуса арматуры не позволяет получить удовлетворительное качество уплотнительной поверхности седла. В этом случае производится наплавка колец из другого материала в пламени электрической дуги или ацетиленовой горелки с последующей механической обработкой поверхности кольца. Сплавы для на-плавки уплотнительных колец должны обладать хорошими антифрикционными свойствами, малой склонностью к образованию задиров, хорошо шлифоваться, обладать коррозионной стойкостью. Для этих целей применяют бронзу, латунь, монель-металл, нержавеющую сталь.

Уплотнительные поверхности тарелок вентилей, клапанов и другой арматуры малого диаметра, где усилия на поверхности не слишком велики, часто выполняют из неметаллических материалов - пластмассы, резины, кожи. Для армату-ры крупных размеров неметаллические материалы не применяют.

6.3. Прокладочные материалы.

Прокладочные материалы применяют для уплотнения как мест соединения крышки и корпуса арматуры, так и мест соединения арматуры с ттрубопроводом, то есть присоединительных патрубков. Выбор уплотнительных материалов весьма широк, сюда входят как металлические, так и неметаллические.

Резина представляет из себя продукт термической обработки (вулканизации) смеси каучука и серы. Это очень упругий материал, обладает малой прочно-стью. Резиновые уплотнитель ные прокладки могут вырезаться или штампо-ваться из листовой резины, или формоваться в процессе вулканизации. Обычная резина выдерживает температуры до 50 0С , а специальная теплостойкая до 140 0С. Резина горюча и не должна применяться при повышенных температурах. Ре-зиновые прокладки в зависимости от сорта резины обладают средней или высо-кой степенью релаксации, то есть способностью восстанавливать свою форму

после снятия нагрузки. Это позволяет в некоторых случаях использовать про-кладку повторно после разборки соединения.
Картон целлюлозный применяется для воды и пара низкого давления и может работать при температурах не более 120 0C и давлении не более 0.6 Мпа. Пре-имуществом этого материала является низкая стоимость и простота обработки. Он хорошо уплотняется, обладает малой релаксацией, то есть не восстанавлива-ет свою форму после сжатия.

Асбест - это неорганический природный материал белого цвета, который применяется при повышенных и высоких температурах. Выпускается в виде листового материала, картона или шнуров. Сам по себе асбест непрочный, рых-лый материал, обладает плохими антифрикционными свойствами. Для улучше-ния фрикционных свойств прокладочный материал из асбеста часто графити-руют, то есть посыпают или натирают порошковым графитом, который является хорошим смазочным материалом.

Листовой паранит представляет из себя продукт вулканизации смеси ас-бестовых волокон (60-70%), растворителя, каучука (12-15%), минеральных на-полнителей (15-18%) и серы (1.2-8.0%) и последующего вальцевания под боль-шим давлением.
Паранит является универсальным прокладочным материалом. При давлении выше 320 МПа он начинает течь, то есть достигается предел текучести, в ре-зультате чего все неплотности в соединении заполняются материалом и обеспе-чивается герметичность соединения. Толщина прокладки должна быть минимальной, однако достаточной для заполнения канавок и неровностей. При уве-личении толщины прокладки повышается вероятность ее выдавливания, поэто-му не рекомендуется ставить толстые прокладки. Паранит выпускается в виде листов толщиной до 6 мм, он легко режется, рубится, из него можно вырезать фигурные прокладки. Это самый распространенный прокладочный материал для средних диаметров арматуры.
Металлические прокладки присменяются как штатный прокладочный материал. Как правило, используются прокладки из цветных металлов. Недос-татком является невозможность самостоятельного изготовления такой проклад-ки, а так же большая релаксация напряжений.

Льняная прядь используется для уплотнения резьбовых соединений. Реред применение льняная прядь должна смазывается суриком, разведенным на натуральной олифе, что придает ей гидрофобные свойства. Натуральная олифа, в отличие от синтетической, не высыхает при отсутствии кислорода, поэтому резьбовое соединение, собранное с таким уплотнителем, может быть легко ра-зобрано через много лет.
Льняная прядь обладает хорошей упругостью, сто позволяет при монтаже даже сделать часть оборота в направлении развинчивания соединения без потери герметичности. Это очень важно для правильного разворота трубопровода при монтаже.

Лента ФУМ так же применяется для герметизации резьбовых соединений. Сокращение ФУМ означает фторпластовый уплотнительный материал. Фторпласт обладает низким пределом текучести, то есть легко уплотняется. Он технологичен в применении, выпускается на катушках в виде лент различной толщины. Однако он практически не обладает релаксацией, что не позволяет при сборке соединения производить даже частичный поворот в тубы в обратном направлении, то есть развинчивания.

6.4. Герметизирующие материалы

Герметизирующие материалы обеспечивают герметичность арматуры по отношению к рабочей среде, препятствуя перетеканию рабочей среды в окру-жающую через зазоры а местах прохода органа управления арматурой через корпус или крышку корпуса.

пенька
асбестовый шнур
графит
тальк
стекловолокно
фторпласт

Фторпласт применяется при наличии агрессивной среды или при повышенных температурах. Графит используется как смазочный материал или как самостоятельная набивка при высоких температурах.

Герметичные уплотнения широко применяют во многих направлениях техники и технологий. От их работоспособности в значительной степени зависят функциональные возможности разных видов оборудования. Сама же работоспособность уплотнительных элементов в значительной степени определяется свойствами материалов, из которых они изготовлены. Поэтому к выбору этих материалов производители подходят очень ответственно.

В соответствии с «ГОСТ 24856-2014. Арматура трубопроводная. Термины и определения» уплотнение в трубопроводной арматуре ─ это совокупность сопрягаемых элементов, обеспечивающих необходимую герметичность подвижных или неподвижных соединений деталей и узлов. А уплотнительная поверхность ─ это поверхность сопрягаемого элемента, контактирующая с уплотнительным материалом или непосредственно с поверхностью другого сопрягаемого элемента при взаимодействии в процессе герметизации.

Уплотнения арматуры выполняют важнейшую функцию, значение которой переоценить невозможно, ведь герметичность определяет надежность трубопроводной арматуры, а потому является ее наиважнейшим качеством. Герметичность обеспечивают различные уплотнения: уплотнение затвора арматуры, сильфонное уплотнение, сальниковые уплотнения арматуры, уплотнения между отдельными фрагментами ─ крышкой и корпусом, например. Есть еще уплотнения соединительных патрубков, где используют материалы для уплотнения резьбовых соединений и материалы для уплотнения фланцевых соединений. Как свидетельствует статистика, более половины случаев выхода трубопроводной арматуры из строя происходит по причине износа уплотнительных поверхностей, приводящего к снижению герметизирующей способности уплотнительных соединений.

Износ уплотнительных поверхностей

Износ уплотнительных поверхностей ─ явление многогранное, включающее не только наиболее очевидный механический износ, возникающий из-за трения контактирующих поверхностей при открытии и закрытии затвора арматуры, но также коррозионный и эрозионный износ. Коррозионный износ обусловлен воздействием рабочей среды, а его масштабы ─ ее агрессивностью, т. е. химической активностью, проявляющейся в готовности вступать в химические реакции с материалом уплотнения. Эрозионный износ уплотнительных поверхностей ─ следствие газодинамического или гидродинамического воздействия на них рабочей среды. Особенно высокой эрозионной стойкостью должны обладать материалы уплотнений трубопроводной арматуры, работающей при высоком давлении.

Наиболее интенсивному износу подвержены подвижные элементы уплотнений. Так, в очень сложных условиях функционируют уплотнительные кольца в самом распространенном типе трубопроводной арматуры ─ задвижках, при каждом открывании-закрывании запорного органа которых имеет место интенсивное трение уплотнительных поверхностей затвора.

Степень износа уплотнительных поверхностей зависит от того, насколько внутренняя структура материала уплотнения способна противостоять действию внешних нагрузок с учетом таких их особенностей, как характер распределения, вид, интенсивность.

Материалы ─ уплотнительные, прокладочные, герметизирующие

Классифицируя материалы, используемые для изготовления трубопроводной арматуры, те из них, которые служат для обеспечения герметичности, часто разделяют на несколько групп ─ уплотнительные, прокладочные, герметизирующие.

Уплотнительные материалы применяют для создания уплотнительных поверхностей затворов трубопроводной арматуры. Прокладочные ─ для изготовления уплотнительных прокладок. Герметизирующие─ для герметизации узлов прохода через крышку корпуса шпинделя или штока. Такое разделение, несмотря на то, что всеми перечисленными категориями материалов решается общая задача ─ обеспечить заданную герметичность арматуры ─ объяснимо, поскольку в наборе требований, которым они должны соответствовать, существуют определенные различия. Так, наряду с необходимой всем им упругостью, материалы уплотнения затворов обязательно должны обладать антифрикционными свойствами, совсем необязательными для прокладочных материалов.

Материалы для уплотнений в затворах трубопроводной арматуры «металл по металлу»

Уплотнения затворов «металл по металлу» позволяют обеспечивать эффективную работу трубопроводной арматуры в условиях высокой температуры и давления при управлении сложными ─ агрессивными, пожароопасными, токсичными и проч. ─ рабочими средами.

Одно из распространенных технических решений ─ когда уплотнительные поверхности запирающего элемента и корпуса получают путем шлифовки и доводки металлов, из которых они выполнены. Т. е. нет наплавленных или вставных колец. В этом случае материалом уплотнительной поверхности служат медные сплавы в латунной и бронзовой арматуре, углеродистая или легированная сталь ─ в стальной, чугун ─ в чугунной. Если таким образом обеспечить требуемое качество уплотнительной поверхности не получается, применяют специальные уплотнительные материалы.

Для стальной и чугунной арматуры это ─ устанавливаемые на седлах уплотнительные кольца из бронзы, латуни, монель-металла, различных специальных сталей ─ высокоуглеродистых, хромистых, молибденовых, нитрованных (азотированных).

Кольца из другого металла можно присоединять с помощью сварки, биметаллическим литьем, пайкой. Используют и другие технологические операции, например, механическую фиксацию колец в цилиндрических расточках полостей корпуса посредством запрессовки, крепление на резьбе или с помощью гайки. Важно, чтобы у материалов корпуса трубопроводной арматуры и уплотнительных поверхностей были как можно более близкие по значению коэффициенты линейного теплового расширения.

Часто материалом таких колец являются бронза и латунь. Бронза ─ медный сплав, в котором ни цинк, ни никель не являются основными легирующими элементами. Если не вдаваться в подробности, то сплав меди и цинка ─ это латунь, а сплав меди и никеля ─ монель-металл.

В оловянных бронзах основной легирующий элемент ─олово. Но это не отменяет присутствия других элементов, прежде всего, свинца и цинка. В безоловянных бронзах олова нет или совсем мало. А вот видов безоловянных бронз много: получающая все большее распространение алюминиевая, бериллиевая, кремнистая, марганцевая, калиевая, магниевая, серебряная, хромовая, теллуровая.

Бронзы обладают хорошими антифрикционными свойствами; они отличаются коррозионной устойчивостью, и, будучи пластичными, технологичностью ─ хорошо поддаются таким широко применяемым в металлообработке процессам, как обработка металлов резанием и давлением. Еще одно достоинство бронз ─ способность образовывать сварные соединения.

Латунь ─ медный сплав, в котором главным легирующим элементом является цинк. Чем цинка больше, тем латунь прочнее и пластичнее. Добавление других легирующих элементов позволяет увеличить ее коррозионную стойкость. Латунь обладает хорошими трибологическими характеристиками, что для материалов уплотнений затворов трубопроводной арматуры особенно важно, поскольку для них вопросы трения и изнашивания имеют первостепенное значение. Как и бронза, латунь ─ высокотехнологичный, «легкий» в механической обработке материал.

Медно-никелевый сплав монель (монель-металл) существенно моложе бронзы и латуни ─ он был получен только в начале XX столетия. Его отличают хорошие механические свойства при температуре до более чем 500 O C и коррозионная стойкость в большинстве сред.

Для получения более твердой и износостойкой уплотнительной поверхности применяют наплавку уплотнительных поверхностей трубопроводной арматуры.

Дуговую наплавку можно выполнять электродами ЦН-6Л и ЦН-12. В химическом составе наплавляемого ими металла преобладает железо, но при этом достаточно много хрома (15─16%) и никеля (6─9%).Такая наплавка предполагает предварительный и сопутствующий подогрев металла, а сразу же по ее окончании выполняется термическая обработка. Покрытие уплотнительных поверхностей чугунной арматуры хромоникелевой сталью позволяет повысить ее эксплуатационную стойкость как минимум вчетверо.

Электроды ЦН-2 используют для наплавки стеллита ─ сплава кобальта и хрома, содержащего примерно 4-5% вольфрама. Твердость наплавленного металла чрезвычайно высока ─ HRC 41,5-51,5(при использовании электродов ЦН-6Л она почти на треть меньше).Стеллит марки ВЗК наплавляется под слоем флюса в среде защитных газов.

Стеллит ─ уникальный материал. Наряду с высокой твердостью он обладает повышенной износостойкостью, вязкостью, коррозионной стойкостью и низким коэффициентом трения.

В формируемой посредством плазменной наплавки уплотнительной поверхности из сплавов ПГ-СР2 и ПГ-СРЗ основным компонентом является никель.

Азотирование ─ насыщение азотом ─ делает поверхностный слой легированной стали (добавки ─ алюминий, хром, молибден) более твердым и стойким к воздействию коррозии. Азотированная сталь не боится непосредственного контакта с бензином, минеральными маслами, слабыми щелочными растворами, перегретым водяным паром, продуктами, выделяемыми при горении газов. Азотирование существенно повышает эрозионную устойчивость стали в потоках водяного пара и горячей воды. Значительно возрастает ее теплостойкость, при этом твердость сохраняется после воздействия высоких температур. Азотированная сталь более износостойкая, чем цементированная или закаленная.

Сормайт ─ твердый (около 50 HRC) сплав на основе железа, содержащий помимо углерода также кремний, марганец, никель, хром.

Наплавку сормайта выполняют как электродуговым способом, так и газовой сваркой пламенем с избытком ацетилена.

Материалы для мягких уплотнений затвора

Сегодня, благодаря развитию химических технологий, в качестве материалов для уплотнения широко используют мягкие неметаллические материалы. Хотя нельзя не отметить, что мягкое уплотнение затвора трубопроводной арматуры появилось намного раньше обычно ассоциируемых с ним полимеров. Уже в древности для этого применяли обыкновенную сыромятную кожу. И сегодня она продолжает служить в качестве материала уплотнительной поверхности затвора, но конкурировать на равных с продуктами современных химических технологий ей очень сложно.

Использование неметаллических уплотнительных материалов с низким модулем упругости позволяет обеспечить требуемую герметичность без значительных усилий уплотнения, сопровождающихся дополнительным нагружением узлов трубопроводной арматуры.

Сегодня фторопласт (он же ─ тефлон, политетрафторэтилен, материал уплотнения PTFE (Polytetrafluoroethylene)) получил чрезвычайно широкое распространение при устройстве уплотнительных поверхностей затворов трубопроводной арматуры. Фторопласт обладает высокой химической стойкостью и почти безразличен к воздействию кислот, щелочей и растворителей. Он сохраняет свои физико-механические параметры в широком диапазоне температур, имеет низкий коэффициент трения. И при этом ─ экологически безвреден. Есть, правда, одно «но» ─ текучесть даже при сравнительно небольших нагрузках. Для улучшения физико-механических показателей его армируют стекловолокном или т. н. «углеволокном».

Перспективным материалом для изготовления уплотнений является термопласт PEEK (Poly-etheretherketone или Полиэфирэфиркетон), обладающий высокой износостойкостью и сохраняющий механические свойства при температуре до 300 O C. Важное качество PEEK ─ устойчивость к воздействию водяного пара. Его использование позволяет получить износоустойчивое и термостойкое уплотнение.

Широкое распространение получили эластомеры ─ материалы, которые при приложении небольших усилий способны значительно деформироваться, а после снятия нагрузки немедленно возвращаться в исходное положение.

В качестве материала для уплотнений затворов трубопроводной арматуры используются различные резины. Высокой прочностью и хорошей сопротивляемостью к истиранию обладают резины на основе СКН (бутадиен-нитрильного каучука).

Достаточно широко для изготовления седловых уплотнений применяется EPDM ─материал уплотнения, относящийся к синтетическим эластомерам. Этилен-пропиленовый каучук или этилен-пропилен-диен-каучук (аббревиатура EPDM означает Ethylene Propylene Diene Monomer rubber) отличается хорошими механическими свойствами и может работать в широком ─ от минус 500 O C до плюс 150 O C ─ температурном диапазоне. Материал устойчив к высокотемпературным и агрессивным рабочим средам ─ горячей воде, пару, щелочам. Русская аббревиатура ─ СКЭП (двойной) или СКЭПТ (тройной) этилен-пропиленовый каучук.

NBR─ материал уплотнения, также являющийся эластомером, только на другой ─ акрил-нитрил-бутадиен-каучуковой ─ основе. Обладает высокой твердостью и достаточно высокой износостойкостью. В уплотнениях затворов трубопроводной арматуры также используется H-NBR ─гидрированный акрил-нитрил-бутадиен-каучук.

Сополимеризацией фторсодержащих мономеров получают т. н. фторкаучуки (или фторорганические каучуки, фторэластомеры). Присутствие фтора делает их термостойкими и устойчивыми к воздействию многих агрессивных сред. В России применительно к этим материалам используется аббревиатура СКФ. Материал уплотнения FKM (Fluorinated propylene monomer) и FPM (Fluorocarbon) ─ это разные у различных занимающихся стандартизацией организаций, названия одного и того же продукта. Материал уплотнения Viton─ торговая марка. FKM (FPM) ─ материал уплотнения, имеющий набор важных качеств: высокую теплостойкость, хорошую износостойкость и стойкость к абразивному истиранию, химическую инертность.

Сегодня ведется интенсивная работа по повышению функциональных возможностей уплотнений трубопроводной арматуры. Без этого добиться обеспечения ее высоких эксплуатационных качеств не получится. Важным направлением этой работы является создание конструкций комбинированных уплотнений. Например, резинометаллических или резинофторопластовых. Чрезвычайно высокими параметрами отличаются многослойные металлографитовые уплотнения.

Важный акцент ставится на разработку новых материалов. Ведь то, насколько успешно уплотнения справятся со стоящими перед ними задачами, и сколь долго они будут сохранять требуемую работоспособность, во многом зависит не только от конструктивного оформления и качества изготовления уплотнений, но и от используемых для их устройства материалов.

В трубопроводных системах и трубопроводной арматуре используют прокладки различных конструкций. Но не меньшим разнообразием отличаются материалы, из которых их изготавливают. В их число входят: бумага, картон, целлюлоза, фибра, резина, асбест, графит, металлы (прокладки металлические ─ из стали, меди, алюминия бронзы и т. д.), паронит, широкий спектр полимерных материалов ─ полиэтилен, фторопласт, поливинилхлорид и другие.

Требования к прокладочным материалам

Условия обеспечения герметичности в прокладках, как и в сальниковых уплотнениях, зависят от свойств рабочей среды ─ ее давления, температуры, агрессивности. Разуплотнение прокладок во фланцевых соединениях может быть вызвано не только абсолютными значениями температуры, но и ее колебаниями, изменяющими размеры прокладки и механические свойства материала, из которого прокладка изготовлена. Повышение температуры создает пластическую деформацию прокладки, вызываемую увеличением затяга болтов или шпилек. При понижении температуры, напротив, затяг снижается, и прокладочное соединение теряет плотность.

В соответствии с задачами, решаемыми прокладками, к прокладочным материалам предъявляется целый набор требований, наиболее важными из которых являются:

Дешевизна и доступность

Эти качества важны как фактор снижения эксплуатационных расходов трубопроводной арматуры в связи с большими объемами использования прокладочных материалов и необходимостью их частой замены;

Упругость ─ качество, необходимое для обеспечения лучшей герметичности уплотняемых с помощью прокладок соединений. Например, при искривлениях уплотняемых поверхностей материал прокладки должен компенсировать эти искривления даже при не слишком больших усилиях зажатия, чтобы предупредить возможность появления опасных, приводящих к потере герметичности пустот между соединяемыми деталями. Или при колебаниях температуры компенсировать упругими свойствами вызванное температурным расширением изменение размеров прокладки. В отдельных документах это искривление (отклонение от параллельности) может быть регламентировано. Например, в «ГОСТ 32569-2013. Межгосударственный стандарт. Трубопроводы технологические стальные. Требования к устройству и эксплуатации на взрывопожароопасных и химически опасных производствах» указано, что при сборке фланцевых соединений сборочных единиц, допускаемые отклонения от параллельности уплотнительных поверхностей фланцев не должны превышать 10% от толщины прокладки.

Прокладка не должна разрушаться под воздействием механических нагрузок, связанных с ее монтажом, т. е. при затягивании болтов или шпилек; в то же время материал прокладки не должен быть таким твердым и прочным, чтобы деформировать уплотняемые поверхности, что может иметь место при использовании в качестве прокладочных материалов металлов.

Материал прокладки не должен терять свои механические свойства при воздействии высоких и низких температур. Иначе он расплавится и вытечет при высоких температурах или начнет трескаться и рассыпаться при низких;

Подобно механическим нагрузкам и высоким температурам химическое воздействие рабочей среды способно вызвать разрушение или, по меньшей мере, потерю функциональности прокладки.

Прокладки картонные: бумага, картон, целлюлоза, фибра

Картон, бумага, целлюлоза и фибра ─ родственные материалы. А бумага и картон ─ фактически один и тот же.

Различие между бумагой и картоном основывается, прежде всего, на оценке их толщины и массы. Картон толще, обладает более высокой жесткостью, отличается низкой степенью воспламеняемости.

У картона немало «специальностей»: кровельный картон, обувной картон, электротехнический картон, тарный картон. Прокладки из целлюлозного картона используются в трубопроводной арматуре в ограниченном диапазоне ─ при температуре до 120°C и давлении до 6 кГ/см2. Для изготовления прокладок применяют водонепроницаемый картон (с низкими показателями водопоглощаемости и линейной деформации при увлажнении и высыхании) и прокладочный картон. Последний бывает двух марок: А ─ для прокладок, используемых в среде воды, масла и бензина, и Б ─ для прокладок, используемых в воде и воздухе. Предел прочности при растяжении в поперечном направлении картона марки А составляет не менее 18 МПа, а картона марки Б ─ не менее 16 или 20 МПа в зависимости от толщины.

Картон марки А изготавливают из небеленой хвойной целлюлозы; в картон марки Б допустимо добавлять макулатуру.

Предназначенный для изготовления уплотнительных прокладок во фланцевых и других соединениях прокладочный картон используют также для изготовления лекал в легкой промышленности и в качестве основы для картин, написанных маслом.

По своим параметрам с прокладкой из картона сходна фибровая прокладка. Листовая фибра ─ твердый монолитный материал, получаемый в результате обработки нескольких слоев бумаги-основы. Для изготовления прокладок трубопроводов применяется фибра прокладочная кислородостойкая (ФПК) и фибра касторово-глицериновая.

Резиновые прокладки

Резина (на латыни resina означает смола) ─ продукт вулканизации каучука ─ обладает немалым числом достоинств, делающих целесообразным ее применение в качестве материала для изготовления прокладок. Главные среди них ─ высокая эластичность и непроницаемость для жидкостей и газов.

Различают резины, изготавливаемые на основе натурального каучука и его сочетания с другими каучуками, а также резины на основе синтетических каучуков. Отличительная особенность резины ─ способность к обратимым упругим деформациям в чрезвычайно широком температурном диапазоне. Этому способствует наличие в составе технической резины немалого числа (иногда нескольких десятков) компонентов. Состав и технологии изготовления предопределили большое разнообразие видов резин и областей их применения. В т. ч. для уплотнения соединений.

Прокладки из резиновой пластины ТМКЩ (тепломорозокислотощелочестойкой) используют в трубопроводной арматуре, управляющей такими средами как воздух, азот, вода (пресная, морская, техническая), кислоты и щелочи концентрацией до 20% при температуре от −40 до +80 OС.

Морозостойкость резины означает ее способность сохранять эластичность и другие ценные свойства при низких температурах. Добиться повышенной вплоть до −55°C морозостойкости резины можно, управляя кристаллизацией каучуков, подбирая их соответствующие смеси, добавляя пластификаторы и наполнители.

В несколько более узком температурном диапазоне (от −30 до +80°C) работают прокладки из пластины резиновой МБС (маслобензостойкой). В соответствии с названием резины, сделанные из нее прокладки используют в арматуре, перемещающей масла, бензин и другие виды топлива на нефтяной основе, а также воздух, азот и иные газы.

В сторону более высоких температур смещен рабочий диапазон теплостойкой резины. Выполненные из нее прокладки можно применять при температурах от −30 до +90°C, а для пара при температуре до 140°C. Теплостойкость резины определяется по температуре, после достижения которой происходит снижение предела прочности и относительного удлинения.

Еще один вид резины, из которого изготавливают уплотнительные прокладки, ─ «пищевая» резина, безопасная при соприкосновении с пищевыми продуктами. Прокладки из нее можно использовать при перемещении таких рабочих сред как молоко, растительное масло, фруктовые соки, пиво и т.д.

Асбестовые прокладки

Асбест получают из минерального сырья. Асбест как почти никакой другой материал способен противостоять огню. Асбестовые прокладки особенно уместны в трубопроводной арматуре, предназначенной для управления потоками высокотемпературных или горючих пожароопасных сред, их можно использовать при температуре до 600°C.

Температура плавления асбестового волокна превышает 1000°C. Хотя при росте температуры прочность асбеста несколько снижается. Так, при 500°C он теряет примерно треть своей прочности. Все виды асбеста (а их параметры варьируются в зависимости от месторождения) достаточно устойчивы к щелочам, а асбест отдельных месторождений устойчив к кислотам.

Асбестовые прокладки могут изготавливать из асбестового картона: картон асбестовый КАОН-1, КАОН-2 ─ общего назначения; КАП ─ картон асбестовый прокладочный. Для прокладочного картона КАП нормативными документами предусмотрен ряд толщин: 1,3, 1,6, 1,9, 2,5 мм.

Асбестовая прокладка может армироваться мелкой латунной или никелевой проволокой.

Для уплотнений в качестве прокладки используется асбестовый шнур, в виде спирали укладываемый на поверхность фланца.

Хорошие эксплуатационные параметры имеют прокладки из колец различной формы и сечений, с сердцевиной из асбеста, а облицовкой из тонкого пластмассового или металлического листа.

Паронит. Паронитовые прокладки

Паронит ─ листовой прокладочный материал, получаемый в результате прессования асбокаучуковой массы, состоящей из асбеста, каучука и порошковых ингредиентов. Прокладки из паронита позволяют добиться необходимой герметичности соединений различного типа в условиях воздействия агрессивных сред, высоких температур и давления. Прокладки из паронита применяют для уплотнения соединений, работающих:

в воде и паре при давлении 5 МПа и температуре 450°C;

нефти и нефтепродуктах при температуре 200─400°C и давлении 7─4 МПа;

а также жидком и газообразном кислороде, этиловом спирте и т. д. Для улучшения механических свойств паронитовых прокладок их армируют металлической сеткой.

Выпускаются различные марки паронита. Прокладки изготавливают из паронита общего назначения паронит ПОН, паронита маслобензостойкого — ПМБ, паронита кислотостойкого ПК.

Последний может использоваться для изготовления прокладок, работающих в среде кислот, щелочей, окислителей, нитрозных и других агрессивных газов, органических растворителей. Прокладки из паронита марки ПМБ функционируют в среде тяжелых и легких нефтепродуктов, масел, рассолов, сжиженных и газообразных углеводородов.

Паронит общего назначения ПОН пригоден для изготовления прокладок, контактирующих с пресной перегретой водой, насыщенным и перегретым паром, воздухом, сухими нейтральными и инертными газами, водными растворами солей, жидким и газообразным аммиаком, спиртами, жидкими кислородом и азотом, тяжелыми и легкими нефтепродуктами.

Прокладки из пластиковых материалов

Внедрение полимеров (пластиков) произвело настоящий переворот в промышленных технологиях. Сегодня они занимают все более значимое место в производстве уплотнительных материалов. Для изготовления прокладок используют такие широко известные пластики как поливинилхлорид (прокладки ПВХ) и полиэтилен. Но и прокладка полиэтиленовая, и прокладка поливинилхлоридная по совокупности своих эксплуатационных параметров уступают прокладкам из фторопласта. На сегодняшний день именно фторопластовые уплотнительные материалы вообще и фторопластовые прокладки, в частности, являются наиболее востребованными.

Фторопласт ─ материал химически стойкий и достаточно температуроустойчивый (сохраняет свои механические свойства при температуре от минус до плюс 200 градусов Цельсия) ─ применятся для изготовления прокладок любых сечений, как конструктивно простых, так и сложных, в т. ч. в комбинации с асбестом, резиной, сталью. В любых формах (лист, лента, жгут) фторопласт в качестве уплотнителя податлив, удобен в использовании, способен уплотнять даже изношенные и неровные поверхности, прекрасно проявляет себя на сложных контурах.

Прокладки металлические

Металлические прокладки изготавливают из стали, алюминия, меди и медных сплавов, монель-металла, никеля, свинца и других металлов. Достоинства металлических прокладок ─ сохранение герметичности уплотняемого соединения при воздействии высоких давлений и температур. Коэффициент линейного расширения металлической прокладки очень близок к аналогичному показателю материалов других элементов соединения (фланцев, болтов, шпилек), что снижает негативное влияние резких колебаний температуры. Металлические прокладки отличаются ремонтопригодностью.

Вместе с тем, в силу своих физико-механических свойств, прокладки металлические для обеспечения необходимой герметичности соединения требуют приложения больших усилий, что сопровождается дополнительными нагрузками на крепежные детали.

Стальные прокладки используются в трубопроводной арматуре, где рабочими средами являются водяной пар, нефтепродукты, вода. Для этих же рабочих сред, плюс некоторые кислоты, могут применяться алюминиевые прокладки и прокладки из никеля. Прокладки из монель-металла устанавливают на трубопроводной арматуре, контактирующей с морской водой. Медные прокладки устойчивы к действию щелочей, а свинцовые ─ кислот.

Графитовые прокладки

Широкий спектр уплотнительных материалов изготавливается из графита, чье использование, как и применение фторопласта, стало одним из знаковых трендов развития уплотнительных технологий. Благодаря своим антифрикционным свойствам графит очень эффективен при герметизации подвижных соединений. Но этот материал находит применение и в качестве уплотнения неподвижных соединений. Его используют при изготовлении спирально-навитых прокладок. Для герметизации фланцевых соединений арматуры применяется армированный графитовый лист, графитовая фольга, уплотнительные ленты на основе графита, уплотнительные прокладки из терморасширенного графита (ПУТГ), прокладки из графита (ПФГ).

Благодаря разнообразию используемых для изготовления прокладок материалов, производителям трубопроводной арматуры и тем, кто ее эксплуатирует, удается обеспечить требуемую герметичность уплотняемых с их использованием соединений. А таких соединений, как в самой трубопроводной арматуре, так и в трубопроводных системах в целом, совсем немало.

Высокая прочность, пластичность, выносливость, коррозионная стойкость, технологичность в изготовлении, долговечность, минимальная стоимость – основные требования, которые предъявляют к материалам, из которых изготавливается трубопроводная арматура.

Материалы для деталей арматуры выбирают по рабочим условиям эксплуатации с учетом этих и дополнительных требований, зависящих от их назначения, конструктивных особенностей и размеров.

Корпуса, крышки, стойки, маховики и другие детали изготавливают из стального и чугунного литья, поковок из углеродистой и легированной стали, а также горячекатаной стали, углеродистой обыкновенного качества, углеродистой конструкционной качественной и ряда марок низколегированной и легированной стали.

Кроме этих материалов для изготовления золотников, седел, клапанов, вкладышей и втулок сальников и других деталей применяют латунь и бронзу, а также прокладочные и уплотнительные материалы (набивки сальников).

В ряде случаев уплотнительные поверхности арматуры наплавляют твердыми сплавами для повышения их износостойкости. Для изготовления отдельных деталей арматуры широко применяют полимерные материалы.

Одна из более сложных проблем уплотнительной техники – герметизация криогенных жидкостей, обусловленная трудностью выбора материалов, совместимых с низкотемпературной средой, возможностью намерзания атмосферной влаги на холодных деталях уплотнения.

Коррозионностойкие стали и бронзы с покрытием карбидом вольфрама в паре с графитом, пропитанным металлом или фторопластом применяют для низкотемпературных уплотнений.

Арматура классифицируется по виду уплотнителя: сальниковая арматура и бессальниковая.

К сальниковой арматуре относится оборудование, у которого герметизация штока, шпинделя или иного подвижного элемента относительно окружающей среды обеспечивается сальниковым уплотнением.

К бессальниковой относится сильфонная и мембранная арматура.

30. Наплавка уплотнительных поверхностей деталей арматуры. Технология ремонта трубопроводной арматуры. 30. Наплавка уплотнительных поверхностей деталей арматуры. Технология ремонта трубопроводной арматуры.

Общие положения. Для повышения долговечности деталей арматуры наиболее часто используют износостойкую наплавку. Для правильного выбора наплавки необходимо учитывать форму детали, условия работы и степень износа.

Сплавы для наплавки уплотнительных поверхностей должны обладать следующими свойствами:
стойкостью против задирания при температурах до 600 С и удельным давлением 100—130 МПа;
достаточно высокой твердостью при рабочих температурах;
стойкостью против образования трещин при резких изменениях температуры;
коррозионной и эрозионной стойкостью в рабочей среде;
хорошей технологичностью.
Для наплавки уплотнительных поверхностей арматуры высоких параметров приме-няют сплавы на основе кобальта (стеллиты), никеля и железа.
Сплавы на основе кобальта, содержащие углерод, хром и вольфрам, в некоторых случаях дополнительно легируют молибденом, ниобием, никелем и другими элементами.
В зависимости от состава твердость стеллитов колеблется в пределах от НRС 38—40 до НRС 60—65. В арматуростроении применяют преимущественно кобальтовые сплавы с НRС 40—48. Они лучше обрабатывают¬ся, более вязки, менее склонны к образованию тре-щин при наплавке и эксплуатации арматуры, чем твердые стеллиты с высоким содержанием углерода и вольфрама.

Важными свойствами стеллитов являются способность длительно сохранять твердость и прочность при высоких температурах, хорошая стойкость против эрозии и коррозии, а также высокая износостойкость при сухом трении металла о металл.

Наплавку выполняют, как правило, вручную. При электродуговой наплавке из-за большого проплавления основного металла заданные сос¬тав и свойства сплава достигаются только в третьем и последующих слоях. Необходимость наплавки толстого споя приводит к большому расходу дорогостоящего сплава. Кроме того, в детали возникают большие оста-точные напряжения, что усиливает опасность ее коробления или растрескивания при экс-плуатации.

Сложность и трудоемкость наплавки стеллитами, а также их высокая стоимость и дефицитность ограничивают их применение в арматуростроении.Их используют только для наиболее ответственной и тяжелонагруженной арматуры. В остальных случаях применяют сплавы на основе никеля и железа. Большинство их разработано на базе хромоникелевой аустенитной стали 1Х18Н9Т, обладающей высокой коррозионной и эро¬зионной стойкостью. В практике арматуростроения, а также при восста-новлении арматуры в условиях электростанции и ремонтных предприятий нашли широкое применение сплавы на железной основе системы Fe–Сг–Ni–Si–Mo.

Опыт промышленной эксплуатации показал высокую надежность и работоспособность этих сплавов. Их наносят на уплотни¬тельные поверхности деталей арматуры в условиях электростанции и ремонтных предприятий методом ручной электродуговой наплавки (электродами ЦН-6, ЦН-12).

Для повышения качества и работоспособности наплавленных поверхностей. улучше-ния условий труда сварщиков и снижения трудоемкости наплавочных работ на заводах, из-готовляющих арматуры, а также на некоторых ремонтных предприятиях внедрены автома-тическая наплавка уплотнительных поверхностей под легирующим плавлено-керамическим флюсом и автоматическая плазменная наплавка проволочными присадоч¬ными материалами.

Электродуговая наплавка электродами ЦН-2, ЦН-6, ЦН-12. К выполнению работ по наплавке уплотнительных поверхностей арматуры допус¬каются дипломированные свар-щики. Для наплавки применяют электроды ЦН-6, (в модификациях ЦН-6М, ЦН-6Л) типа ЭН-0Х17Н7С512-30, ЦН-12 (в модификации ЦН-12М) типа ЭН-1Х16Н8М6С5Г4, ЦН-2 типа ЭА-1М2Ф.
Качество и основные характеристики электродов должны быть подтверждены серти-фикатом завода-изготовителя. При этом потреби¬телем могут быть проверены технологиче-ские свойства электродов, а также твердость наплавленного металла, для чего проводится наплавка контрольной пробы от проверяемой партии электродов.

При отсутствии сертификатов на электроды приемка и сдача их производится по хи-мическому составу и твердости в рабочем состоянии. Проверка химического состава и твер-дости производится в соответствии с ГОСТом. Общие технические требования, предъявляемые к электродам, их размеры, механические и технологические свойства, маркировку и упаковку необходимо контролировать также в соответствии с указаниями ГОСТа.

Детали, предназначенные для наплавки уплотнительных поверхностей. должны быть приняты ОТК по размерам заготовок, указанным на чертеже.

Наплавляемая поверхность детали должна быть очищена от следов ржавчины, грязи, жировых веществ и т.п. до металлического блеска.

Разделка фасок и канавок должна исключать наличие острых углов, способствующих зашлакованию наплавки, и должна обеспечить доступ для нормального манипулирования электродом. Перед наплавкой электроды необходимо прокалить при температуре 100—150 С в течение 1 ч. Детали перед наплавкой необходимо прогреть до температуры, указанной в табл. 13.

Марка электрода

Марка, стали основного металла

Температура подогрева, °С

Примечание

ЦН-6М (ЦН-6Л), ЦТ-1

12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ, 25Х2МФЛ, 38ХВФЮ

Детали с D_у 150 мм наплавляют без подогрева.

ЦН-6М (ЦН-6Л)

ЦН-6М (ЦН-6Л), ЦН-2

20ГСМ, 08Х18Н10Т, Х18Н9Т

ЦН-2

Подслой накладывается электродами ЭА-2 без подогрева.

ЦН-12М

12Х1МФ, 12Х1М1Ф, 25Х1МФ

700 (температура детали в конце наплавки должна быть не менее 500° )

То же, мелкие детали (штоки) наплавляются также без подогрева.

При выполнении наплавки электродами ЦН-6 (ЦН-6Л) и ЦТ-1 пред¬варительный по-догрев следует исключить, если он не требуется для основного металла. Подслой под на-плавку электродами ЦН-12 (ЦН-12М) допустимо наносить без предварительного подогрева, после чего деталь подогревают до необходимой температурь.

Перед наплавкой детали следует установить таким образом, чтобы наплавляемый участок находился в горизонтальном положении, наплавка производится на постоянном токе обратной полярности. Сварочный ток устанавливается в зависимости от диаметра электрода (табл. 14). Напряжение на дуге должно быть 24—26 В.

Диаметр электрода, мм

ЦН-2

ЦН-6М (ЦН-6Л), ЦТ-1

ЦН-12 (ЦН-12М)

Наклон электрода должен быть равен 10—15 С от вертикали в сторону перемещения электрода.
Глубина расплавления основного металла должна быть минимальной, для чего на-плавку первого слоя рекомендуется производить на минимально допустимом сварочном токе.

Для уменьшения внутренних напряжении наплавку следует произ¬водить не менее чем в четыре слоя высотой не более 2—4 мм (кроме, наплавок, выполняемых ванным способом); при наплавке деталей арматуры с Dу 150 каждый слой наплавляется в четыре участка обратно-ступенчатым методом. Участки верхнего слоя начинаются с середины участков нижнего слоя и наплавку ведут в направлении, противоположном нижнему слою.

Наплавку рекомендуется производить минимально короткой дугой. Величина перекрытия одного валика другим должна составлять от 1/8 до 1/2 его ширины. После наложения каждого слоя поверхность наплавленного металла нужно тщательно очистить от шлака и брызг с помощью зубила и металлической щетки.

При замене электродов или при обрыве дуги перед началом дальнейшей наплавки кратер необходимо зачистить от шлака.
При наплавке уплотнительных поверхностей следует обращать вни¬мание на получе-ние необходимой высоты и ширины наплавки. Припуск на механическую обработку по ши-рине наплавляемого слоя должен быть не менее 3 мм на каждую сторону, по высоте — от 2 до 4 мм. Высота споя наплавленного металла перед механической обработкой должна быть в случае применения электродов ЦН-6М (ЦН-6Л) не менее 10 мм, а электродов ЦН-2 и ЦН-12 (ЦН-12МО) — не менее 8 мм, считая от подслоя. Высота слоя наплавленного металла после механической обработки должна быть не менее 6 мм — в случае наплавок электродами ЦН-2 и ЦН-12 (ЦН-12М) и не менее 8 мм — электродами ЦН-6М (ЦН-6Л).

При наплавке поверхностей на дне глухих отверстий диаметром до 40 мм следует применять ванный способ, увеличивая при этом ука¬занный в табл. 14 сварочный ток на 20%. При обнаружении дефектов наплавленной поверхности на любой стадии изготовле-ния (ремонта) деталей арматуры допускается их ис¬правление посредством наплавки по обычному режиму с предваритель¬ной механической разделкой дефектного места.

Наплавленные детали подвергают термообработке по следующим режимам:
при наплавке на перлитные стали — нагрев до (725 25) С, выдержка не менее 1 ч, охлаждение с печью до температуры не выше 300 С, далее на спокойном воздухе;
при наплавке на аустенитные стали— нагрев до 800—900°С, выдерж¬ка не менее 1 ч, охлаждение с печью до температуры не выше 300°С, далее на спокойном воздухе.

Допускается не подвергать термообработке детали с Dу 150 мм, наплавленные элек-тродами ЦН-2 и ЦН-6М (ЦН-6Л) , охлажденные после наплавки под слоем сухого песка.
Термообработка (с загрузкой в печь, нагретую до температуры не ниже 500°С) дета-лей арматуры с Dу 150 мм, наплавленных электро¬дами ЦН-12 (ЦН-12М) и ЦН-2, произво-дится непосредственно после наплавки, не допуская остывания наплавленной детали ниже 500°С.

Детали арматуры с Dу < 150 мм, наплавленные электродами ЦН-12 (ЦН-12М), а также детали арматуры с Dу >150 мм, наплавленные электродами ЦН-6М (ЦН-6Л), могут подвер-гаться термообработке как непосредственно после наплавки, так и после замедленного осты-вания их под слоем сухого песка, а при последующей термообработке они должны загру-жаться в печь с температурой не выше 300°С.

Контроль качества выполненных наплавок включает: внешний осмотр и измерение габаритных размеров наплавки на детали; определение сплошности обработанной поверхно-сти наплавки; измерение твердости наплавки; люминесцентный контроль.

По результатам внешнего осмотра и измерений габаритных размеров наплавленных деталей до механической обработки отбраковывают детали с наплавками, имеющими грубые дефекты (поры, раковины, трещины, шлаковые включения).

Группа уплотнительных поверхностей

Балл 2

Балл 1

Штоки, тарелки, шиберы для арматуры с D_у 10—50 мм

Полное отсутствие дефектов при контроле.

Трещины любых размеров и наплавлений, несплавления между основным и наплавленным металлами и между отдельными слоями наплавки.

Тарелки, седла для запор ной и предохранительной арматуры с D_у 100 мм и выше.

Седла, шиберы дросселирующей и регулирующей арматуры с D_у 100 мм и выше.

Отдельные поры и шлаковые включения с максимальным линейным размером не более 2 мм.

Отдельные скопления пор и шлаковых включений * , состоящие не более чем из пяти дефектов, при условии, что размеры входящих и скопление дефектов не превышают1,5 мм.

Твердость наплавленного металла определяется после чистовой обработки поверхно-сти наплавленной стали. Измерения твердости производятся на приборе Роквелла по шкале HRC 150 не менее чем в трех точках для арматуры с Dу 225 мм и не менее чем в пяти точках для арматуры с Dу > 225 мм, равномерно расположенных по всей площади наплавки на деталь.

Допускается несоответствие этим нормам результатов одного (для Dу 225 мм) или двух (для Dу > 225 мм) измерений при условии, что результаты двух дополнительных изме-рений, проведенных на расстоянии не более 5 мм от точки измерения с выпадом, отвечают требованиям ТУ.

Применительно к деталям, твердость уплотнительных поверхностей которых не мо-жет быть измерена на существующих приборах, допус¬кается проводить ее измерение на об-разцах-свидетелях. При этом усло¬вии выполнение и термообработка контрольной наплавки, а также ее высота после механической обработки должны соответствовать наплавке, выпол-ненной на детали.

Визуальному контролю на сплошность с выявлением трещин, пор, раковин, шлаковых включений и наплавлений подвергаются все наплавляемые детали (контроль производится после шлифовки уплотнительных поверхностей).
Отсутствие трещин на притираемых уплотнительных поверхностях проверяется также с применением люминесцентного метода контроля (или цветной дефектоскопии).
Для оценки качества состояния уплотнительных поверхностей деталей арматуры применяется двухбалльная система (табл. 15).

Балл 1 является браковочным. Детали, оцененные этим баллом, долж¬ны быть направлены на исправление. После исправления детали подвергают повторному люминесцентному контролю. Детали, оцененные баллом 2, являются годными.

Плазменная наплавка арматуры. Прогрессивным методом наплавки уплотнитель-ных поверхностей тарелок и седел арматуры является плазменная наплавка. Плазменную наплавку порошковыми материалами (ПГ-ХН80СР2-42 или ПГ-ХН80СР2-48) выполняют горелкой комбинированного типа. в которой одновременно горят две дуги: одна — между неплавящимся вольфрамовым электродом и стабилизирующим соплом (косвенная дуга), другая — между тем же электродом и изделием (дуга прямого действия). Косвенная дуга обеспечивает устойчивую работу горелки, нагревает порошок. Дуга прямого действия нагревает поверхность изделия и сплавляет присадочный и основной металлы. Обе дуги имеют автономные источники питания.

Присадочный порошок подается газом по гибкой трубке из питателя в плазменную горелку и через кольцевую щель между стабилизирующим и фокусирующим соплами вдувается в дугу. В зоне дуги порошок нагре¬вается и плавится, и на поверхность изделия попадают уже капельки жидкого присадочного металла.

В плазменную горелку поступают три потока газа: центральный — плазмообразующего газа, который защищает вольфрамовый электрод от окисления, стабилизирует и сжимает дугу (расход газа 1—2,5 л/мин); транспортирующий — который подает присадочный порошок в горелку и вдувает его в дугу (расход газа 5—10 л/мин); защитный (расход газа 10—20 л/мин). В качестве плазмообразующего транспортирующего и защитного газов используют чистый аргон марки А.
Технологические возможности плазменной наплавки очень широки. Наибольший практический интерес представляет собой нанесение этим способом тонких слоев металла при незначительном расплавлении по¬верхности изделия. Минимальная высота однослойного валика 5—6 мм. Для получения широких валиков плазменной горелки сообщают поперечные колебания (за один проход можно наплавлять валики шириной до 60 мм). Применение установок для плазменной наплавки наиболее целесообразно на ремонтных заводах энергосистем, имеющих мощные энергетические блоки.

Автоматическая наплавка уплотнительных поверхностей. Для повы¬шения качества и работоспособности наплавленных уплотнительных поверхностей, улучшения условий труда сварщиков и снижения трудо¬емкости наплавочных работ разработаны и внедрены технология и оборудование для автоматической наплавки деталей энергетической арматуры, изготовляемых из малоуглеродистых и низколегированных теплоустойчивых сталей, а также из сталей аустенитного класса.
Наплавку выполняют за один проход с применением электродной проволоки или ленты марок Э11-654 (Х18Н12САТ)и Св-04Х19Н9С2 и легирующих плавлено-керамических флюсов типа ПКНЛ, обладающих высокой технологичностью. Эти флюсы в сочетании с указанной электродной проволокой или лентой обеспечивают получение плотного, хорошо формирующегося слоя твердого сплава типа Х13Н8С5М2ГТ твердостью HRC 32-45.

Сплошность, однородность, химический состав и физико-механи¬ческие свойства это-го сплава (твердость, сопротивление задиранию в среде воды и пара высоких параметров, коррозионно-эрозионная стой¬кость) не уступают свойствам сплава, наплавленного методом много¬слойной ручной электродуговой наплавки электродами типа ЭН-08Х17Н7С512-30.
Технология наплавки электродной лентой обеспечивает более высокое качество по сравнению с наплавлением электродной проволокой.

Вследствие небольшого проплавления (0,8—1,2 мм) при наплавке электродной лентой можно получить необходимые эксплуатаци-онные свойства (сопротивление износу при трении, коррозионную стойкость и пр.) в более тонком слое облицовки (4—6 мм), чем при наплавке, выполняе¬мой электродной проволокой (6—9 мм). Благодаря высокой стабильности процесса при наплавке электродной лентой разброс значений твердости на рабочей поверхности наплавленного слоя составляет 3—8 ед. HRC. При наплавке электродной проволокой этот разброс состав¬ляет 8—13 ед. HRC.

Читайте также: