阀门材料-密封面
如何确保阀门的密封,是在确保承压件强度可靠的前提下,阀门能否可靠使用的另一关键。
随着科技的进步,由于新材料源源不断的出现和阀门结构的复杂性、特殊性,造成阀门用于防止内漏的密封材料牌号极多,给选用时带来一定的困难。但归纳起来看,密封材料均具有其基本要求:即应具备必要的化学和物理性能,并在使用中安全可靠。因此,在选材时,只要根据具体的工况条件,阀门的结构和制造工艺,综合考虑,就能取得理想的效果。
① 密封面材料的分类
作为阀门的密封面属于定期密封的动连接结构,启闭件有时作相对平面移动(如闸板),有时作垂直移动,有时作相对旋转移动等等。由于每类阀门的密封原理不同,使用的工况不同就决定其适用的材料也不同,根据现有情况,密封面材料可概括为以下几类:即硬质密封材料、软质密封材料和油脂密封材料。
② 对密封面材料的一般要求
由于密封面是确保阀门密封的重要工作面,因此,密封面材料的性能和质量的好环将直接影响阀门的使用寿命。密封面材料必须满足以下基本要求:
a、耐热性
即要满足阀门在正常工况温度下的性能
b、耐蚀性
就是要在相应介质工况下,密封面材料不能受到腐蚀破坏。而密封面材料的耐蚀性能主要取决于材料的成份及其化学稳定性。
c、抗擦伤
擦伤是指密封面在相对运动过程中,由于摩擦而引起的密封面损伤,这种损伤将直接影响密封的效果。
密封面材料的抗擦伤性能,主要由材料本身的内部性质决定。
d、耐冲蚀和气蚀
冲蚀是指在介质高速流经密封面时,造成密封面冲刷的破坏。冲蚀对密封面影响很大,因此,必须给予足够重视。
e、硬度
应有一定的硬度,并能确保在阀门使用的温度下,硬度值不发生大的下降。尤其对颗粒状介质或者介质不洁净,密封比压较大的场合,硬度的高低将决定阀门的密封寿命。
f、膨胀系数
密封面和基体材料的膨胀系数应相近,这对镶密封圈的结构更为重要,以免在高温下产生额外的应力和松动,而造成密封面刚度破坏。
g、加工工艺性
密封材料应便于加工和研磨。
h、焊接性
密封面材料可焊性要好,否则要采取焊前予热,焊后保温的措施,以免造成裂纹缺陷。
i、其它要求
对软质密封材料,除保证耐蚀性外,还应保证其耐热性或耐寒性及一定的强度性能。
应该指出的是,以上对密封面材料的要求基本上是理论要求,实际上,真正要全面符合上述要求很难达到,平时选材时只要满足几项主要指标即可。
③密封面材料
a、硬质密封面材料
硬质密封面材料可适用于任何工况场合,是阀门中采用最为普遍的材料。
此类材料的特点是,可具备密封面材料所有的基本要求:
硬质密封面材料品种,牌号很多,大致可分为:铜合金,巴氏合金,合金钢,不锈钢,哈氏合金、蒙乃尔、硬质合金,陶瓷、碳化钨、Ni基合金等。
而按其工艺和材料的特点又可分为:本体型、堆焊型、喷焊型和表面处理型几种。
本体型:
基本上适用于可耐腐蚀的承压件材料,如铜、不锈钢等,一般可在基体上直接加工。
堆焊型:
可适用于各种基体材料。此类焊材可分为带药皮焊条和裸丝焊条。
喷焊型:
是堆焊型的改进,焊材的成份和特性基本同堆焊型材料,其区别在于喷焊材料是合金粉末,可通过火焰加热喷焊而成。其特点是:省材料、表面平整、效率高。
表面处理型:
即密封面通过表面高频淬火、渗氮、镀Cr或镀Ni-P等工艺方法使其密封面达到耐腐蚀和一定硬度的方法。
b、软质密封面材料
此类密封面材料主要用于温度不高的工况场合。其特点是密封可靠,尤其对塑料类(如PTFE)不但耐蚀性好,而且摩擦系数小。
此类材料主要有:橡胶类和塑料类二种。
软质材料可以单独使用,也可通过衬覆工艺使用(如衬胶、衬PTFE等)。
c、油脂密封材料
此类材料主要是通过密封脂来达到密封要求。
d、密封面材料标识代号
密封面材料是阀门中的关键材料,为便于识别,以免误用,一般除在手轮上采用油漆标识外,各国述制定了专门的标识代号。
我国在JB/T 308中对密封面材料标识如下:
阀座密封面或衬里材料 | 代号 | 阀座密封面或衬里材料 | 代号 |
铜合金 橡胶 尼龙塑料 氟塑料 巴氏合金 Cr13系不锈钢 蒙乃尔合金 奥氏体不锈钢 |
T X N F B H M R |
渗氮钢 硬质合金 衬胶 衬铅 搪瓷 渗硼钢 陶瓷 塑料 |
D Y J Q C P G S |
注:由阀体直接加工的阀座密封面材料代号用“W”表示;当阀座和阀瓣(闸板)密封面材料不同时,用低硬度材料代号表示(隔膜阀除外)。
对防止内漏的常用密封面材料见下表所示:
材料类别 |
材料组号 |
材料名称 |
硬度 |
适用温度(℃) |
适用介质 |
||
硬质材料 |
铜合金 |
1 |
铝青铜 |
|
-254~250 |
水、海水、低温介质、氧气等 |
|
青铜 |
|||||||
锰黄铜 |
|||||||
Cr13 型 (H)型 |
表面淬火 |
4 |
1Cr13,2Cr13 |
HV500~600 |
-29~450 |
水、蒸汽、油品等轻腐蚀介质 |
|
堆焊 |
1 |
D577 |
≥28HRC |
||||
D507 |
≥40HRC |
||||||
SF-3T |
≥30HRC |
||||||
D507Mo |
≥37HRC |
≤510 |
|||||
D547Mo |
≥37HRC |
≤600 |
|||||
粉 |
F32-32[FFe-3(铁基)] |
≥30HRC |
-29~450 |
||||
F32-38[FFe-4(铁基)] |
≥36HRC |
||||||
F321 |
≥40HRC |
||||||
HF型 (Y)型 |
焊条 |
5 |
D802 |
≥40HRC |
-254~700 |
水、蒸汽、油品、腐蚀性介质、氧化性介质等 |
|
D812 |
≥44HRC |
||||||
StelliteNo6 |
≥40HRC |
||||||
SF-5T |
32~40HRC |
||||||
SF-6T |
≥38HRC |
||||||
焊丝 |
丝111 |
40~46HRC |
|||||
丝112 |
45~50HRC |
||||||
粉 |
F22-42(钴基) |
40~44HRC |
|||||
F22-45(钴基) |
42~47HRC |
||||||
F12-37(镍基) |
35~40HRC |
||||||
158W(钴基) |
≥40HRC |
||||||
158Y(钴基) |
≥45HRC |
||||||
不锈钢 |
2 |
18-8 |
|
-254~650 |
硝酸等腐蚀介质及高温,低温介质 |
||
10 |
18-8Mo |
醋酸等腐蚀介质及高温,低温介质 |
|||||
13 |
20号合金 |
-46~316 |
氧化性介质,各种浓度硫酸,氨等 |
||||
3 |
25Cr-20Ni |
≤800(≤1000) |
腐蚀性介质,抗氧 化性介质 |
||||
镍基合金 |
9 |
Ni-Cu合金 |
-254~475 |
还原性和氧化性介质 |
|||
|
哈氏合金 |
|
强氧化性介质,强酸、硫酸、磷酸等 |
||||
软质材料 |
橡胶类 |
|
丁腈橡胶NBR |
|
-20~110 |
水、油品、碱、非氧化稀酸 |
|
三元乙丙橡胶EPDM |
-40~140 |
水、蒸汽、稀酸、碱、盐等 |
|||||
氟橡胶FPM |
-40~200 |
各类酸、碱、盐、石油产品等 |
|||||
硅橡胶SI |
-100~300 |
稀酸、碱、盐及高温和低温介质 |
|||||
塑料类 |
|
聚四氟乙烯PTFE |
|
-196~150 |
水、蒸汽、油品、气体及腐蚀性介质 |
||
|
增强聚四氟乙烯R-PTFE |
-196~200 |
|||||
|
尼龙NYLON |
-50~100 |
|||||
|
对位聚苯PPL |
≤260 |
用于温度高的工况介质 |
||||
|
聚醚醚酮PEEX |
|
MSS SP 25-98国际上通用的密封面材料标识如下表所示:
密封面材料 |
标识 |
密封面材料 |
标识 |
铝 |
AK |
氯丁橡胶 |
CR |
黄铜 |
BRS |
丁基橡胶 |
IIR |
青铜 |
BRZ |
乙烯、丙烯橡胶 |
EPR |
碳铜 |
CS |
氟橡胶 |
FPM |
铸铁 |
CI |
硅橡胶 |
SI |
球墨铸铁 |
DI |
不锈钢 |
SS |
可锻铸铁 |
MI |
13铬 |
CR13 |
表面硬化 |
HF |
18-8 |
18-8 |
整体阀座 |
INT |
18-8Mo |
18-8Mo |
表面硬化钢渗氮 |
SH |
尼龙 |
MYL |
石棉 |
ASB |
聚四氟乙烯 |
TFE |
丁晴橡胶 |
NBR |
三元乙丙橡胶 |
EPDM |
在选用密封面材料时,还应注意以下几点:
①对塑料类材料(如PTFE,PPL、PEEK等)由于它们具有冷流倾向(假屈服),因此在选用时应给予足够重视。
②在选择塑料类材料时,资料上介绍的适用温度往往是静态不受力状态下的数据,若用在阀门上作为密封材料,还应考虑其承受力的条件。
③国外密封面材料常用标识代号表示,而不具体规定材料牌号,例如:CR13材料,系指含Cr≥13%的一组材料,对应我国材料体系中为马氏体不锈钢高频淬火;D577,D507,D507Mo等堆焊焊条;铁基粉末等范畴。因此,设计选用时,在已知标准和用户总的要求下,还要熟知与之对应材料牌号和工艺方法。
④针对具体的腐蚀性介质,要慎重选材。
⑤密封面的配对原则
按定单中用户指明的密封副材料直接选用。
按相应的阀门标准规范规定选用(如API 600等)。
对新产品,可根据已掌握的技术数据,自行选用。
对配对的二个密封面材料,笔者认为,应使宽的密封面材料硬度高些。
对一般密封面材料的抗擦伤性:HF优于SF-3T、而SF-3T优于CR 13。