一种带轴球阀类铸件冒口及补贴的切割方法
阅读说明：本技术 一种带轴球阀类铸件冒口及补贴的切割方法 (Cutting method for riser and patch of ball valve type casting with shaft ) 是由 纳学洋 冯周荣 郭小强 马进 晁博嗣 于 2021-07-24 设计创作，主要内容包括：本发明属于铸件冒口切割技术领域,主要涉及一种带轴球阀类铸件冒口及补贴的切割方法,通过优化预热工艺、切割过程步骤控制,性能热处理后进行二次切割返修,杜绝一次性切到位产生严重裂纹影响到铸件本体；其中预热温度为550℃至600℃,有效降低铸造应力,同时软化组织,降低切割热应力,防止切割部位开裂。性能热处理后铸件温度降至大于或者等于200℃时二次返修切割留量,返修后450℃至500℃进行低温消应力。采用本发明提供的冒口及补贴的切割方法,可有效避免带轴球阀厚大冒口及补贴切除后裂纹的产生,降低焊补率或因特大裂纹缺陷导致报废的损失,显著提高铸件质量,缩短生产周期,节约成本。(The invention belongs to the technical field of casting riser cutting, and mainly relates to a method for cutting riser and patching of a casting with a shaft ball valve, which is characterized in that the steps of a preheating process and a cutting process are optimized and controlled, secondary cutting and repairing are carried out after performance heat treatment, and the influence of serious cracks generated by one-time in-place cutting on a casting body is avoided; the preheating temperature is 550-600 ℃, the casting stress is effectively reduced, the structure is softened, the cutting thermal stress is reduced, and the cutting part is prevented from cracking. And after the performance heat treatment, the temperature of the casting is reduced to be more than or equal to 200 ℃, the cutting allowance is repaired for the second time, and the stress is relieved at the low temperature of 450-500 ℃ after the repair. By adopting the method for cutting the feeder head and the patch, provided by the invention, the generation of cracks after the thick and large feeder head and the patch of the ball valve with the shaft are cut can be effectively avoided, the welding repair rate or the scrapping loss caused by the defect of the extra large crack is reduced, the casting quality is obviously improved, the production period is shortened, and the cost is saved.)
技术领域
本发明属于铸件冒口切割技术领域，主要涉及一种带轴球阀类铸件冒口及补贴的切割方法。
背景技术
带轴的阀体类铸件由于吨位大及结构复杂，因此铸造难度大，特别是铸造过程中针对铸件某些厚大结构上需要增加超大的冒口及补贴，厚度达到900mm 以上，在未进行性能热处理前，越厚大部位组织、成分偏析越严重，再加上铸态塑韧性差、冒口补贴下又有不确定的缺陷存在、铸造应力的影响等各种不利因素综合作用时，切割时一旦产生热应力，开裂风险极大，很容易产生裂纹，对铸件质量及成本造成巨大影响，轻则面临巨大焊补及返修费用，重则直接报废，直接产生几十万损失。
针对上述问题现有技术切割冒口时先进行中温退火预热，预热温度在450～ 500℃之间，按照铸件最大壁厚*0.5min/mm进行预热保温，保温结束后出炉进行切割。切割采用一次性将铸件的冒口及补贴切除到位方式，切割后放置1～3天甚至更多天，然后进行性能热处理，按此方式执行，对于冒口补贴厚度超过900mm 的带轴球阀铸件，切割量越大，切割应力也越大，如果切割后不采取有效措施进行退火消应力处理或其他方式消除切割部位应力，切割后放置越久，开裂风险越大。因此，从冒口及补贴切割环节亟需重新设计一种保证铸件质量的切割流程及切割方案。
发明内容
本发明目的为解决现有技术中带轴球阀的切割开裂问题，提供一种带轴的球阀铸件内腔冒口补贴厚度超过900mm的切割方法，以降低厚大冒口补贴区域裂纹风险，达到切割后无裂纹产生的目的。
一种带轴球阀类铸件冒口及补贴的切割方法，包括以下步骤：
步骤S01,预热：铸件预热温度为550℃至600℃；由于铸件冒口及补贴尺寸厚大，铸造易产生缺陷，同时越厚部位，成分偏析及晶粒粗化越严重，铸件呈现硬脆状态，切割时很容易受到热应力影响，导致厚大部位开裂。因此将预热温度提高至550℃至600℃，能对铸件厚大部位组织起到一定的软化作用，塑韧性增大，切割时受到热应力时，塑韧性好，降低开裂风险。
步骤S02,预切割：冒口及补贴切割留量为100mm至150mm；现有技术的切割方式是一次性切割掉冒口及补贴，基本无多余留量，但是切割厚大冒口及补贴时，即使预热温度提高，改善材料的塑韧性，但是铸态下的材料依然表现硬脆，晶粒粗化严重的状态，因此切割厚大冒口及补贴时，热输入过大，热应力大，仍存在开裂风险，产生50mm至80mm深的次表层裂纹，为杜绝此问题产生，切割留量在100mm至150mm之间，即使产生大裂纹，也不会延伸扩展到铸件本体，影响铸件质量。
步骤S03,热处理：铸件热处理温度为900℃至950℃；保温时间按照(1～ 1.5)mm/min计算。正火热处理温度高出材料的AC3温度的50℃至100℃，这样确保厚大部位达到奥氏体化温度，达到成分均匀化，晶粒细化目的，能够有效确保厚大部位中心部位达到奥氏体化及成分均匀化目的，改善组织，同时保温时间按照此系数区间计算，保温时间不至于过长，导致晶粒粗化严重，影响材料性能。
步骤S04,二次切割：切割去除冒口及补贴的留量；铸件性能热处理后，材料的组织得到极大改善，晶粒得到细化，各项力学性能指标达到标准要求，尤其是材料的塑韧性极大提高，这样再对留下的冒口及补贴进行二次切割，切割热输入小且材料塑韧性好，热应力小，材料还有塑韧性能够通过微观的塑性变形进行应力的释放，不会产生开裂问题。
步骤S05,消应力：对铸件进行低温度短时间消应力处理。二次切割时即使切割应力小，但为保证产品质量，确保无残余应力影响铸件，切割后需进行应力的消除。
在其中一个实施例中，在所述步骤S02中，切割部位温度保持在250℃至 350℃。切割温度控制越高，越可以降低热应力，但过高会导致现场操作过于困难，切割人员无法长时间操作，因此优选切割部位温度250℃至350℃进行切割。
在其中一个实施例中，在所述步骤S02中，切割顺序采用对角依次切割方式。采用对角切割方式能够避免铸件受到切割产生的应力不均匀问题，防止局部应力过大导致开裂。
在其中一个实施例中，在所述步骤S02后，在小于等于4h的时间范围内对铸件进行热处理，且铸件冒口及补贴部位的温度大于或者等于150℃。铸件冒口及补贴部位的温度越低，切割部位越脆，切割应力一定的情况下，材料越脆越容易开裂，故需要保证切割部位最低温度，这样材料不至于温度太低，脆性增大。
在其中一个实施例中，在所述步骤S03中，铸件热处理出炉温度大于或者等于200℃。热处理后依靠铸件的残余温度且保证温度大于或者等于200℃进行二次切割，减少切割热应力，降低开裂风险。
在其中一个实施例中，在所述步骤S05中，消应力的温度为450℃至500℃，保温时间为冒口及补贴的切割留量*(1～1.5)min/mm的乘积。可以有效消除切割应力，更加保证产品质量。同时保温时间及保温温度不至于过高，能够节约成本。
在其中一个实施例中，在所述步骤S05中，升降温速度小于等于50℃/h。升降温速率越低，铸件各部位的温度差越小，热应力也越小，这样在消除残余应力的同时，不会或很少产生额外的热应力。
本发明提供的冒口及补贴的切割方法，通过优化预热工艺、切割过程步骤控制，具体采用二次切割，预切割时，预热后控制切割留量为100mm至150mm，作为安全留量。性能热处理后进行二次切割返修，杜绝一次性切到位产生严重裂纹影响到铸件本体；其中预热温度由现有技术中的450℃至500℃提高至550℃至600℃，保温时间按照最大厚度每毫米保温1min至1.5min进行计算，有效降低铸造应力，同时软化组织，降低切割热应力，防止切割部位开裂。预切割时确保切割部位温度保持在250℃至350℃，切割后小于等于4h时间范围内进炉性能热处理，转至热处理炉过程中保证切割部位最低温度≥150℃。性能热处理后铸件温度降至大于或者等于200℃时二次返修切割留量，返修后450℃至500℃进行低温消应力。
采用本发明提供的冒口及补贴的切割方法，可有效避免带轴球阀厚大冒口及补贴切除后裂纹的产生，降低焊补率或因特大裂纹缺陷导致报废的损失，显著提高铸件质量，缩短生产周期，节约成本。
附图说明
无
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
本实施例以带轴球阀铸件冒口补贴厚度超过900mm、重量50吨以上为例，铸造时由于带轴球阀的轴部与球阀接触部位有效厚度达到1000mm以上，为保证铸造质量，在球阀内腔放置800mm～1000mm厚的补贴。为此，对这种厚大补贴铸件，在切割前进行中温预热，采取适宜的预热保温温度系数，使厚大补贴心部充分热透，达到降低中心部位温差目的，避免因组织过脆，切割过程热应力过大导致开裂。同时铸造应力经过充分预热后降低应力，减少切割部位的应力裂纹的产生。在切割流程上控制切割留量，性能热处理后铸件塑韧性得到大幅度的改善后再进行二次切割。因为无论中温预热还是高温预热，铸件本身的组织依然不均匀，晶粒粗大，表现为脆、硬特性，无法完全消除，除非先做高温退火或性能热处理。但如果采用上述方法，铸件吨位过大，加上厚大补贴导致有效壁厚增大，同时重量达到100吨以上，在热处理时保温时间过长，晶粒极易长大粗化，造成性能衰减，还会消耗大量的额外天然气。故首次切割留有一定的安全量，防止裂纹产生于铸件本体，热处理后再将余下留量切割到位。
一种带轴球阀类铸件冒口及补贴的切割方法，包括以下步骤：
步骤S01,针对带轴球阀冒口补贴厚度超过900mm，切割时内外温度梯度大，产生较大热应力，同时铸造应力大，铸态组织塑韧性极差，为保证降低切割过程的热应力，提高塑韧性，结合现场的实际操作情况，温度不宜过高，否则切割人员操作难度系数过大，操作不标准，容易割伤铸件，因此，将铸件进行预热处理，预热温度控制在550℃至600℃之间，保温时间按照最大厚度每毫米保温1min～1.5min，这样既能减少厚大部位中心部位及表面的热应力差，同时此预热温度又能够有效的消除铸造应力，又可适当改善材料的塑韧性，其效果等同于中温退火，为切割打下良好的预热基础。
步骤S02,根据热应力产生原理，在铸件预热后，切割时避免长时高温切割加热，同时控制切割温度差，因此首先进行预切割，切割冒口及补贴切割留量为100mm至150mm，降低冒口补贴切割后产生裂纹的风险，防止裂纹延伸扩展至铸件本体，影响铸件质量；切割部位温度保持在250℃至350℃，切割温度控制越高，越可以降低热应力，但过高会导致现场操作过于困难，切割人员无法长时间操作，因此优选切割部位温度250℃至350℃进行切割；切割顺序采用对角依次切割方式，采用该方式能够避免铸件受到切割产生的应力不均匀问题，防止局部应力过大导致开裂。
具体地，在小于等于4h的时间范围内对铸件进行热处理处理，且铸件冒口及补贴部位的温度大于或者等于150℃。铸件冒口及补贴部位的温度越低，切割部位越脆，切割应力一定的情况下，材料越脆越容易开裂，故需要保证切割部位最低温度，这样材料不至于温度太低，脆性增大。
需要说明的是，现有技术的切割方式是一次性切割掉冒口及补贴，基本无多余留量，但是切割厚大冒口及补贴时，即使预热温度提高，改善材料的塑韧性，但是铸态下的材料依然表现硬脆，晶粒粗化严重的状态，因此切割厚大冒口及补贴时，热输入过大，热应力大，仍存在开裂风险，产生50mm至80mm深的次表层裂纹，为杜绝此问题产生，切割留量在100mm至150mm之间，即使产生大裂纹，也不会延伸扩展到铸件本体，影响铸件质量。
步骤S03,铸件温度为900℃至950℃时进行热处理，保温时间按照(1～1.5) mm/min计算；能够有效确保厚大部位中心部位达到奥氏体化及成分均匀化目的，改善组织，同时保温时间按照(1～1.5)mm/min系数区间计算，保温时间不至于过长，导致晶粒粗化严重，影响材料性能。
具体地，铸件热处理出炉温度大于或者等于200℃。热处理后依靠铸件的残余温度且保证温度大于或者等于200℃进行二次切割，减少切割热应力，降低开裂风险。
步骤S04,切割去除冒口及补贴的留量，即完全切除冒口及补贴至铸件本体表面；铸件性能热处理后，材料的组织得到极大改善，晶粒得到细化，各项力学性能指标达到标准要求，尤其是材料的塑韧性极大提高，这样再对留下的冒口及补贴进行二次切割，切割热输入小且材料塑韧性好，热应力小，材料还有塑韧性能够通过微观的塑性变形进行应力的释放，不会产生开裂问题。
步骤S05,完全切除冒口及补贴后，对铸件进行低温度短时间消应力处理，具体工艺参数为：铸件升降温速度小于等于50℃/h，升降温速率越低，铸件各部位的温度差越小，热应力也越小，这样在消除残余应力的同时，不会或很少产生额外的热应力。消应力的温度为450℃至500℃，保温时间为冒口及补贴的切割留量*(1～1.5)min/mm的乘积，这样可以有效消除切割应力，更加保证产品质量。同时保温时间及保温温度不至于过高，能够节约成本。
需要说明的是，二次切割时即使切割应力小，但为保证产品质量，确保无残余应力影响铸件，切割后需进行应力的消除。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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