為你介紹SMC電磁閥失效分析以及改良方法！

SMC電磁閥普通采用角形單座構(gòu)造, 加工復(fù)雜, 閥座容易配換, 閥芯爲(wèi)單導(dǎo)向構(gòu)造。閥門(mén)角形單座構(gòu)造流路復(fù)雜, 阻力小, 適用于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體, 可以防止結(jié)焦和梗塞, 也便于自凈和清洗〔2〕。

SMC電磁閥閥芯和閥座是高壓針閥停止開(kāi)關(guān)控制的兩個(gè)中心零件, 組成高壓針閥開(kāi)關(guān)的動(dòng)密封副。經(jīng)過(guò)控制閥芯與閥座之間錐形密封面的接觸與別離, 完成閥通道的封閉和開(kāi)啟。閥芯與密封圈之間的圓縝密封面構(gòu)成閥的滑動(dòng)密封副, 用于閥室與外界的密封。閥芯采用針形, 靠錐面密封, 普通閥芯錐角爲(wèi)59°, 閥座錐角爲(wèi)60°。實(shí)驗(yàn)證明在開(kāi)錐孔時(shí), 錐角選取45°～60°時(shí), 孔邊緣的較大應(yīng)力集中系數(shù)小, 且使較大應(yīng)力呈現(xiàn)在錐孔的小端。閥座錐角大, 閥芯錐角小時(shí), 靠上外表密封, 有利于進(jìn)步閥的運(yùn)用壽命.

SMC電磁閥在閥的閥芯材料爲(wèi)GCr 15, 其硬度爲(wèi)50 HRC。經(jīng)過(guò)目測(cè), 在未運(yùn)用前, 密封面潤(rùn)滑,其粗糙度爲(wèi)Ra 018μm , 閥芯端部較鋒利。運(yùn)用后其生效方式有閥芯彎曲變形或沖斷, 閥芯碎裂、呈現(xiàn)凹坑或溝痕等招致閥門(mén)走漏。

SMC電磁閥閥芯彎曲變形和密封面碎裂次要是加工時(shí)閥芯與閥座存在同軸度誤差或錐面誤差形成的。雖然由于密封預(yù)緊力的作用, 閥芯彈性變形使得兩密封面完成密封, 但當(dāng)針閥開(kāi)啟時(shí), 受其同軸度誤差影響, 高壓液流噴出時(shí), 閥芯徑向受力不同, 使得閥芯發(fā)生彎曲變形, 甚至沖斷。閥芯碎裂的緣由一是資料熱處置不當(dāng), 使資料脆性增大。另外是由于所用針閥開(kāi)關(guān)爲(wèi)手動(dòng), 在密封時(shí)受力過(guò)大, 與閥座擠壓形成碎裂。

412 　密封面磨損

密封面磨損與氣蝕、沖蝕和低溫腐蝕有關(guān)。

(1) 氣蝕與氣蝕磨損

針閥通常在高壓差下任務(wù), 閥芯與閥座接觸環(huán)左近的流速*, 而且水的汽化壓力又高, 所以在高壓閥中很容易發(fā)生空化與閃蒸。當(dāng)翻開(kāi)閥門(mén)時(shí), 高壓液體忽然釋放, 流速急劇添加, 而靜壓力驟然下降。當(dāng)節(jié)流口后壓力到達(dá)或低于水所在狀況下的飽和蒸汽壓時(shí), 局部液體就汽化成爲(wèi)氣體, 構(gòu)成氣液兩相共存的景象, 這是空化作用的首階段, 即閃蒸階段。階段是這些氣泡的決裂, 即空化階段。在這一階段閥后壓力降低到飽和蒸汽壓以上, 氣泡忽然決裂, 一切的能量都集中在決裂點(diǎn)上發(fā)生的沖擊力, 這種沖擊壓力較高時(shí)甚至可以越1GPa〔2 、4〕。因而沖撞閥芯、閥座和閥體,這種毀壞作用稱(chēng)爲(wèi)氣蝕。另外液體內(nèi)含有一定數(shù)量的氣泡, 這些氣泡也會(huì)形成氣蝕。液體中氣蝕在錐形閥芯和閥座上發(fā)生兩種方式的腐蝕, 一種是大尺寸的凹坑, 是由單個(gè)氣泡的決裂形成的; 另一種是一些較小的凹坑, 是由一些強(qiáng)度較弱的沖擊累積作用而成的〔4〕。因而, 生效后的閥芯外表有大小不等的凹坑。氣蝕的毀壞速度與資料的力學(xué)功能有關(guān)。對(duì)大少數(shù)材料來(lái)說(shuō), 抗氣蝕才能隨材料硬度的進(jìn)步而進(jìn)步, 兩者之間大致成指數(shù)關(guān)系〔4〕。氣蝕毀壞與材料的疲勞強(qiáng)度也有關(guān), 這是由于不時(shí)生成的氣泡不時(shí)解體, 對(duì)零件的外表發(fā)生反復(fù)性的沖擊。另外,水中氧氣的含量, 閥芯的外形, 閥口開(kāi)度, 出口背壓等對(duì)氣蝕都有影響〔4〕。

(2) 沖蝕磨損

由于在高壓差和高流速下, 液體的雷諾數(shù)很高, 極易構(gòu)成湍流運(yùn)動(dòng)〔5〕。流體中體微團(tuán)都具有*的速度, 會(huì)對(duì)閥芯與閥座發(fā)生宏大的沖擊作用, 使其外表構(gòu)成一道道溝痕。另外, 液體中還能夠存在一些固體巨大顆粒, 這些顆粒由高速液流攜帶著沖向零件外表, 也會(huì)在零件外表刮出痕跡。高速水流形成的腐蝕和巨大顆粒形成的腐蝕外形上根本相反, 都是一條條拉長(zhǎng)的溝槽, 其方向與活動(dòng)方向分歧, 而氣蝕發(fā)生的腐蝕則是大大小小的坑。沖蝕嚴(yán)重的是在閥芯的中心, 由于此處流速高, 而氣蝕腐蝕嚴(yán)重的則在流速高部位的下游。另外, 閥門(mén)開(kāi)度越大, 氣蝕腐蝕越嚴(yán)重。而開(kāi)度越小, 沖蝕越嚴(yán)重〔4〕。一般來(lái)說(shuō), 材料的硬度越高, 抗沖蝕的才能就越強(qiáng)。

(3) 低溫腐蝕

當(dāng)高速水流沖擊閥芯外表時(shí), 外表溫度降低,使其硬度降低, 抗磨損才能隨之降低, 招致氣蝕與沖蝕更爲(wèi)嚴(yán)重。要進(jìn)步閥的抗氣蝕、沖蝕磨損及低溫腐蝕的才能, 對(duì)閥座與閥芯可停止外表硬化處置或采用工具鋼及硬質(zhì)合金等材料, 在構(gòu)造上可采用分級(jí)降壓、設(shè)計(jì)合理的緩沖室構(gòu)造和防止空化的構(gòu)造。

5 　改進(jìn)方法

A、熱處置與外表硬化處置

關(guān)于高壓閥門(mén)運(yùn)用的材料, 通常采用熱處置和外表硬化處置辦法進(jìn)步其抗擠壓和耐沖蝕功能。

真空熱處置

真空熱處置是指將工件置于真空中停止的熱處置工藝。真空熱處置在加熱中不發(fā)生氧化、脫碳及其他腐蝕, 而且具有污染外表脫油除脂的作用。在真空中能將資料在冶煉進(jìn)程中吸收的氫、氮和氧等氣體脫出, 進(jìn)步材料的質(zhì)量和功能〔3〕。如將W18Cr4V 制造的高壓針閥停止真空熱處置后,無(wú)效地添加了針閥的沖擊韌性, 同時(shí)進(jìn)步了力學(xué)功能和運(yùn)用壽命〔4〕。

外表強(qiáng)化處置

爲(wèi)了進(jìn)步零件的功能, 除了改動(dòng)材質(zhì)以外, 更多的是采用外表強(qiáng)化處置辦法。如外表淬火(火焰加熱、高中頻加熱外表淬火、接觸電加熱外表淬火、電解液加熱外表淬火、激光電子束加熱外表淬火等) 、滲碳、氮化、氰化、滲硼、滲金屬( TD法) 、激光強(qiáng)化、化學(xué)氣相堆積(CVD 法) 、物理氣相堆積( PVD 法) 、等離子體化學(xué)氣相堆積(PCVD) 和等離子噴涂等。

(1) 物理氣相堆積( PVD 法) 　在真空中使用蒸鍍、離子鍍、濺射等物理辦法發(fā)生金屬離子,這些金屬離子在工件外表堆積, 構(gòu)成金屬涂層, 或與反響器反響構(gòu)成化合物涂層, 這種處置工藝辦法稱(chēng)爲(wèi)物理氣相堆積, 簡(jiǎn)稱(chēng)PVD 法。此辦法堆積溫度低, 處置溫度400～600 ℃, 變形小, 對(duì)零件的基體組織及功能影響小。應(yīng)用PVD 法在W18Cr4V制造的針閥上堆積TiN層, 則TiN層*的硬度(2 500～3 000HV) 和高耐磨性, 進(jìn)步了閥門(mén)抗腐蝕性, 在稀的鹽酸、硫酸、硝酸中不受浸蝕, 能堅(jiān)持光亮外表。PVD 處置后掩蓋層精度很棒。可研磨拋光, 其外表粗糙度爲(wèi)Ra018μm , 拋光后可到達(dá)0101μm〔6〕。