Эрозия – это потеря веса материала, вызванная производственным процессом, особенно, если среда содержит крупно фракционные частицы. Коррозия может ускорить эрозию. Есть материалы, которые могут противостоять этим процессам, но не предотвращают истирание. Истирание – это форма износа вследствие абразивного процесса, который появляется между двумя трущимися поверхностями и обычно происходит, когда компоненты одинаковой твердости трутся друг о друга в сухом или не смазанном состоянии. Кавитация может возникнуть при резком падении давления жидкости, из которой формируются пузырьки с паром. Когда пузырьки лопаются, это создает волны давления, которые могут повредить внутренние части клапана. Кавитация может стать причиной неравномерных повреждений и эрозии внутри клапана также, как и шум с вибрацией.
Наплавка – это процесс металлообработки, когда более твердый материал наплавляется на уязвимые поверхности для уменьшения вероятности повреждений. Кончено, можно сделать весь клапан из самых прочных материалов, но это будет стоить гораздо дороже. Наплавка на внутренние части подходит большинству видов арматуры: задвижкам, запорным и обратным клапанам, а также затворам поворотным.
Стальные сплавы для наплавки могут наноситься разными методами:
- Сварка
- Газопламенное напыление
- Плазменное напыление
- Высокоскоростное газопламенное напыление
- Лазерное напыление
Для того чтобы убедиться в качестве нанесения твердосплавного покрытия проводят испытания на твердость, коррозию, толщину, адгезию и другие характеристики покрытия, а также выполняют металлографический анализ исходного материала.
Материалы наплавки
Стеллит 6 – часто используемый материал для наплавки – кобальтовый сплав, который содержит хром, вольфрам, углерод и другие элементы. Таблица 1 показывает химический состав и некоторые физические свойства Стеллита 6. Твердая фаза карбида в матрице сплава кобальт-хром делает этот материал высокоустойчивым к коррозии и истиранию.
Таблица 1. – Химический состав и физические свойства Стеллита 6
| Co | Cr | W | C | Другие элементы | Твердость | Плотность | Температура плавления |
| База | 27-32% | 4-6% | 0.9-1.4% | Ni, Fe, Si, Mn, Mo |
36-45 HRC |
8.44 г/см3 |
2340-2570°F |
Дуплексная нержавеющая сталь 22 Cr широко используется в шельфовой добыче нефти и газа для трубопроводных систем, включая арматуру. Однако, наплавка стеллита 6 на дуплексную сталь может быть затруднительна ввиду формирования сигма-фазы в дуплексе во время сварки, которая может привести к возникновению хрупкости. Хром и молибден, в данном случае, обычно увеличивают уровень выделения сигма-фазы. При наплавке стеллитом 6 на небольшие и тонкие компоненты из дуплекса повышается риск возникновения сигма-фазы из-за высокой концентрации предельных температур во время сварки. В связи с этим, взамен использования наплавки из Стеллита 6 на компоненты из Дуплексной стали 22 Cr маленьких размеров (к примеру, 4 дюйма и менее) целесообразно изготавливать эти компоненты целиком из Стеллита 6 во избежание связанных с наплавкой рисков и проблем.
Стеллит 6 имеет особенность трескаться в соленой воде, поэтому он не подходит для данного применения. В этом случае лучше подходят твердосплавные наплавки Ultimet или Triballoy.
Производители трубопроводной арматуры считают Ultimet более сложным к наплавке нежели Стеллит 6. Трудность заключается в слабой адгезивной способности Ultimet к базовому материалу, что может привести к потере всего наплавленного шва после нескольких лет эксплуатации. В шельфовой индустрии для наплавки обычно используется Ultimet на компонентах арматуры из дуплекса 25 Cr.
Наплавка из Triballoy, с никелевой или кобальтовой основой может защитить компоненты арматуры, подверженных экстремальному износу, высоким температурам или коррозии. Tribaloy 800 имеет высокое содержание молибдена, которое повышает устойчивость к точечной коррозии при эксплуатации в морской воде. Этот кобальто-хромо-молибденовый сплав также защищает от эрозии, коррозии и истирания.
Покрытие из карбид-вольфрама (TCC) – сочетание вольфрама и углерода, устойчива к высоким температурам и придает наилучшую абразивную устойчивость. Рисунок 2 показывает шар шарового крана с наплавкой из карбид-вольфрама, после обработки.
Покрытие карбид вольфрамом чаще всего осуществляется методом высокоскоростного газопламенного напыления. Это процесс напыления покрывающих частиц на поверхность компонента с крайне высокой скоростью, при которой они плавятся на поверхности из-за кинетической энергии, а не повышенной температуры. Толщина наплавки из карбид-вольфрама обычно не превышает 150 микрон, ввиду проблем с пористостью при больших толщинах.
