Métodos de reparación para defectos en fundiciones de válvulas de bronce de aluminio

Este documento revisa los enfoques estándar para abordar los defectos en Válvula de bronce de aluminio Castings y explora el uso de impregnación, soldadura de reparación y tratamiento de superficies para reparar estos defectos.

Las válvulas de bronce de aluminio fundido se utilizan ampliamente en entornos resistentes a la corrosión, especialmente en aplicaciones expuestas al agua de mar, sulfatos y cloruros. Estas válvulas suelen funcionar a temperaturas inferiores a 300 ° C y presiones comprendidas entre 1,6 y 4,0 MPa. La intrincada geometría de las piezas fundidas de válvulas de bronce de aluminio a menudo conduce a defectos como cavidades de contracción, porosidad e inclusiones de oxidación. Las inclusiones de oxidación secundaria formadas durante el vertido, junto con con numerosos defectos estenopeicos, pueden debilitar significativamente la resistencia mecánica y el rendimiento de sellado del material. La reparación de válvulas de bronce de aluminio fundido es compleja debido a la susceptibilidad del material a agrietarse bajo tensión, lo que a menudo hace que la fundición se deseche debido a fugas. Las aleaciones comunes de bronce de aluminio utilizadas en cuerpos de válvulas grandes y medianos son ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 (estándar chino) y C95800, C95500 y C63200 (estándares estadounidenses, principalmente para exportación). Este documento propone mejoras en los procesos para reducir las fugas en los cuerpos de válvulas de bronce de aluminio fundido, mejorando así el rendimiento general de fundición y la eficiencia operativa.

MSS SP-80-2003, el estándar publicado por la Sociedad de Normalización de Fabricantes (MSS) de la Industria de Válvulas y Accesorios, ordena que todas las piezas de fundición de bronce estén limpias, estructuralmente sanas y libres de defectos que puedan afectar el rendimiento. El taponamiento, la soldadura de reparación y la impregnación están prohibidos bajo esta norma. ASTM B62-2002, el estándar estadounidense, prohíbe la reparación, taponamiento o refundición de bronce o fundición de latón de alto cobre.

La norma nacional china GB 12225-2005 prohíbe la eliminación de defectos en fundiciones de aleación de cobre para válvulas generales por martillado, taponamiento o impregnación. Sin embargo, la norma permite la reparación por soldadura u otros métodos aprobados para defectos considerados reparables. La soldadura está prohibida en la superficie de sellado, componentes roscados y áreas expuestas a altas temperaturas o corrosión severa.

Las normas de la industria para las válvulas de bronce de aluminio fundido prohíben el uso de impregnación para fugas en fundiciones de válvulas, pero permiten la soldadura de reparación en condiciones específicas. Se han llevado a cabo investigaciones y aplicaciones prácticas de soldadura de reparación e impregnación para fundiciones de bronce de aluminio que soportan presión tanto en China como a nivel internacional. Los avances en la tecnología de pruebas no destructivas ahora permiten la detección de defectos de fundición independientemente del método de tratamiento utilizado. Por lo tanto, es necesario reevaluar las restricciones anteriores sobre fundiciones de válvulas de bronce de aluminio.

El proceso comienza con el mecanizado rugoso del cuerpo de la válvula o la fundición del capó de la válvula, asegurando que no haya agujeros en la superficie de la brida, seguido de una limpieza por chorro de agua a alta presión de las superficies interior y exterior. La fundición se coloca en un horno de vacío a -0,09 MPa para eliminar las impurezas de los poros. A continuación, la fundición se sumerge en una solución de impregnación, que se fuerza en los poros a una presión de 0,4-3 MPa. Después de la impregnación, la fundición se limpia y el impregnante se cura a 90-100 ° C utilizando un horno de aire para impregnantes inorgánicos o agua caliente para impregnantes orgánicos. Finalmente, la fundición se somete a un acabado superficial y se somete a una prueba de presión hidrostática.

Los impregnantes de fundición de válvulas de bronce se clasifican en inorgánicos u orgánicos. Los impregnantes inorgánicos, principalmente soluciones a base de silicatos como el vidrio de agua, son efectivos para sellar capilares más grandes (menos de 0,5 mm). Los impregnantes orgánicos, típicamente a base de resina acrílica, son adecuados para poros más finos (menos de 0,3 mm). Los impregnantes inorgánicos de bronce de aluminio, que generalmente tienen poros más grandes que el acero inoxidable, generalmente se sellan de manera más efectiva con . Los impregnantes inorgánicos se utilizan a temperaturas inferiores a 230 ° C y soportan presiones de 2 a 3 MPa. Los impregnantes orgánicos toleran rangos de temperatura similares pero ofrecen una mayor resistencia a la presión. Ambos tipos de impregnantes son adecuados para condiciones operativas estándar de válvulas de bronce.

La impregnación es eficaz para sellar fugas de orificios provocadas por defectos como la porosidad y las inclusiones de oxidación. Estos defectos suelen implicar diámetros de poros pequeños, canales irregulares y grandes áreas afectadas, lo que hace que la impregnación sea el método más eficaz para sellar los poros internos. Puede ser necesaria una impregnación secundaria para un sellado adicional. Dado que las fugas se producen a menudo durante las pruebas hidrostáticas, la duración de la prueba para las válvulas de bronce de aluminio fundido debe ampliarse, con una estrecha vigilancia.

Los defectos en las piezas fundidas de válvulas de bronce de aluminio, como cavidades de contracción, grietas, agujeros de arena y agujeros, pueden repararse mediante soldadura, siempre que el proceso se realice correctamente y los defectos se eliminen a fondo.

• Identificación de defectos: inspeccione la fundición en busca de defectos.
• Eliminación de defectos: use herramientas mecánicas, como una rectificadora, un escariador de metales o un taladro, para eliminar defectos. Para grietas, taladre agujeros de tope en ambos extremos y muele el área del defecto en un bisel liso con al menos un ángulo de 30 °. Las técnicas de soldadura por fusión no deben usarse para eliminar defectos.
• Preparación de la superficie: asegúrese de que el área del defecto exhiba un brillo metálico. Realice una prueba de penetración (PT) para confirmar que no quedan defectos.
• Precalentamiento: Precaliente un área de 50 mm alrededor del defecto con un soplete de oxígeno-acetileno. Mantener una temperatura de 500 a 600 ° C, con un tiempo mínimo de precalentamiento de 5 minutos, según el grosor de la fundición.
• Soldadura: Realizar soldadura por arco de argón a una velocidad controlada y constante.
• Limpieza de Interpass: use un cepillo de acero inoxidable para eliminar los contaminantes entre los pasos de soldadura.
• Reducción del estrés: golpee uniformemente el área reparada con con un martillo plano para aliviar el estrés.
• Temperado para aliviar el estrés: tratar con calor y atemperar el área de 50 mm que rodea la reparación con un soplete de oxígeno-acetileno a aproximadamente 600 ° C durante al menos 5 minutos.
• Enfriamiento lento: cubra el área reparada con paño de amianto para facilitar el enfriamiento lento.
• Acabado e inspección finales: muele el área reparada hasta obtener un acabado suave que haga juego con la superficie circundante. Realice una inspección PT. Si la reparación pasa, vuelva a realizar una prueba de presión y una inspección final de fugas.

• Los defectos deben eliminarse por completo utilizando métodos mecánicos para revelar una superficie de metal lisa y limpia.
• El área del defecto no debe exceder los 40 mm × 40 mm y debe estar rectificada a un bisel liso para minimizar la tensión inducida por la reparación.
• Para grietas, realice una inspección PT antes de soldar; precaliente la pieza de trabajo y aplique templado después de soldar.
• El control estricto de la temperatura es esencial durante todo el proceso.
• La soldadura debe realizarse en un entorno libre de viento para evitar defectos.
• Después de soldar, cubra el área reparada con tela de amianto para asegurar un enfriamiento lento.

La superficie de las piezas fundidas de válvulas de bronce de aluminio puede presentar defectos como desprendimiento de arena y porosidad gaseosa con un diámetro inferior a 42 mm. Aunque estos defectos no provocan fugas durante una prueba de presión de agua, afectan negativamente a la calidad estética de la fundición. En tales casos, se puede aplicar un agente de reparación a base de cobre al área defectuosa. Después de la aplicación, el agente de reparación debe curarse por calor o dejarse curar de forma natural durante 12 horas. Una vez curada, la superficie debe ser molida y sometida a granallado de acero inoxidable para lograr un acabado superficial uniforme que coincida con el material circundante. El agente de reparación tiene una resistencia a la compresión de 92 MPa y un límite de temperatura de funcionamiento de 175 ° C, cumpliendo con las normas de rendimiento de la industria para válvulas de bronce.

Después de reparar fundiciones de válvulas de bronce de aluminio a través de impregnación, soldadura de reparación y restauración de superficies, el tiempo de retención de presión debe extenderse de dos a tres veces durante la prueba de represión. Además, los puntos de fuga originales y las áreas propensas a defectos deben controlarse de cerca. Cuando se realiza correctamente, la mayoría de las válvulas defectuosas aún pueden cumplir con los requisitos operativos.