CN101502910A - 连铸辊爆炸焊加工制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸辊爆炸焊加工制造工艺，包括以下步骤：准备辊子基材和覆材；安放辊子基材和覆材：将辊子基材和同轴套装在其上的覆材均垂直固定安放在水平底座上，在辊子基材顶部同轴放置一圆锥塞；步骤三、在覆材外表面上涂抹缓冲保护层；将圆柱状炸药筐倒扣在底座上且将圆锥塞和覆材均扣在炸药筐内，炸药筐与覆材同轴且二者间存在间隙；布放主炸药和引爆炸药；引爆焊接；后续处理。本发明生产效率高、成本低、节能环保且所生产产品质量高，能有效克服现有连铸辊生产中所存在的堆焊工序复杂(需先预热、底层处理和分层堆焊)、生产效率低、能耗大、成本高、劳动强度大、不环保且质量难保证的缺点。

Description

连铸辊爆炸焊加工制造工艺

技术领域

本发明涉及连铸辊加工制造技术领域，尤其是涉及一种连铸辊爆炸焊加工制造工艺。

背景技术

连铸辊是钢厂连续铸钢机支撑、导向铸坯的主要部件，因其长期处于高温和水、湿汽的恶劣环境下工作，因而通常采用辊子表面堆焊不锈钢的办法，来保证其具有足够长的使用寿命。长期以来，连铸辊堆焊都是用不锈钢焊丝在专用堆焊机上进行的，其加工过程存在很多缺点，从以下几个方面进行说明：1、生产效率方面：原堆焊工艺生产效率很低，由于堆焊工序繁杂，堆焊前需先预热、底层处理等，所以通常每班每台堆焊机仅能堆焊一根小辊、且必须是在专用的堆焊机上进行堆焊，远远不能满足钢厂用户订货周期的要求(因连铸辊为钢厂易损件，需求量特大)。2、能源消耗环保方面：用原堆焊工艺进行堆焊时，通常一个普通连铸堆焊辊至少需耗费电能200多度电和几公斤焊药，且堆焊时焊丝与焊药会产生的大量有害烟雾和气体，将直接危害操作人员的身体健康，对环境也造成一定的污染。3、制造成本方面：首先原堆焊工艺要求基材的长度及直径都要加大尺寸(因焊接量太大会产生收缩，同时堆焊时工艺要求两端在堆焊尺寸之外搭墙、墙的尺寸要大于等于堆焊外径)，致使毛坯重量加大，成本增加。4、质量方面：原堆焊工艺存在变形大，废品率高(堆焊过程中时常会出现因堆焊产生的高温而致使芯部基材产生裂纹而导致工件报废的现象)的缺陷，另外，堆焊过程中的人为因素也比较多，并且劳动强度大，堆焊中需要操作者不停的清理堆焊时产生的焊渣，以保证堆焊质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其生产效率高、成本低、节能环保且所生产产品质量高，能有效克服现有连铸辊生产中所存在的堆焊工序繁杂、生产效率低、能耗大、成本高、不环保且质量难保证的缺点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：

步骤一、准备辊子基材和覆材：

按常规机械加工工艺加工准备辊子基材和覆材，所加工成型的辊子基材即母体为一实心或空心的圆柱状基材，所加工成型的覆材为一高度高于辊子基材且壁厚均匀的圆管，覆材的材料与常规连铸辊堆焊工艺中所用焊丝的材料相同；辊子基材外圆表面和覆材内圆表面的粗糙度Ra均小于6.3μm，覆材的内径大于辊子基材的外径；

步骤二、安放辊子基材和覆材：将辊子基材和同轴套装在其上的覆材均垂直固定安放在水平底座上，再在辊子基材顶部同轴放置一圆锥塞，所述圆锥塞的底部直径不小于辊子基材的外径且不大于覆材的外径；

步骤三、涂抹缓冲保护层：在安放好的覆材外表面上均匀涂刷一层保护爆炸载荷下覆材不受损伤的缓冲层；

步骤四、放置药框：将预先备好的圆柱状炸药筐倒扣在底座上且将所述圆锥塞和覆材均扣在炸药筐内，炸药筐与覆材同轴且二者间存在间隙；

步骤五、布放主炸药和引爆炸药：

将主炸药均匀填入炸药筐与覆材间的空隙内，直至将炸药筐填满，且保证所填入的主炸药与覆材紧密贴合；主炸药为常规经混合而成的低爆速炸药且其爆速为1500-3200m/s；覆材单位面积上的主炸药量 $W_g=\mathrm{BC}\frac{{\left(\mathrm{\ρ\δ}\right)}^{0.6}{{\mathrm{\σ}}_s}^{0.2}}{{h_0}^{0.5}},$ 式中h₀—覆材与辊子基材间的间隙cm；W_g—覆材单位面积上布放的主炸药量g/cm²；ρ—覆材的密度g/cm²；δ—覆材的壁厚cm；σ_s—覆材所用材料的屈服点MPa；B和C—系数，其中B＝0.05-3.0，C＝0.5-2.5；

所述主炸药填放完毕后，在主炸药上插放雷管的位置上，布放50-200克高爆速的引爆炸药；

步骤六、引爆焊接：在布放引爆炸药处安插雷管且连接起爆线后，进行引爆焊接，将覆材与辊子基材焊接为一体，得到连铸辊的初步产品；

步骤七、后续处理：采用常规处理工艺对所述初步产品依次进行退火、探伤、校直、淬火处理和精加工后，得到成品连铸辊，其中退火温度为500-780度，淬火温度为800-1050度。

步骤一中所述覆材的内径比辊子基材的外径大3-6mm，以保证步骤二中所述的安放辊子基材和覆材后，覆材和辊子基材间的间隙h₀＝A(ρδ)^0.6＝1.5-3mm，式中h₀—覆材与辊子基材间的间隙cm；W_g—覆材单位面积上布放的主炸药量g/cm²；ρ—覆材的密度g/cm²；δ—覆材的壁厚cm；A—系数，A＝0.1-1.0。

步骤四中所述的炸药筐与覆材间的间隙为0.1-0.15mm。

步骤二中所述的圆锥塞为木塞，所述底座为木质或钢质底座。

步骤三中所述的缓冲保护层为水玻璃、黄油或沥青涂层。

步骤一中所述的覆材为不锈钢钢管。

步骤一中所述的辊子基材为空心圆柱状基材，加工所述空心圆柱状基材的内外圆时应留6-8mm余量，并且所述空心圆柱状基材的两端应各留8-10mm加工余量；精加工辊子基材的外圆时，公差应控制在±0.05mm之内；所述辊子基材外圆表面的粗糙度Ra<1.6μm。

步骤一中所述覆材的高度比辊子基材高4-5mm，并且覆材的壁厚为3.5-4.5mm。

步骤四中所述的炸药筐为塑料管炸药框或由油毡制作的炸药框。

步骤五中所述的引爆炸药为NTN炸药。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、生产效率高，采用爆炸焊技术加工生产连铸辊时，每天可焊接两百多个工件，相当于原连铸辊堆焊加工方法中两百个堆焊机和200多个技术工人一个班次的堆焊工作量。2、节能环保，由于爆炸焊焊接工艺中，采用化学能进行焊接且一般均在深山等爆炸现场进行，焊接时仅需要少量炸药，因而在大量节约电能的同时，还减少了对环境所造成的污染，符合环保要求，有效避免了堆焊中焊丝与焊接药品所产生的大量有害气体和烟雾，减少了对焊接操作人员的身体危害。3、制造成本低，采用爆炸焊进行焊接时，焊接工艺对辊子基材的尺寸没额外要求；另外，原堆焊工艺堆焊时焊丝浪费很大，由于堆焊完后堆焊层还需要机械加工，因而往往要多堆焊4—5mm作为加工余量，为此造成了二分之一以上的焊丝(贵重金属)被浪费(焊丝进口价每吨9万多圆，国产每吨四万多圆)；相比较而言，爆炸焊接工艺，只需要留很少的磨削余量即可，不仅节省了贵重金属，而且还减少了加工费用，经对比分析，爆炸焊接工艺可将原堆焊焊接工艺的制造成本降低3—5％，综上，本发明省电节能，大大减少了贵重金属的浪费，社会效益明显。4、所生产的连铸辊质量高，爆炸焊焊接工艺是将化学成分与堆焊工艺所用焊丝材料化学成分相同的不锈钢板卷成不锈钢薄管且与辊子基材(母体)用爆炸焊接方法加工制作成连铸辊的生产方法，具体是采用爆炸焊中的外复法，并控制爆炸能量，使壁厚为3.5-4.5mm的不锈钢钢管与圆钢即辊子基材在固态下产生高强度冶金结合，以代替现连铸辊制造中的人工堆焊方法，如炸药的品种、药量、间隙等影响复合的主要工艺参数选择得当，动态条件适度，其结合强度可达基材强度，产生等强结合。另外，辊子基材和覆材的连接面焊前一定要进行表面清理，尽可能有高的表面粗糙度，以保证焊接面的抗拉强度。综上，爆炸焊焊接工艺采用爆炸焊接技术，将覆材与辊子基材经过高速冲击碰幢来实现冶金结合的，具体是：进行爆炸焊接时，主炸药被雷管引爆，产生高温高压气体，推动覆材高速倾斜碰幢辊子基材，瞬间所形成的高温、高压使覆材与基材两者都发生粘塑性变形而牢固地焊接在一起形成冶金结合，因而其焊接界面处的强度往往大于母体基材金属的强度，有效克服了现有工艺中热变形大、废品率高的缺陷，而且不存在焊渣清理不净而导致的内部沙眼、气孔等缺陷，同时也使原堆焊的铸态变改变成了轧制态，使堆焊层的机械性能有了很大改善，其抗拉强度和屈服极限由原工艺的660N/mm²、340N/mm²提高到现工艺的686N/mm²和384N/mm²。并且堆焊层中不会出现加沙、气孔等缺陷，避免了连铸辊在使用过程中的剥落现象，有效地保证了连铸辊的质量。5、适用范围广，不仅适用新辊的加工制造，更适用旧辊的修复，因修复连铸辊时内孔等部位已无加工余量，由于此工艺具有变形小的特点，并且爆炸焊接时会出现内孔产生缩小和长度加大的现象，因而正好使得内孔及两端面产生了足够的修复余量；另外，本发明采用爆炸焊技术对金属圆棒进行不锈钢外包复合的。综上所述，本发明的关键在于将定制的不锈钢薄管通过爆炸焊技术与基材母体进行复合，来代替现有的不锈钢堆焊工艺，其生产效率高、成本低、节能环保且所生产产品质量高，能有效克服现有连铸辊生产中所存在的制造工序繁杂、生产效率低、能耗大、成本高、劳动强度大、不环保且质量难保证的缺点。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明引爆焊接前的装配示意图。

图2为本发明的加工工艺流程图。

附图标记说明：

1—雷管；     2—主炸药；      3—木塞；

4—覆材；     5—辊子基材；    6—底座；

7—地面；     8—炸药框。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明所述的连铸辊爆炸焊加工制造工艺包括以下步骤：

步骤一、准备辊子基材5和覆材4：

按常规机械加工工艺加工准备辊子基材5和覆材，所加工成型的辊子基材5即母体为一实心或空心的圆柱状基材，所加工成型的覆材4为一高度高于辊子基材5且壁厚均匀的圆管。覆材4的材料与常规连铸辊堆焊工艺中所用焊丝的材料相同。辊子基材5外圆表面和覆材4内圆表面的粗糙度Ra均小于6.3μm。覆材4的内径大于辊子基材5的外径。

本实施例中，所述辊子基材5为空心圆柱状基材，加工所述空心圆柱状基材的内外圆时应留6-8mm余量，并且所述空心圆柱状基材的两端应各留8-10mm加工余量。精加工辊子基材5的外圆时，公差应控制在±0.05mm之内；并且所述辊子基材5外圆表面的粗糙度Ra<1.6μm。

所述覆材4为不锈钢钢管，并且覆材4的内径比辊子基材5的外径大3-6mm。另外，覆材4的高度比辊子基材5高4-5mm，并且覆材4的壁厚为3.5-4.5mm。所述覆材4的具体加工工艺如下：首先按设计尺寸下料，再将所下料的不锈钢板进行滚圆，之后气体保护焊焊接方法，用D507Mo焊丝或不锈钢覆层本体填充进行焊接，焊接成形后进行修圆和固熔处理以及内圆表面抛光。

步骤二、安放辊子基材5和覆材4：将辊子基材5和同轴套装在其上的覆材4均垂直固定安放在水平底座6上，再在辊子基材5顶部同轴放置一圆锥塞，所述圆锥塞的底部直径不小于辊子基材5的外径且不大于覆材4的外径。所述底座6为木质或钢制底座，水平底座6放在平整的地面7上。本实施例中，所述圆锥塞为木塞3，所述木底座上部对应设置有用于安放辊子基材5和覆材4的安装槽。

安放辊子基材5和覆材4后，覆材4和辊子基材5间的间隙h₀＝A(ρδ)^0.6＝1.5-3mm，式中h₀—覆材4与辊子基材5间的间隙cm；W_g—覆材4单位面积上布放的主炸药量g/cm²；ρ—覆材4的密度g/cm²；δ—覆材4的壁厚cm；A—系数，A＝0.1-1.0。需注意的是：安放辊子基材5和覆材4时，应保证辊子基材5和覆材4之间的间隙均匀。

步骤三、涂抹缓冲保护层：在安放好的覆材4外表面上均匀涂刷一层保护爆炸载荷下覆材4不受损伤的缓冲层。

所述缓冲保护层为水玻璃、黄油或沥青涂层，一般采用毛刷在覆材4外表面上进行涂刷。

步骤四、放置药框：将预先备好的圆柱状炸药筐8倒扣在底座6上且将所述圆锥塞和覆材4均扣在炸药筐8内，炸药筐8与覆材4同轴且二者间存在间隙。所述炸药筐8为塑料管炸药框或或由油毡制作的炸药框。

本实施例中，所述炸药筐8为塑料管炸药框，并且炸药筐8与覆材4间的间隙为0.1-0.15mm。

步骤五、布放主炸药2和引爆炸药：

将主炸药2均匀填入炸药筐8与覆材4间的空隙内，直至将炸药筐8填满，且保证所填入的主炸药2与覆材4紧密贴合；主炸药2为常规经混合而成的低爆速炸药且其爆速为1500-3200m/s；覆材4单位面积上的主炸药量 $W_g=\mathrm{BC}\frac{{\left(\mathrm{\&rho;\&delta;}\right)}^{0.6}{{\mathrm{\&sigma;}}_s}^{0.2}}{{h_0}^{0.5}},$ 式中h₀—覆材4与辊子基材5间的间隙cm；W_g—覆材4单位面积上布放的主炸药量g/cm²；ρ—覆材4的密度g/cm²；δ—覆材4的壁厚cm；σ_s—覆材4所用材料的屈服点MPa；B和C—系数，其中B＝0.05-3.0，C＝0.5-2.5。实际加工制造过程中，根据所需加工制造连铸辊的具体尺寸要求，按上述公式具体计算所需要的主炸药用量，相应推算得出所使用炸药筐8的容积大小。

所述主炸药2填放完毕后，在主炸药2上插放雷管1的位置上，布放50-200克高爆速的引爆炸药。

本实施例中，所使用的引爆炸药为NTN炸药。

步骤六、引爆焊接：在布放引爆炸药处安插雷管1且连接起爆线后，进行引爆焊接，将覆材4与辊子基材5焊接为一体，得到连铸辊的初步产品。

步骤七、后续处理：采用常规处理工艺对所述初步产品依次进行退火、探伤、校直、淬火处理和精加工后，得到成品连铸辊，其中退火温度为500-780度，淬火温度为800-1050度。本实施例中，淬火处理工艺中，淬火温度应控制在850—1020度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：

步骤一、准备辊子基材(5)和覆材(4)：

按常规机械加工工艺加工准备辊子基材(5)和覆材，所加工成型的辊子基材(5)即母体为一实心或空心的圆柱状基材，所加工成型的覆材(4)为一高度高于辊子基材(5)且壁厚均匀的圆管，覆材(4)的材料与常规连铸辊堆焊工艺中所用焊丝的材料相同；辊子基材(5)外圆表面和覆材(4)内圆表面的粗糙度Ra均小于6.3μm，覆材(4)的内径大于辊子基材(5)的外径；

步骤二、安放辊子基材(5)和覆材(4)：将辊子基材(5)和同轴套装在其上的覆材(4)均垂直固定安放在水平底座(6)上，再在辊子基材(5)顶部同轴放置一圆锥塞，所述圆锥塞的底部直径不小于辊子基材(5)的外径且不大于覆材(4)的外径；

步骤三、涂抹缓冲保护层：在安放好的覆材(4)外表面上均匀涂刷一层保护爆炸载荷下覆材(4)不受损伤的缓冲层；

步骤四、放置药框：将预先备好的圆柱状炸药筐(8)倒扣在底座(6)上且将所述圆锥塞和覆材(4)均扣在炸药筐(8)内，炸药筐(8)与覆材(4)同轴且二者间存在间隙；

步骤五、布放主炸药(2)和引爆炸药：

将主炸药(2)均匀填入炸药筐(8)与覆材(4)间的空隙内，直至将炸药筐(8)填满，且保证所填入的主炸药(2)与覆材(4)紧密贴合；主炸药(2)为常规经混合而成的低爆速炸药且其爆速为1500-3200m/s；覆材(4)单位面积上的主炸药量 $W_g=\mathrm{BC}\frac{{\left(\mathrm{\&rho;\&delta;}\right)}^{0.6}{{\mathrm{\&sigma;}}_s}^{0.2}}{{h_0}^{0.5}},$ 式中h₀—覆材(4)与辊子基材(5)间的间隙cm；W_g—覆材(4)单位面积上布放的主炸药量g/cm²；ρ—覆材(4)的密度g/cm²；δ—覆材(4)的壁厚cm；σ_s—覆材(4)所用材料的屈服点MPa；B和C—系数，其中B＝0.05-3.0，C＝0.5-2.5；

所述主炸药(2)填放完毕后，在主炸药(2)上插放雷管(1)的位置上，布放50-200克高爆速的引爆炸药；

步骤六、引爆焊接：在布放引爆炸药处安插雷管(1)且连接起爆线后，进行引爆焊接，将覆材(4)与辊子基材(5)焊接为一体，得到连铸辊的初步产品；

步骤七、后续处理：采用常规处理工艺对所述初步产品依次进行退火、探伤、校直、淬火处理和精加工后，得到成品连铸辊，其中退火温度为500-780度，淬火温度为800-1050度。

2.按照权利要求1所述的连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于：步骤一中所述覆材(4)的内径比辊子基材(5)的外径大3-6mm，以保证步骤二中所述的安放辊子基材(5)和覆材(4)后，覆材(4)和辊子基材(5)间的间隙h₀＝A(ρδ)^0.6＝1.5-3mm，式中h₀—覆材(4)与辊子基材(5)间的间隙cm；W_g—覆材(4)单位面积上布放的主炸药量g/cm²；ρ—覆材(4)的密度g/cm²；δ—覆材(4)的壁厚cm；A—系数，A＝0.1-1.0。

3.按照权利要求1或2所述的连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于：步骤四中所述的炸药筐(8)与覆材(4)间的间隙为0.1-0.15mm。

4.按照权利要求1或2所述的连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于：步骤二中所述的圆锥塞为木塞(3)，所述底座(6)为木质或钢质底座。

5.按照权利要求1或2所述的连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于：步骤三中所述的缓冲保护层为水玻璃、黄油或沥青涂层。

6.按照权利要求1或2所述的连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于：步骤一中所述的覆材(4)为不锈钢钢管。

7.按照权利要求1或2所述的连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于：步骤一中所述的辊子基材(5)为空心圆柱状基材，加工所述空心圆柱状基材的内外圆时应留6-8mm余量，并且所述空心圆柱状基材的两端应各留8-10mm加工余量；精加工辊子基材(5)的外圆时，公差应控制在±0.05mm之内；所述辊子基材(5)外圆表面的粗糙度Ra<1.6μm。

8.按照权利要求1或2所述的连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于：步骤一中所述覆材(4)的高度比辊子基材(5)高4-5mm，并且覆材(4)的壁厚为3.5-4.5mm。

9.按照权利要求1或2所述的连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于：步骤四中所述的炸药筐(8)为塑料管炸药框或由油毡制作的炸药框。

10.按照权利要求1或2所述的连铸辊爆炸焊加工制造工艺，其特征在于：步骤五中所述的引爆炸药为NTN炸药。

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