CN102489863A - 一种制备特厚复合钢板的真空焊接机构 - Google Patents

Abstract

一种制备特厚复合钢板的真空焊接机构，包括电子束焊枪和真空室，电子束焊枪固定在真空室内的导轨上，真空室内设置有电动吊升装置、同步旋转夹持装置、坯料承载平台、坯料升降装置，电动吊升装置安装在真空室顶部的横梁上，电动吊升装置包括动力电机和缠绕有吊索的旋转支架，吊索末端设有吊钩；同步旋转夹持装置包括压板和液压缸，压板与坯料承载平台固定，压板顶部设有吊升梁，液压缸固定在压板上，通过柔性油管与供油系统相连；坯料承载平台固定在工作转台上，工作转台连接电控系统并通过滑块安装在基座上；坯料升降装置包括支撑杆和固定在支撑杆上的支撑板，支撑杆连接驱动电机。该机构可显著提高焊接效率且得到的钢板复合面内无夹杂物。

Description

一种制备特厚复合钢板的真空焊接机构

技术领域

本发明属于真空焊接技术领域，特别涉及一种制备特厚复合钢板的真空焊接机构。

背景技术

特厚钢板（≥100 mm）在重型机械、锅炉、核电、船舶制造、海洋平台、桥梁、机场等领域有着非常广泛的应用。真空复合轧制法（授权公告号：CN 101773931 B）是目前非常先进的一种特厚钢板的制备方法，该方法利用普通连铸坯为原料，首先，将两块或多块连铸坯的切割为定尺，然后将待复合表面通过龙门铣床机械清理干净，将坯料叠合在一起或并排立放在一起，在真空室内对复合面四周进行真空电子束焊接，焊接深度为50～100mm，然后将焊接完成的坯料送入加热炉加热，最后进行轧制，得到特厚钢板。该生产方法具有很高的生产效率和成材率，且原材料来源广泛，具有十分广阔的应用前景。目前，工业化生产特厚钢板过程中的真空电子束焊接工序生产效率较低，导致整个制备复合钢板过程效率低下，并且个别复合钢板的复合界面局部存在少量微夹杂物，这些夹杂物对特厚复合钢板的耐蚀性能有很大影响，由于当前用于焊接的连铸坯垂直立于真空室内的水平工作台面上，若要焊接连铸坯的四周，需将连铸坯退出真空室并进行三次翻转，才能完成四个面的焊接，连铸坯退出和翻转过程将会降低生产节奏；另外，中途退出真空室会使未被完全封闭的复合界面进入空气，破坏复合界面的高真空状态，而复合界面狭缝内的空气在真空室内已很难再被完全抽净，在后续的钢板坯料加热过程中可能使复合界面造成氧化，产生界面缺陷。

发明内容

针对现有技术中真空复合轧制特厚钢板生产效率低和复合界面可能产生缺陷的情况，本发明提供一种制备特厚复合钢板的真空焊接机构，包括电子束焊枪和真空室，电子束焊枪固定在横向导轨上，横向导轨固定在纵向导轨上，纵向导轨固定在真空室侧壁上，真空室内设置有电动吊升装置、同步旋转夹持装置、坯料承载平台、坯料升降装置和工作转台，电动吊升装置安装在真空室顶部的横梁上并能沿横梁的轨道横向自由移动，横梁与真空室顶部的另两条相互垂直的梁滑动连接，电动吊升装置包括动力电机和缠绕有吊索的旋转支架，旋转支架的转轴与动力电机输出轴相连，吊索末端连接有吊钩；同步旋转夹持装置包括压板和液压缸，压板与坯料承载平台固定连接并与坯料承载平台之间留有空隙，压板顶部设有与吊钩勾连的吊升梁，液压缸固定在压板上，通过柔性油管与真空室外的供油系统相连；坯料承载平台固定安装在工作转台上，工作转台连接控制其旋转的电控系统，工作转台通过滑块安装在基座上方；坯料升降装置设置在坯料承载平台上坯料周围，包括支撑杆和固定在支撑杆上的支撑板，支撑杆连接驱动电机。

所述压板采用四个长螺栓固定在坯料承载平台上，长螺栓布置于坯料角部45°的延长线上，长螺栓与坯料侧边的间距保证长螺栓不妨碍坯料角部两侧的焊接。

所述液压缸数量≥4，且均匀分布在压板上。

所述基座底部设置有直线导轨，基座通过与其相对滑动的直线导轨支撑在真空室底部的安装平面上。

该真空焊接机构的工作过程如下：

首先，将两块钢板坯料的接触面用龙门铣床清理干净，完全露出新鲜金属；在钢板坯料长边侧面两端焊接四个方形钢块，用作升降坯料的支撑块，四个钢块的尺寸完全相同且焊在同一水平面；然后，将钢板坯料水平叠合在坯料承载平台上，带有支撑钢块的钢板在上，通过电机驱动直线导轨将工作转台连同钢板坯料一起送入真空室内；再通过电动吊升装置将压板降落到坯料上部，采用四个长螺栓将压板人工固定在坯料承载平台上，长螺栓位于坯料角部45度的延长线上，使其不妨碍坯料角部两侧的焊接；关闭真空室门，通过坯料升降装置的电机驱动支撑杆带动支撑板对焊接在钢板坯料侧面的四个方形钢块施加提升力，将上面的一块钢板坯料缓慢抬高，此时开始对真空室进行抽真空，当真空室内压强≤1×10^-2Pa后，坯料升降装置将上面坯料平稳放下，此时压板上的液压缸开始下压，当总压力大于等于坯料总重量的1/10后，液压缸停止加压并开始保压，以此固定两块坯料防止其焊接过程中的热变形；将电子束焊枪沿横向导轨和纵向导轨联动，调整至最佳焊接距离，并调整焊接电流、电压和聚焦电流，电子束焊枪平行坯料水平移动对焊缝进行焊接，第一条焊缝完成后，工作转台旋转90°，同时直线导轨带动工作转台上的坯料水平运动调整至电子束焊枪的最佳工作距离，对下一道焊缝进行焊接；再依次使工作转台进行两次90°的旋转并调整电子束焊枪的最佳工作距离，在工作转台的运动过程中，液压缸始终保持恒定压力，液压缸连接的柔性油管随液压缸一起运动，同时电动吊升装置在横梁上水平移动调整压板位置，四条焊缝全部焊接完成后，液压缸上升到初始位置，打开真空室门，卸掉真空，人工松开固定压板的长螺栓，将压板与坯料承载平台分离，利用电动吊升装置将压板吊起，再控制直线导轨将坯料承载平台连同工作转台退出真空室，卸下焊接完成的坯料。

上述焊接操作中，钢板坯料之间长度方向误差≤10mm，宽度方向误差≤5mm，厚度不限；直线导轨由伺服电机驱动，行进速度范围为1100mm/min；电动吊升装置为电动机构，升降速度范围为1～100mm/min；液压缸未压下状态时与钢板坯料上表面保留≥1mm的间距，液压缸下压时，各个液压缸以相同的速度下降，升降速度为1～100mm/min，液压缸总压力≥5t；工作转台由通用伺服电机驱动，工作转台的旋转速度为1～100rpm。

本发明的有益效果是：该真空焊接机构通过将坯料水平放置，同时在不影响焊接和坯料旋转的前提下对水平坯料进行夹持，并且能够对上坯料进行升降，使钢板坯料在真空室内通过一次抽真空，完成全部焊接过程，避免了由于坯料中途退出真空室造成的空气被封存在待焊接复合面的情况，防止了加热过程中封存在复合面上的空气发生氧化，焊接得到的钢板复合面内无夹杂物；同时，较传统将坯料垂直放置的真空电子束焊接机构，焊接同样大小的钢板缩短了焊接时间，极大地提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明实施例的真空焊接机构整体结构示意图；

图2是本发明实施例的真空焊接机构右视结构示意图；

图3是本发明实施例的真空焊接机构俯视结构示意图；           

图中：1钢板坯料，2钢块，3工作转台，4直线导轨，5电动吊升装置，6压板，7液压缸，8长螺栓，9真空室门，10坯料升降装置，11电子束焊枪，12横向导轨，13纵向导轨，14柔性油管，15横梁，16安装平面，17基座，18滑块，19坯料承载平台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

本发明提供的制备特厚复合钢板的真空焊接机构，包括电子束焊枪11和真空室，电子束焊枪11固定在横向导轨12上，横向导轨12固定在纵向导轨13上，纵向导轨13固定在真空室侧壁上，真空室内设置有电动吊升装置5、同步旋转夹持装置、坯料承载平台19、坯料升降装置10和工作转台3，电动吊升装置5安装在真空室顶部的横梁15上并能沿横梁15的轨道横向自由移动，横梁15与真空室顶部的另两条相互垂直的梁滑动连接，电动吊升装置5包括动力电机和缠绕有吊索的旋转支架，旋转支架的转轴与动力电机输出轴相连，吊索末端连接有吊钩；同步旋转夹持装置包括压板6和液压缸7，压板6四个通过长螺栓8与坯料承载平台19固定并与钢板坯料1上表面之间留有空隙，长螺栓8布置于坯料角部45°的延长线上，长螺栓8靠近坯料的边缘与钢板坯料1侧边的间距至少为5mm，以保证长螺栓8不妨碍坯料角部两侧的焊接，压板6顶部设有与吊钩勾连的吊升梁，四个液压缸7均匀固定在压板6上，通过柔性油管14与真空室外的供油系统相连；坯料承载平台19通过螺栓固定安装在工作转台3上，工作转台3连接控制其旋转的电控系统，工作转台3通过滑块18安装在基座17上方；坯料升降装置10设置在坯料承载平台19上方，包括四根支撑杆和分别固定在支撑杆上的四块支撑板，所有支撑板保持在同一平面内，每根螺纹形式的支撑杆连接一个驱动电机；基座17底部设置有直线导轨4，基座17通过与其相对滑动的直线导轨4支撑在真空室底部的安装平面16上。   

该真空焊接机构实现钢板坯料1的焊接具体步骤如下：

两个连铸坯坯料尺寸为2000mm×2000mm×200mm，采用龙门铣床将两个坯料的待复合面加工至露出金属表面，在钢板坯料长边侧面两端焊接四个方形钢块2，用作升降坯料的支撑块，四个钢块2的尺寸完全相同且焊在同一水平面，将钢板坯料1水平叠合在工作转台3上，带有支撑块的钢板作为上层坯料，通过电机驱动直线导轨4将工作转台3连同钢板坯料1一起送入真空室内；采用四个长螺栓8将压板6固定在坯料承载平台19上，利用坯料升降装置10的电机驱动支撑杆带动支撑板对焊接在钢板坯料1侧面的四个方形钢块2施加提升力，并缓慢将上层坯料升起，然后开始抽真空，当真空度≤1×10-2Pa时，利用坯料升降装置10将叠合的两块坯料的上层坯料降下，使两块坯料重新叠合在一起，液压缸7开始下压，压力达到20t后停止下压，将电子束焊枪11沿横向导轨12和纵向导轨13联动，调整至最佳焊接距离，并调整焊接电流为500mA、焊接电压为60kV、熔深50mm，电子束焊枪11平行钢板坯料1水平移动对焊缝进行焊接，通过旋转工作转台3对坯料接合面四周进行电子束焊接。

将焊接完成的坯料送入加热炉中，在1200℃的温度条件下加热2小时，然后进行轧制，轧制工艺参数为压缩比2，轧制温度为900～1200℃，最终得到尺寸为4000mm×2000mm×100mm的特厚板；该过程焊接部分时间为30分钟，传统的焊接机构焊接同样大小的钢板所需焊接时间为2小时，本发明明显提高了工作效率，且得到的钢板复合界面无界面痕迹。

Claims (4)

1.一种制备特厚复合钢板的真空焊接机构，包括电子束焊枪和真空室，电子束焊枪固定在横向导轨上，横向导轨固定在纵向导轨上，纵向导轨固定在真空室侧壁上，其特征在于：所述真空室内设置有电动吊升装置、同步旋转夹持装置、坯料承载平台、坯料升降装置和工作转台，电动吊升装置安装在真空室顶部的横梁上并能沿横梁的轨道横向自由移动，横梁与真空室顶部的另两条相互垂直的梁滑动连接，电动吊升装置包括动力电机和缠绕有吊索的旋转支架，旋转支架的转轴与动力电机输出轴相连，吊索末端连接有吊钩；同步旋转夹持装置包括压板和液压缸，压板与坯料承载平台固定连接并与坯料承载平台之间留有空隙，压板顶部设有与吊钩勾连的吊升梁，液压缸固定在压板上，通过柔性油管与真空室外的供油系统相连；坯料承载平台固定安装在工作转台上，工作转台连接控制其旋转的电控系统，工作转台通过滑块安装在基座上方；坯料升降装置设置在坯料承载平台上的钢板坯料周围，包括支撑杆和固定在支撑杆上的支撑板，支撑杆连接驱动电机。

2.根据权利要求1所述的制备特厚复合钢板的真空焊接机构，其特征在于所述压板采用四个长螺栓固定在坯料承载平台上，长螺栓布置于坯料角部45°的延长线上。

3.根据权利要求1所述的制备特厚复合钢板的真空焊接机构，其特征在于所述液压缸数量≥4，且均匀分布在压板上。

4.根据权利要求1所述的制备特厚复合钢板的真空焊接机构，其特征在于所述基座底部设置有直线导轨，基座通过与其相对滑动的直线导轨支撑在真空室底部的安装平面上。

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