CN102554401A - 一种炼钢用氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种炼钢用氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法，它采用中频感应加热装置，通过两个感应加热线圈对铜端头与钢质内外管短节进行快速加热，在短时间内分别使两个工件达到不同的最佳预热温度，然后再进行焊接，焊接后对焊缝进行感应加热等温退火处理，充分消除残余应力。该方法通过调整感应加热器电流强度可以对铜端头、钢质内外管短节的预热温度按工艺要求进行精确调控，快速加热，减少氧化层，提高焊缝强度，在保证了氧枪头焊接质量同时，提高了生产效率。

Description

一种炼钢用氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法
技术领域
    本发明涉及一种工件焊接方法，具体地说是炼钢用氧枪铜端头与钢质内管短节或外管短节焊接方法。
背景技术
炼钢用氧枪喷头的铜端头与钢质内、外管短节采用氩弧焊焊接为一体。为减小焊接应力和加大焊口合金成分过渡区的宽度，以保证焊接质量，目前采用的方法是将机加工后的铜端头与钢质管短节，在电炉内预热到约600℃，然后从电炉中取出，安装到专用氩弧焊接机上施焊，焊接完毕经冷却即完成产品的制造。此加工方法存在的如下弊端：一是预热过程是在电炉中加热、保温，时间约需一个小时，因加热时间长，工件外表面产生的氧化层厚，焊缝夹渣严重，影响焊缝机械性能；二是铜端头与钢质内外管短节在高温热态下安装，工人不易操作，存有被烫伤的危险；三是由于铜材和钢材熔点相差约400℃、热传导系数相差大，而相同的预热温度使工件焊接后易产生冷隔缺陷；四是焊接后未进行有效的热处理，残余应力大、焊缝强度较低，影响氧枪头的质量。
发明内容
本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种生产效率高、焊接质量好的炼钢用氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法。
本发明所述问题是由以下技术方案解决的：
一种炼钢用氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法，它按照下列步骤进行：
a.将已加工好的氧枪铜端头与钢质管短节工件分别套入两加热感应线圈内，并安装到焊接工装上，使上述两工件的焊接面紧密对接，将焊枪调整到焊缝位置；
b．接通电源，对两加热感应线圈通入电流，感应加热上述两工件，根据分别设置在两工件附近的非接触式温度传感器测温探头测出的温度，适时调整两加热感应线圈的电流强度，使铜端头和钢质管短节同步达到施焊温度，其中铜端头施焊温度750-800℃，钢质短节施焊温度950-1000℃
c. 起动工装带动两工件缓慢旋转，启动焊枪对工件焊缝施焊，焊接过程铜端头温度保持在750-800℃、钢质管短节温度保持在950-1000℃。
上述炼钢用氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法，所述铜端头与钢质管短节焊接完成后在上述工装位对焊缝进行退火处理，退火处理时两加热感应线圈仍接通电流，调整电流强度，使两工件温度保持在退火温度720-740℃，退火时间为3个小时。
上述炼钢用氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法，所述焊接工装包括动力卡盘和旋转顶尖，其中动力卡盘夹卡铜端头一端，旋转顶尖顶紧钢质管短节一端，铜端头与钢质管短节的焊接面榫接。
本发明针对现有氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法焊缝强度低、焊接质量不易保证的问题进行了改进，取消传统工艺中的电炉预热，采用中频感应加热装置，通过两个感应加热线圈对铜端头与钢质管内外短节进行快速加热，在短时间内分别使两个工件达到不同的最佳预热温度，然后再进行焊接，焊接后对焊缝进行感应加热等温退火处理，充分消除残余应力。该方法通过调整感应加热器电流强度可以对铜端头、钢质内外管短节的预热温度按工艺要求进行精确调控，快速加热，减少氧化层，提高焊缝强度，在保证了氧枪头焊接质量的同时，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明焊接过程示意图；
图2是本发明实施例的工件温度运行曲线。
附图中各部件的标号表示如下：1. 动力卡盘；2.铜端头；3.第一加热感应线圈；4.第二加热感应线圈；5.钢质内管短节；6.焊枪；7.旋转顶尖；8.第一温度传感器测温探头；9.第二温度传感器测温探头。
具体实施方式
炼钢用氧枪的铜端头采用纯铜材质，钢质管短节（包括内管和外管）采用20号钢，两者材质的熔点温度相差约400℃，机械性能也有很大不同。焊接之前进行预热，是为了提高分子活动能力，使两者焊接后形成尽量宽的过渡层合金相区，以提高焊缝处的机械性能。从生产成本和可操作性方面考虑，在普通电炉中预热，不可能使两个工件得到不同的预热温度，而采用相同的预热温度，则无法兼顾到铜、钢两种材质的最佳预热温度区。此外，按照普通加热工艺，工件加热时间较长，氧化层较厚，氧化层在焊接过程中进入焊缝组织，形成焊缝夹渣，这是影响焊缝机械性能的重要因素。按照原工艺焊接后的铜端头与钢质管短节进行拉伸试验，断口出现在焊缝处，说明焊缝处的抗拉强度低于铜质母材。本发明针对上述问题，改进了铜端头和钢质管短节的预热方式，取消传统工艺中的箱式电炉加热，改进为采用中频感应加热线圈加热，通过两个感应线圈分别对铜端头与钢质管短节同时进行快速加热，铜端头与钢质管短节的壁厚为4-10毫米，感应加热的频率控制在1.5-2KHz,在两分钟内就可以将两个工件快速加热到预定温度。本发明根据两个工件的材质特点，设定铜端头加热温度为750-800℃，钢质管短节加热温度为950-1000℃。两工件加热温度的准确控制，是通过设置的两个非接触式温度传感器显示的信息，分别适时调整感应线圈的电流强度而实现。由于提高了加热温度，使分子活动力增强，特别是钢质管短节加热到奥氏体区，晶格间隙增大，材质塑性增强，有利于两者间分子相互渗透，形成较宽的过渡层合金相区。此外，采用感应加热的方式，由于加热时间短，可以大大减少氧化层的产生，从而降低焊缝夹渣，提高焊缝机械性能。
为充分消除残余应力，本发明还增设了焊接后等温退火步骤。等温退火的温度控制在720-740℃，退火时间为3个小时。等温退火步骤的温度控制仍然是依靠感应加热实现。
采用本发明方法焊接的铜端头与钢质管短节，其焊缝处的机械性能大大提高，拉伸试验表明，断口出现在铜质母材处，说明焊缝处的抗拉强度高于铜质母材。
以下结合附图给出本发明的具体实施例。参看图1：铜端头2的外径为140？毫米，壁厚为4.5？毫米，钢质内管短节5外径140？毫米，壁厚？4.5毫米。铜端头与钢质内管短节的焊接面榫接，铜端头的一端由动力卡盘1夹紧，钢质内管短节的一端由旋转顶尖7顶紧。铜端头与钢质内管短节上分别套入第一加热感应线圈3、第二加热感应线圈4，在所述两工件附近分别设置第一非接触式温度传感器8、第二非接触式温度传感器9。参看图2，上述两加热感应线圈通电，根据两温度传感器测温探头测出的温度适时调整两加热感应线圈的电流强度，使铜端头和钢质短节的温度匀速上升，同步达到施焊温度，其中铜端头施焊温度780℃，钢质短节施焊温度980℃；将焊枪调整到焊缝位置，起动动力卡盘，动力卡盘带动两工件缓慢旋转，焊枪对工件焊缝施焊，焊接过程控制铜端头的温度780℃，钢质内管短节的温度980℃；当焊接完成后，对工件进行等温退火处理，调整两加热感应线圈电流强度，将已焊合工件温度控制在730℃，保持3个小时，断电工件自然冷却至室温；退火完成后动力卡盘停转，打开回旋顶尖，移开感应线圈3和5，松开卡盘，取下工件。
氧枪铜端头与钢质外管短节焊接过程同上，此处不再赘述。

Claims (3)

1.一种炼钢用氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法，其特征在于，它按照下列步骤进行：
a.将已加工好的氧枪铜端头与钢质管短节工件分别套入两加热感应线圈内，并安装到焊接工装上，使上述两工件的焊接面紧密对接，将焊枪调整到焊缝位置；
b．接通电源，对两加热感应线圈通入电流，感应加热所述两工件，根据分别设置在两工件处的非接触式温度传感器测温探头测出的温度适时调整两加热感应线圈的电流强度，使铜端头和钢质管短节同步达到施焊温度，其中铜端头施焊温度750-800℃，钢质短节施焊温度950-1000℃
c. 起动工装带动两工件缓慢旋转，启动焊枪对工件焊缝施焊，焊接过程铜端头温度保持在750-800℃、钢质短节温度保持在950-1000℃。
2.根据权利要求1所述的炼钢用氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法，其特征在于：所述铜端头与钢质短节焊接完成后在上述工装位对焊缝进行退火处理，退火处理时两加热感应线圈仍接通电流，调整电流强度，使两工件温度保持退火温度720-740℃，退火时间3个小时。
3.根据权利要求2所述的炼钢用氧枪铜端头与钢质管短节焊接方法，其特征在于：所述焊接工装包括动力卡盘和旋转顶尖，其中动力卡盘夹卡铜端头一端，旋转顶尖顶紧钢质管短节一端，铜端头与钢质管短节的焊接面榫接。
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