CN103305678A - 一种钢管内壁硬化淬火设备及淬火方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢管内壁硬化淬火设备，冷却水双层铜杆端部设有感应头，另一端与中高频感应淬火变压器连接，冷却水双层铜杆通过设在淬火车基础的气动支架支撑，所述的淬火车基础上设有淬火车轨道。本发明的优点是：实现了中、大管径钢管的内壁淬火，并保证内壁淬火后淬硬层厚度均匀、硬度均匀、金相组织细密一致；冷却水双层铜杆上设置的万向滚珠支撑体可自动调整钢管，使钢管与冷却水双层铜杆同轴。

Description

一种钢管内壁硬化淬火设备及淬火方法

技术领域

本发明涉及一种钢管内壁硬化淬火设备及淬火方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，矿山，电力，水泥、机械工程等行业消耗的耐磨管道300万米/年以上，目前，常用的耐磨管道有陶瓷管道、双金属管道等，陶瓷管道的内衬同外层钢管结合容易脱落，在焊接时也易脱落，切割很不好控制，双金属管道的重量大、硬度低、抗冲击性能差、使用寿命很短、性价比低。这就需要一种内壁硬化的钢管，外壁可牢固焊接，钢管的内壁硬化是为了提高钢管内壁硬度、细化内壁金相组织，达到耐磨损的目的，同时保证钢管外壁的力学性能与母材相同（即钢管外壁不淬火），达到既保证内壁的耐磨性，又保证整体钢管的力学性能。目前，国内对钢管内壁进行淬火的设备种类很多，但都是针对小管径钢管（一般管径小于DN150mm）。由于设备结构、感应系统的限制，在生产中、大管径钢管（一般管径小于DN600mm）时不能很好的保证淬硬层厚度的均匀、硬度的均匀，导致金相组织不够细密一致等质量要求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钢管内壁硬化淬火设备及淬火方法，能够实现中、大管径钢管的内壁淬火，并保证内壁淬火后淬硬层厚度均匀、硬度均匀、金相组织细密一致等质量要求。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种钢管内壁硬化淬火设备，包括感应头、冷却水双层铜杆、淬火车、淬火车基础、控制系统、水循环系统、中高频感应淬火电源、中高频感应淬火变压器，冷却水双层铜杆端部设有感应头，另一端与中高频感应淬火变压器连接，冷却水双层铜杆通过设在淬火车基础的气动支架固定支撑，所述的冷却水双层铜杆外壁上设有可拆卸的万向滚珠支撑体；所述的淬火车基础上固定有淬火车轨道，所述的淬火车上固定有变速机构，中高频感应淬火电源和中高频感应淬火变压器为淬火设备供电，控制系统控制淬火设备运行；淬火设备所需的的冷却水由水循环系统提供。

所述的万向滚珠支撑体，包括支撑架、万向滚珠，支撑架由两个半圆环形结构通过紧固件固定连接组成，支撑架内径与冷却水双层铜杆外径相匹配，支撑架外部径向等圆心角处设有三个或三个以上万向滚珠，万向滚珠的抵靠部由弹性材料制成。

所述的淬火车轨道端部设有限位开关，淬火车轨道与水平面成4～6°倾角，淬火车轨道靠近中高频感应淬火变压器端高于另一端。

所述的淬火车包括辊子、变频电机一、变频电机二，所述的淬火车上设有托举钢管的辊子，辊子由变频电机一提供动力，带动辊子双向旋转；淬火车的行进依靠变频电机二进行驱动。

所述的冷却水双层铜杆由导电材料制成，为感应头通电通冷却水，包括芯杆、套杆、中间杆、铜连接件一、铜连接件二，冷却水双层铜杆由外至内依次同轴设有套杆、中间杆、芯杆，中间杆与芯杆之间设有绝缘层，芯杆和套杆一端通过铜连接件一与感应头相连接，芯杆和套杆另一端通过铜连接件二与水循环系统相连接，套杆一端设有与水循环系统相连的进水管一，另一端设有与感应头相连的出水管一，芯杆一端设有与水循环系统相连的进水管二，另一端设有与感应头相连的出水管二。

所述的感应头包括圆形骨架、导磁体、铜连接件三，导磁体固定连接在圆形骨架上，固定在圆形骨架上的通水管与圆形骨架内的空腔相通，圆形骨架上设有喷射孔，喷射孔孔壁与钢管管壁成42～47°，铜连接件三与圆形骨架固定连接。

所述的变速机构包括减速器、拨叉、链轮、链条、柔性连接件、离合器、弹簧，所述的变频电机二包括后退电机和前进电机，后退电机输出轴与减速器连接，减速器与前进电机通过链条带动链轮，链轮与离合器连接，弹簧抵靠在离合器上，拨叉一端与离合器连接，另一端与柔性连接件连接，柔性连接件连接有扳手。

所述的水循环系统包括净水池、回水池、冷却塔、备用水箱、沉淀池，净水池与备用水箱连接，备用水箱与冷却水双层铜杆的进水管一、二相连接，沉淀池与回水池连接，回水池与冷却塔相连，连接管路上设有单向阀，所述的沉淀池内设有浮漂，所述的回水池和沉淀池内设有潜水泵；冷却水由净水池流入备用水箱，备用水箱为冷却水双层铜杆供水，淬火后的水通过管道进入沉淀池，沉淀后的水经潜水泵进入回水池，经过渗水进入净水池，完成一个冷却水循环。

所述的冷却塔包括冷却塔一、冷却塔二，冷却塔一与中高频感应淬火变压器相连，为变压器防冷液降温，用后的冷却水回流至冷却塔一；冷却塔二为铸造用炉电气系统降温。

利用钢管内壁硬化淬火设备对钢管内壁硬化淬火的方法，包括以下步骤：

1）将管径为DN100-DN600的钢管吊装在淬火车辊子中间，查看感应头中心是否与钢管中心同心，如不同心，可调整气动支架位置使其同心；

2）淬火车通过变频电机二驱动后退，钢管一端开始套入感应头，后退过程中，应落下设在冷却水双层铜杆中部的气动支架，感应头行至钢管另一端时停止行进，钢管完全套在冷却水双层铜杆，期间由于万向滚珠支撑体对管壁的支撑，使感应头与钢管自动同心；

3）水循环系统供水，感应头喷出冷却水；

4）开启控制淬火车辊子的变频电机一，辊子旋转，开启中频感应淬火电源，此时感应头产生闭合磁场对钢管进行加热，淬火车前进，感应头喷水进行淬火，当钢管超过冷却水双层铜杆中部的气动支架后应升起该气动支架，攻进到钢管末端时，要关闭中高频感应淬火电源，停止冷却水供水，淬火车停止前进，停止辊子旋转，卸下钢管，进行下根钢管的加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

实现了中、大管径钢管（DN100-DN600）的内壁淬火，并保证内壁淬火后淬硬层厚度均匀、硬度均匀、金相组织细密一致。冷却水双层铜杆上设置的万向滚珠支撑体可自动调整钢管，使钢管与冷却水双层铜杆同轴，能够应用于输送含砂石较多的流体，以及矿石等，比普通钢管使用寿命长。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的侧视图。

图3是冷却水双层铜杆结构示意图。

图4是水循环系统结构图。

图5是变速机构结构示意图。

图6是图5的A向视图。

图7是万向滚珠支撑体结构示意图。

图8是图7沿B-B线的剖视图。

图9是感应头结构示意图。

图10是感应头立体图。

图中：1-感应头  2-冷却水双层铜杆  3-淬火车  4-淬火车基础  5-中高频感应淬火电源  6-中高频感应淬火变压器  7-气动支架  8-淬火车轨道9-万向滚珠支撑体  10-万向滚珠  11-辊子  12-变频电机一13-变频电机二  14-芯杆  15-套杆  16-淬火车轮  17-钢管  18-水循环系统  19-中间杆  20-绝缘层  21-铜连接件一  22-铜连接件二  23-进水管一  24-进水管二  25-出水管一  26-出水管二  27-支撑架  28-弹性材料  29-圆形骨架  30-硅钢片  31-铜连接件三  32-通水管  33-喷射孔34-减速器  35-拨叉  36-链轮  37-链条  38-柔性连接件  39-弹簧  40-离合器  41-后退电机  42-前进电机。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1-图10，一种钢管内壁硬化淬火设备，包括感应头1、冷却水双层铜杆2、淬火车3、淬火车基础4、控制系统、水循环系统18、中高频感应淬火电源5、中高频感应淬火变压器6，冷却水双层铜杆2端部设有感应头1，另一端与中高频感应淬火变压器6连接，冷却水双层铜杆2通过设在淬火车基础4的气动支架7固定支撑，所述的冷却水双层铜杆2外壁上设有可拆卸的万向滚珠支撑体9；所述的淬火车基础4上固定有淬火车轨道8，所述的淬火车3上固定有变速机构，中高频感应淬火电源5和中高频感应淬火变压器6为淬火设备供电，控制系统控制淬火设备运行；淬火设备所需的的冷却水由水循环系统18提供。

所述的万向滚珠支撑体9，包括支撑架27、万向滚珠10，支撑架27由两个半圆环形结构通过紧固件固定连接组成，支撑架27内径与冷却水双层铜杆2外径相匹配，支撑架27外部径向等圆心角处设有三个或三个以上万向滚珠10，万向滚珠10的抵靠部由弹性材料28制成。

所述的淬火车轨道8端部设有限位开关，淬火车轨道8与水平面成4～6°倾角，淬火车轨道8靠近中高频感应淬火变压器6端高于另一端。

所述的淬火车3上设有托举钢管的辊子11，辊子11由变频电机一12提供动力，带动辊子双向旋转；淬火车3的行进依靠行进变频电机二13进行驱动。

所述的冷却水双层铜杆2由导电材料制成，为感应头1通电通冷却水，包括芯杆14、套杆15、中间杆19、铜连接件一21、铜连接件二22，冷却水双层铜杆2由外至内依次同轴设有套杆15、中间杆19、芯杆14，中间杆19与芯杆14之间设有绝缘层20，芯杆14和套杆15一端通过铜连接件一21与感应头1相连接，芯杆14和套杆15另一端通过铜连接件二22与水循环系统18相连接，套杆15一端设有与水循环系统18相连的进水管一23，另一端设有与感应头1相连的出水管一25，芯杆14一端设有与水循环系统18相连的进水管二24，另一端设有与感应头1相连的出水管二26。

所述的感应头1包括圆形骨架29、导磁体、铜连接件三31，导磁体固定连接在圆形骨架29上，固定在圆形骨架29上的通水管32与圆形骨架29内的空腔相通，圆形骨架29上设有喷射孔33，喷射孔33孔壁与钢管17管壁成42～47°，铜连接件三31与圆形骨架29固定连接。

所述的变速机构包括减速器34、拨叉35、链轮36、柔性连接件38、离合器40、弹簧39，所述的变频电机二13包括后退电机41和前进电机42，后退电机41、前进电机42，后退电机41输出轴与减速器34连接，减速器34与前进电机42通过链条37带动链轮36，链轮36与离合器40连接，弹簧39抵靠在离合器40上，拨叉35一端与离合器40连接，另一端与柔性连接件38连接，柔性连接件38连接有扳手。

所述的水循环系统18包括净水池、回水池、冷却塔、备用水箱、沉淀池，净水池与备用水箱连接，备用水箱与冷却水双层铜杆2的进水管一23、二24相连接，沉淀池与回水池连接，回水池与冷却塔相连，连接管路上设有单向阀，所述的沉淀池内设有浮漂，所述的回水池和沉淀池内设有潜水泵；冷却水由净水池流入备用水箱，备用水箱为冷却水双层铜杆供水，淬火后的水通过管道进入沉淀池，沉淀后的水经潜水泵进入回水池，经过渗水进入净水池，完成一个冷却水循环。

所述的冷却塔包括冷却塔一、冷却塔二，冷却塔一与中高频感应淬火变压器6相连，为变压器防冷液降温，用后的冷却水回流至冷却塔一；冷却塔二为铸造用炉电气系统降温。

将钢管吊装在淬火车辊子11中间，查看感应头1中心是否与钢管17中心同心，如不同心，可调整气动支架7位置使其基本同心；同心后，淬火车3通过变频电机二13驱动，淬火车轮16在淬火车轨道8上滚动使淬火车后退，后退过程中，应落下设在冷却水双层铜杆2中部的气动支架7。感应头1行至钢管17另一端时停止行进，钢管17完全套在冷却水双层铜杆2外，期间由于万向滚珠支撑体9对管壁的支撑，使感应头1与钢管17自动同心。

水循环系统18供水，感应头1喷出冷却水。开启控制淬火车辊子11的变频电机一12，辊子11以工艺给定转数旋转。开启中频感应淬火电源5，将功率旋钮调整到工艺给定数值，此时感应头1产生闭合磁场对钢管17进行加热，淬火车3通过变频电机二13驱动，以工艺给定速度前进，感应头1喷水进行淬火。当钢管17超过冷却水双层铜杆2中部的气动支架7后应升起该气动支架7。攻进到钢管17末端时，要关闭中高频感应淬火电源5，停止冷却水供水，淬火车3停止前进，停止辊子11旋转。卸下钢管17，进行下根钢管的加工。

实施例：

中高频感应淬火电源5采用可控硅，谐振频率为8000Hz，保证了中、大管径淬火时所需的电流和磁感应强度。配合电容，实现电源在400-1500kw范围内可调。

中高频感应淬火变压器6采用与电源配套的电容，电容亦采用8000Hz，实现与电源的配合。

感应头1的圆形骨架29由矩形铜方管热煨成，硅钢片30（导磁体）粘接在圆形骨架29圆周表面，圆形骨架29圆周上有与淬火进行方向成45°的冷却水喷射孔33，铜连接件三31焊接在圆形骨架29上，与冷却水双层铜杆2的铜连接件一21相固定连接。通水管32与圆形骨架29相通，出水管一25、二26与通水管32通过软管连接，冷却水可经过冷却水双层铜杆2进入感应头1的圆形骨架29，经圆形骨架29的喷射孔33喷出。

冷却水双层铜杆2，在芯杆14内、套杆15与中间杆19之间流过用于淬火冷却的冷却水。冷却水双层铜杆2同时起到为感应头导电的作用。套杆15上装有万向滚珠支撑体9，支撑架27采用组合式结构，通过紧固件连接，方便安装、更换与维修。万向滚珠10可随钢管17一起旋转，并通过万向滚珠10实现钢管17与其相对的滚动，滚珠下抵靠有弹簧（弹性材料），可实现钢管17存在椭圆度时亦能保持万向滚珠10与钢管17的紧密接触，保证在生产时冷却水双层铜杆2及感应头1与钢管17始终保持同心，使感应头1与钢管17内壁距离均匀一致，从而保证淬火层厚度、硬度均匀一致。

淬火车轨道8变压器端与末端呈现5°倾角，用以抵消前进过程中产生的震动引起的钢管17滑移，保证淬火轴向方向的均匀，并方便冷却水的排放，使冷却水不会滞留在淬火车基础4上。淬火车3在淬火车轨道8上行进，淬火车轨道8两端设有限位开关，实现自动状态下定点启停。淬火车3上装有托举钢管17的辊子11，辊子11由1变频电机一12提供动力，可实现正反两方向旋转并可根据工艺要求调节转数，保证淬火所需的转数。淬火车3的行进依靠行进变频电机二13进行驱动。淬火车3的后退过程为将钢管17放置在待淬火位置，故而速度尽量快；而在前进过程为淬火过程，需要速度较慢，变速机构可实现淬火车3的行进速度调节，提高后退速度，提高了生产效率。淬火车基础4内装有气动支架7用来支撑冷却水双层铜杆2，防止其受重力作用而弯曲。

自动控制系统包括PLC自动控制、在线监控、显示器和操作台，气动支架7的起降通过PLC实现自动控制；在线监控，可记录每秒内淬火温度的变化，从而控制淬火温度这一重要工艺参数，并可通过显示器和操作台的无纸记录仪查询打印，实现实时监控。

水循环系统18分为为中高频感应淬火电源5及变压器6冷却的闭路循环冷却水和为钢管17内壁淬火的开路循环冷却水。水从回水池由潜水泵经管路提供给备用水箱，再由备用水箱经管路提供给各组设备。中高频感应淬火电源5及变压器6的冷却水再循环回冷却塔一，形成闭路循环。钢管内壁冷却水由备用水箱提供给各设备，设备用后的水流向设备下方的沉淀池，沉淀池内有浮漂，当浮漂超过设定高度时，沉淀池内潜水泵自动工作，将水经管路抽回回水池，形成开路冷却水循环。冷却塔二可供铸造车间及热处理车间共同使用，节省空间。回水池的水，由回水池渗透给净水池，这样可以在保证了水质清洁的前提下，降低了水温，使其达到常温，保证淬火要求的冷却温度，一举两得。

淬火车3后退时，将扳手置于后退方向，扳手通过柔性连接件38拉动拨叉35，使后退离合器40从啮合状态至脱离状态，同时后退离合器通过弹簧39至啮合状态，后退电机42通过链条37带动焊接在淬火车轮轴上的链轮36旋转开始后退。前进时，将扳手置于前进方向，机构动作过程同上所述，只是通过前进电机41带动减速器34前进。

将钢管17吊装在淬火车辊子11中间，查看感应头1中心是否与钢管17中心同心，如不同心，可调整气动支架7位置使其基本同心，按动操作台上自动按钮，设备自动运行，期间如遇超出工艺设定值时，设备自动停止，操作员可通过显示器上数据显示找出问题所在，解决后可继续生产。

本实施例的冷却水双层铜杆2外径为φ80，可实现对内径大于φ80的钢管内壁淬火。万向滚珠支撑体9的外径根据待淬火钢管内壁直径确定。

本发明实现了中、大管径钢管（DN100-DN600）的内壁淬火，并保证内壁淬火后淬硬层厚度均匀、硬度均匀、金相组织细密一致。冷却水双层铜杆上设置的万向滚珠支撑体可自动调整钢管，使钢管与冷却水双层铜杆同轴，能够应用于输送含砂石较多的流体，以及矿石等，比普通钢管使用寿命长。生产过程中所使用的能源只有电能及水，不产生工业废水、废气、废渣，达到节能环保要求。

Claims (10)

1.一种钢管内壁硬化淬火设备，其特征在于，包括感应头、冷却水双层铜杆、淬火车、淬火车基础、控制系统、水循环系统、中高频感应淬火电源、中高频感应淬火变压器，冷却水双层铜杆端部设有感应头，另一端与中高频感应淬火变压器连接，冷却水双层铜杆通过设在淬火车基础的气动支架固定支撑，所述的冷却水双层铜杆外壁上设有可拆卸的万向滚珠支撑体；所述的淬火车基础上固定有淬火车轨道，所述的淬火车上固定有变速机构，中高频感应淬火电源和中高频感应淬火变压器为淬火设备供电，控制系统控制淬火设备运行；淬火设备所需的的冷却水由水循环系统提供。

2.根据权利要求1所述的一种钢管内壁硬化淬火设备，其特征在于，所述的万向滚珠支撑体，包括支撑架、万向滚珠，支撑架由两个半圆环形结构通过紧固件固定连接组成，支撑架内径与冷却水双层铜杆外径相匹配，支撑架外部径向等圆心角处设有三个或三个以上万向滚珠，万向滚珠的抵靠部由弹性材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种钢管内壁硬化淬火设备，其特征在于，所述的淬火车轨道端部设有限位开关，淬火车轨道与水平面成4～6°倾角，淬火车轨道靠近中高频感应淬火变压器端高于另一端。

4.根据权利要求1所述的一种钢管内壁硬化淬火设备，其特征在于，所述的淬火车包括辊子、变频电机一、变频电机二，所述的淬火车上设有托举钢管的辊子，辊子由变频电机一提供动力，带动辊子双向旋转；淬火车的行进依靠变频电机二进行驱动。

5.根据权利要求1所述的一种钢管内壁硬化淬火设备，其特征在于，所述的冷却水双层铜杆由导电材料制成，为感应头通电通冷却水，包括芯杆、套杆、中间杆、铜连接件一、铜连接件二，冷却水双层铜杆由外至内依次同轴设有套杆、中间杆、芯杆，中间杆与芯杆之间设有绝缘层，芯杆和套杆一端通过铜连接件一与感应头相连接，芯杆和套杆另一端通过铜连接件二与水循环系统相连接，套杆一端设有与水循环系统相连的进水管一，另一端设有与感应头相连的出水管一，芯杆一端设有与水循环系统相连的进水管二，另一端设有与感应头相连的出水管二。

6.根据权利要求1所述的一种钢管内壁硬化淬火设备，其特征在于，所述的感应头包括圆形骨架、导磁体、铜连接件三，导磁体固定连接在圆形骨架上，固定在圆形骨架上的通水管与圆形骨架内的空腔相通，圆形骨架上设有喷射孔，喷射孔孔壁与钢管管壁成42～47°，铜连接件三与圆形骨架固定连接。

7.根据权利要求1和4所述的一种钢管内壁硬化淬火设备，其特征在于，所述的变速机构包括减速器、拨叉、链轮、柔性连接件、离合器、弹簧，所述的变频电机二包括后退电机和前进电机，后退电机输出轴与减速器连接，减速器与前进电机通过链条带动链轮，链轮与离合器连接，弹簧抵靠在离合器上，拨叉一端与离合器连接，另一端与柔性连接件连接，柔性连接件连接有扳手。

8.根据权利要求1所述的一种钢管内壁硬化淬火设备，其特征在于，所述的水循环系统包括净水池、回水池、冷却塔、备用水箱、沉淀池，净水池与备用水箱连接，备用水箱与冷却水双层铜杆的进水管一、二相连接，沉淀池与回水池连接，回水池与冷却塔相连，连接管路上设有单向阀，所述的沉淀池内设有浮漂，所述的回水池和沉淀池内设有潜水泵；冷却水由净水池流入备用水箱，备用水箱为冷却水双层铜杆供水，淬火后的水通过管道进入沉淀池，沉淀后的水经潜水泵进入回水池，经过渗水进入净水池，完成一个冷却水循环。

9.根据权利要求7所述的一种钢管内壁硬化淬火设备，其特征在于，所述的冷却塔包括冷却塔一、冷却塔二，冷却塔一与中高频感应淬火变压器相连，为变压器防冷液降温，用后的冷却水回流至冷却塔一；冷却塔二为铸造用炉电气系统降温。

10.利用权利要求1-9所述的一种钢管内壁硬化淬火设备对钢管内壁硬化淬火的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将管径为DN133-600的钢管吊装在淬火车辊子中间，查看感应头中心是否与钢管中心同心，如不同心，可调整气动支架位置使其同心；

2）淬火车通过变频电机二驱动后退，钢管一端开始套入感应头，后退过程中，应落下设在冷却水双层铜杆中部的气动支架，感应头行至钢管另一端时停止行进，钢管完全套在冷却水双层铜杆外，期间由于万向滚珠支撑体对管壁的支撑，使感应头与钢管自动同心；

3）水循环系统供水，感应头喷出冷却水；

4）开启控制淬火车辊子的变频电机一，辊子旋转，开启中频感应淬火电源，此时感应头产生闭合磁场对钢管进行加热，淬火车前进，感应头喷水进行淬火，当钢管超过冷却水双层铜杆中部的气动支架后应升起该气动支架，攻进到钢管末端时，要关闭中高频感应淬火电源，停止冷却水供水，淬火车停止前进，停止辊子旋转，卸下钢管，进行下根钢管的加工。

Images