CN103305678B - 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8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任意一项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。