CN103917321A - 曲面的堆焊方法及采用该堆焊方法的喷枪的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明为曲面的堆焊方法及采用该堆焊方法的喷枪的制造方法，具有把铁制或不锈钢制的网构件(29～31)，临时固定在在局部或全部由曲面构成的喷枪(10)的内管(14)的内部形成于弯曲部分(16)的半径方向外侧的被焊接区域的第1工序，和从网构件(29～31)的上面进行具有耐热耐磨耗性的金属的堆焊，在被焊接区域形成堆焊部(19～21)的第2工序。由此，可以在具有曲面的钢构造物(例如，具有管弯头部的管)的内侧表面圆滑地进行具有耐热耐磨耗性的金属的堆焊。

Description

曲面的堆焊方法及采用该堆焊方法的喷枪的制造方法

技术领域

本发明涉及为了提高耐磨耗性而对例如在炼铁厂中使用的喷枪((日文：ランス)，详细地称为“注射喷枪”)等具有曲面的钢构造物的一部分分进行的堆焊的方法及采用该堆焊方法的喷枪的制造方法。

背景技术

如专利文献1所示，例如，在把从高炉排出的铁液由鱼雷形运输器(日文：トピードカー)等进行铁液初步处理的情况下，使用端头侧折曲的喷枪，通常在此折曲的部分使用弯管(折弯管)，与前后的直管焊接。而且，在专利文献1中，在弯曲部分的内面设置高度为弯管的内径的1/20～1/2的金属性的凸片，使处理剂主动滞留在此凸片的间隙部分，提高此部分的耐磨耗性。

另一方面，在专利文献2中，提出了在钢管的内侧堆焊由高碳素钢形成的复合金属的方法，由此来确保钢管的内侧的耐磨耗性。

而且，如专利文献3所示，申请人提出了在基材的表面堆焊镍基合金、不锈钢合金等，提高基材的耐磨耗性的方案。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－222592号公报

专利文献2：日本特开平10－8191号公报

专利文献3：日本特开2008－93732号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1记载的技术中，滞留在凸片的间隙中的处理剂进行成长，随着时间的推移，喷枪的有效口径会变小，有时会存在喷枪闭塞住的问题。

于是，本申请人对在此喷枪的内部堆焊耐磨耗性金属来防止处理剂堵塞的方案进行了锐意研究。

但是，在喷枪的内侧使用的管(金属芯)通常为直径小于等于100mm的小直径管，在直管的情况下，把焊炬朝下使管旋转的话，就可以在进行某种左右的堆焊，但是，在对中途折曲的部分进行堆焊的情况下，只能把焊炬对着焊接部位的凹凸来进行，在此情况下，焊接部位必须为平面或近似平面，为此，存在作为堆焊部的熔融金属沿着倾斜面流淌，无法进行稳定的焊接的问题。

本发明鉴于该情形而提出，目的是提供一种能够对具有曲面的被焊接物(例如，具有管弯头部的钢管)的内侧表面圆滑地进行耐磨耗性的堆焊的曲面的堆焊方法及使用该堆焊方法的喷枪的制造方法。

用来解决课题的技术手段

基于上述目的的第1发明涉及的曲面的堆焊方法，在局部或全部由曲面构成的钢构造物的被焊接区域临时固定铁制或不锈钢制的网构件的第1工序，和从上述网构件的上面进行堆焊的第2工序。在此，上述钢构造物，例如可以为钢管(包括碳素钢钢管、不锈钢钢管中的任意一种)，被焊接区域为其内侧面也可以。

第1发明涉及的曲面的堆焊方法中，上述网构件最好为钢制的金属板网，但是只要能阻碍堆焊的熔融金属的流动即可，也可以使用其它的金属网构件。

第2发明涉及的曲面的堆焊方法为，在第1发明涉及的曲面的堆焊方法中，上述钢构造物为碳素钢，进行上述堆焊的焊接材料为具有耐热耐磨耗性的高铬铸铁系的金属丝。在此，上述焊接材料只要是在高温下具有耐磨耗性能进行焊接的金属即可，也可以为其它的金属。

而且，第3发明涉及的曲面的堆焊方法为，在上述钢构造物为钢管的第1、第2发明涉及的曲面的堆焊方法中，上述钢管是在对在炼铁厂使用的在熔融金属中注入添加材料的喷枪，上述被焊接区域为上述喷枪的弯曲部分的半径方向外侧区域。在此情况下，上述被焊接区域最好是以上述喷枪的弯曲部分的半径方向外侧棱线为中心大于等于180度的范围(例如，180～280度)。

在第3发明涉及的曲面的堆焊方法中，最好是，上述喷枪的弯曲部分由弯管和与该弯管的端部焊接的第1、第2直管的一部分构成，上述被焊接区域是除了上述第1、第2直管与上述弯管的焊接部之外的、上述弯管与上述第1、第2直管的上述焊接部近旁的区域。

第4发明涉及的喷枪的制造方法适用以上第1～第3发明涉及的曲面的堆焊方法。另外，对于喷枪的内管的曲面(弯曲部分)以外的部分，可以采用众所周知的方法制造喷枪。

在第4发明涉及的喷枪的制造方法中，上述堆焊的表面还可以由不定形耐火材料覆盖。在此情况下，不定形耐火材料可以通过喷涂或喷镀、或根据情况通过涂布来进行覆盖。不定形耐火材料的厚度最好为1～4mm左右。

发明效果

本发明涉及的曲面的堆焊方法是在局部或全部为曲面的钢构造物的被焊接区域临时固定铁制或不锈钢制的网构件之后进行堆焊，因此，熔融金属由网构件进行堰塞，留在堆焊位置。因此，能无障碍地进行耐磨耗性金属的堆焊。

尤其是，在钢构造物的被焊接区域例如是在炼铁厂使用的喷枪的内管的弯曲部分的半径方向外侧的内面的情况下，通过在该部分堆焊耐热耐磨耗性的金属，可以谋求该部分的硬质化，使通过的粉状或粒状物造成的磨耗的进展程度迟缓，成为具有长寿命的喷枪。

作为进行堆焊的焊接材料，通过使用作为具有耐热耐磨耗性的金属的一例的高铬铸铁系的金属丝，可使焊接变得更简单，能形成更硬质的堆焊面。

进而，作为网构件，通过使用钢制的金属板网(日文：エキスパンドメタル)，使材料容易入手，焊接也变得容易。另外，尽管此金属板网熔化，对堆焊金属的成份进行稀释，但是，由于母材也是钢，所以即便使用钢制的金属板网也无大碍。

进而，在使用了本发明涉及的曲面的堆焊方法的喷枪的制造方法中，由于通过容易对喷枪内面的弯曲部分进行施工的方法来进行堆焊，因此使焊接作业稳定，并提高了堆焊部的可靠性。

而且，当把其堆焊金属的表面由不定形耐火材料覆盖时，能进一步延长喷枪的寿命。

附图说明

图1(A)是使用本发明的第1实施例涉及的曲面的堆焊方法的喷枪(内管)的说明图、图1(B)是该图(A)的P－P’截面图。

图2(A)～(C)分别是在该曲面的堆焊方法中使用的金属板网的俯视图。

图3是喷枪的侧面图。

图4是磨耗试验的试验装置的简要说明图。

图5是表示磨耗试验的结果的图表。

图6是使用本发明的第2实施例涉及的曲面的堆焊方法的喷枪的说明图。

图7(A)是图6中的Q－Q’及R－R’向视截面图，图7(B)是图6中的S－S’向视截面图(但是，省略了外侧的耐火物)。

图8(A)～(C)分别是本发明的第2实施例涉及的曲面的堆焊方法中使用的金属板网的俯视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的第1实施例涉及的曲面的堆焊方法及喷枪的制造方法进行说明。

在图3中，表示用来由在炼铁厂使用的鱼雷形运输器等在熔融钢(熔融金属)中注入燃料气体、添加材料(例如，氧化铁粉、石灰粉)的喷枪10，喷枪10具有直管区域11和端头部的折曲区域12，各直线区域11及折曲区域12，外侧被耐火物13覆盖，内部构成内管14(局部或全部由曲面构成的作为钢构造物的钢管的一例)与外管15的双重管结构。

在内管14及外管15之间形成小间隙，丙烷气在此间隙中流动，内管14的内部，形成例如用空气、氧气、氮气、氩气或它们的混合气由气流来搬送添加材料的结构。

如图1(A)、图1(B)所示，在内管14的弯曲部分16的内侧面18的半径方向外侧区域(形成被焊接区域)形成有基于高铬铸铁的堆焊部19～21。以下，对此堆焊部19～21进行详细说明。

内管14，在此实施例中使用外径为60.5mm的碳素钢钢管(STPG)，第1直管23与短尺寸的第2直管24通过弯头(115度的弯管、管弯头)25进行焊接来连结。26、27表示它们的焊接部。堆焊部19～21形成在除了焊接部26、27之外的焊接部26、27近旁的区域。外管15隔着垫圈设置在内管14的外侧而具有小间隙(例如为5～10mm)，其结构众所周知，因而省略。另外，弯曲部分16由弯头25和与弯头25的端部焊接的第1、第2直管23、24的一部分构成。

如图2(A)、图2(C)所示，在第1、第2直管23、24及弯头24未焊接接合的状态下，把宽度为8～15mm的作为网构件的一例的钢制的金属板网29、30，以弯曲成180度的圆弧状的状态配置在距离第1、第2直管23、24的管端5～15mm的位置，通过焊接进行临时固定。作为金属板网29、30，使用网眼尺寸为12～25mm、板厚为1.2～1.6mm的金属板网(例如，JISG3351、XS31或XS41)。

而且，如图2(B)所示，在弯头25的内侧面处弯曲半径大的部分(即，半径方向外侧区域)，设置距离两端部5～15mm的间隙，配置与弯头25的内侧面的一半相一致地形成的金属板网31，通过焊接进行临时固定。此金属板网31使用与第1、第2直管23、24中使用了的金属板网相同的金属板网。

在此状态下，从金属板网29～31的上面进行作为具有耐热耐磨耗性的金属的一例的高铬铸铁系金属的堆焊。另外，在图1(B)中，角度α表示被焊接区域的角度，以半径方向外侧的棱线ｆ为中心沿圆周方向分别对大于等于90度(即合计大于等于180度)的区域进行堆焊。

在此情况下，尽管也可以对圆周方向整个区域进行堆焊，但是，半径方向内侧由于不被添加材料冲撞，因此不必主动焊接。通过在半径方向内侧设置非堆焊部，具有气体的通过截面积变大的优点(以下的实施例中也相同)。

作为高铬铸铁系金属的焊接材料，使用高铬铸铁系的带有焊剂的金属丝，二氧化碳气体电弧焊接法进行堆焊。由此，尽管内管14的内侧表面熔融、金属板网29～31也局部熔融，但是金属板网29～31的各线材形成堰，阻止熔融金属的流动。当然，金属板网29～31的一部分熔化而稀释高铬铸铁系金属。而且，尽管有时金属板网29～31的一部分以未熔融的状态残留，但是，不影响耐磨耗性。

在此，在需要的情况下，也可以把高铬铸铁系的金属堆焊2层或多层。堆焊的数量越多则稀释率越高，而且费工，厚度也变厚，因此，必须考虑这些来进行。另外，堆焊金属的厚度例如为3～5mm左右。

然后，结合第1、第2直管23、24的角度方向，临时安装在弯头25的两端之后，进行焊接。在此情况下的焊接中使用的焊接材料，通常使用对钢板进行焊接的金属丝。由此，形成焊接部26、27。在内管14的内周面的焊接部26、27形成了宽度约为20mm左右的槽，但是，通过此喷枪10的添加材料在此槽内堆积，其结果，此堵塞了的添加材料会对配置在半径方向外侧的焊接部26、27进行保护。

对此堆焊部19～21的特性进行说明。在形成堆焊部19～21时，在焊接金属中产生大量的铬碳化物、及Nb、Mo、W、v等的碳化物，表现极高的硬度。负荷10kg的维氏硬度Hv的最低硬度为882、最高硬度为960、平均硬度为921。另外，Hv用常数×试验力/凹坑的表面积(常数＝0.102)来表达。

接着，用图4所示的环形砂轮(日文：エンドレスエメリー)试验装置32，表示堆焊部19～21的磨耗试验结果。另外，在图4中，33表示带(SiC、#40)、34表示试验片、35表示止动件、36表示支架。结果如图5所示。即，设SS400的磨耗量为1，则堆焊部19～21的磨耗量为0.012。另外，HCR表示此堆焊中使用的高铬铸铁系的带填料的金属丝。在表1中，表示用各种HCR进行焊接后的堆焊部19～21的熔敷金属的成份。

(表1)

品种	C	Si	Mn	Cr	Mo	V	Nb	W
									FGF-HCR-Nb	5.05	1.93	0.42	23.50	－	－	3.45	－
FGF-HCR3	5.50	1.97	0.35	22.30	0.56	0.48	3.32	3.81
									FGF-HCR4	5.98	2.22	0.32	22.48	4.21	1.04	3.41	4.00
FGF-HCR-A1	6.12	2.02	0.37	25.28	3.57	－	3.30	－
									FGF-HCR-A2	6.31	2.25	0.38	23.14	1.83	－	6.35	－

从此表1可以判明，熔敷金属,只要C为5～6.5wt％、Si为1.9～2.3wt％、Mn为0.3～0.45wt％、Cr为22～26wt％、Mo为0或超过0到5wt％、v为0或超过0到1.2wt％、Nb为3～7wt％、W为0或超过0到4.5wt％的范围即可。

接着，参照图6、图7(A)、图7(B)对本发明的第2实施例涉及的曲面的堆焊方法进行说明。对于与图1～图5所示的第1实施例相同的构成要素采用相同的附图标记并省略其详细说明。

如图6所示，喷枪38具有直管区域11和端头部的折曲区域12，各直线区域11及折曲区域12，外侧被耐火物13覆盖，内部形成内管14(局部或全部由曲面构成的作为钢构造物的钢管的一例)和外管15的双重管结构。

形成丙烷气在内管14及外管15之间流动，添加材料由气流搬送到内管14的内部的结构，这一点第1实施例相同。

如图7(A)、图7(B)所示，在内管14的弯曲部分16的内侧面18，形成有以内侧圆筒部的棱线，即弯曲部分16的半径方向外侧棱线40为中心朝其圆周方向两侧例如扩展90～135度(合计形成180～270度的被焊接区域)而由高铬铸铁形成的堆焊部41～43。此堆焊部41～43的厚度例如为3～4mm，但是本发明不限于此数字。

在形成此堆焊部41～43时，如图7(A)所示，在第1、第2直管23、24及弯头25未被焊接接合的状态下，把宽度为8～15mm的作为网构件的一例的钢制的金属板网45(参照图8(A))，例如以按210～220度的角度弯曲成圆弧状的状态，配置在距离第1直管(内管)23的管端5～15mm的内侧位置，通过焊接进行临时固定。在此状态下，从金属板网45的上面进行铬铸铁系金属的堆焊。

而且，如图7(A)所示，在弯头(内管)25的内侧面18弯曲半径大的部分(即，半径方向外侧区域)，从两端部设置5～15mm的间隙，配置与210～220度位置相一致地形成的金属板网46(参照图8(B))，通过焊接进行临时固定。在此状态下，从金属板网46的上面进行铬铸铁系金属的堆焊。

而且，在形成堆焊部43时，如图7(B)所示，把宽度为8～15mm的作为网构件的一例的钢制的金属板网47(参照图8(C))，例如以按260～270度的角度弯曲成圆弧状的状态配置在距离第2直管24的管端5～15mm的内侧位置，通过焊接进行临时固定。在此状态下，从金属板网47的上面进行铬铸铁系金属的堆焊。另外，金属板网45～47使用与在上述第1实施例中说明了的相同的金属板网。

堆焊部43的区域之所以从堆焊部41、42的区域朝圆周方向扩宽，是由于，在添加材料在此部分的流动扩宽、超过220度的非堆焊部的磨耗变得剧烈。作为高铬铸铁系金属的焊接材料，采用高铬铸铁系的带有焊剂的金属丝，用二氧化碳气体电弧焊接法进行堆焊。由此，尽管内管14的内侧表面熔融，金属板网45～47也局部熔融，但是，金属板网45～47的各线材形成堰，制止了熔融金属的流动。至于其它的焊接条件、作用，与第1实施例涉及的曲面的堆焊方法相同。

使用此曲面的堆焊方法制造喷枪，但是，除了在弯曲部分由上述方法进行堆焊以外，是被日本专利公开2011－17529号公报、日本专利公开2010－222592号公报等公开了的众所周知的方法，因此省略详细说明。

而且，还可以在堆焊部19～21、41～43的一部分(例如，堆焊部20、42)或全部的表面包覆不定形耐火材料，由此，可以谋求延长喷枪的寿命。作为该场合的不定形耐火材料，最好以众所周知的氧化铝、二氧化硅的粉末及所需的粘合剂(日文：バインダー)作为原料。

本发明不限于上述实施例，例如，形成堆焊部的焊接金属，只要具有耐热耐磨耗性即可，可以使用其它的焊接材料。而且，尽管上述实施例对数值进行了限定说明，但是，本发明不限于实施例中记载的数值。

进而，在上述实施例中，对喷枪的内管进行了限定说明，但是，本发明也适用在管以外的曲面进行堆焊的情形。而且，在管的内面进行堆焊后，还可以在堆焊表面、堆焊了的部分的管的外侧或内侧形成具有耐热性或耐磨耗性的喷镀皮膜。

而且，在上述实施例中，作为网构件适用了钢制的金属板网，但是可以使用其它的金属网，也可以根据情况使用不锈钢制的金属板网、或铁制或不锈钢制的金属网。

附图标记说明

10：喷枪、11：直管区域、12：折曲区域、13：耐火物、14：内管、15：外管、16：弯曲部分、18：内侧面、19～21：堆焊部、23：第1直管、24：第2直管、25：弯头、26、27：焊接部、29～31：金属板网、32：环形砂轮试验装置、33：带、34：试验片、35：止动件、36：支架、38：喷枪、40：半径方向外侧棱线、41～43：堆焊部、45～47：金属板网

Claims (9)

1.一种曲面的堆焊方法，其特征在于，具有：在局部或全部由曲面构成的钢构造物的被焊接区域临时固定铁制或不锈钢制的网构件的第1工序，和从上述网构件的上面开始进行堆焊的第2工序。

2.如权利要求1所述的曲面的堆焊方法，其特征在于，上述网构件为钢制的金属板网。

3.如权利要求1或2所述的曲面的堆焊方法，其特征在于，上述钢构造物为碳素钢，进行上述堆焊的焊接材料是具有耐热耐磨耗性的高铬铸铁系的金属丝。

4.如权利要求1～3中的任意一项所述的曲面的堆焊方法，其特征在于，上述钢构造物为钢管，上述被焊接区域为该钢管的内侧面。

5.如权利要求4所述的曲面的堆焊方法，其特征在于，上述钢管是在炼铁厂使用的在熔融金属中注入添加材料的喷枪，上述被焊接区域是上述喷枪的弯曲部分的半径方向外侧区域。

6.如权利要求5所述的曲面的堆焊方法，其特征在于，上述被焊接区域是以上述喷枪的弯曲部分的半径方向外侧棱线为中心大于等于180度的范围。

7.如权利要求5或6所述的曲面的堆焊方法，其特征在于，上述喷枪的弯曲部分由弯管与焊接在该弯管的端部的第1、第2直管的一部分构成，上述被焊接区域是除了上述第1、第2直管与上述弯管的焊接部之外的、上述弯管与上述第1、第2直管的上述焊接部近旁的区域。

8.一种喷枪的制造方法，其特征在于，使用了权利要求5～7中的任意一项所述的曲面的堆焊方法。

9.如权利要求8所述的喷枪的制造方法，其特征在于，上述堆焊的表面还由不定形耐火材料覆盖。