CN104942525B - 一种超大型铜螺母再生制造技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大型铜螺母再生制造技术，其方法包括如下步骤：步骤一）粗化处理；步骤二）净化处理；步骤三）超大型铜螺母材质检测；步骤四）套置保温装置；步骤五）超大型铜螺母预热；步骤六）熔敷成型；步骤七）后期处理；步骤八）检测。本发明采用了水、电、气、火、机同时使用，按需要的设计要求同时供水、电、气、火、机的方式来熔敷材料，解决了大厚度磨损、断裂件的修复问题，使之不变形、不塌陷，是一种将有色金属昂贵的超大件的损坏带来的巨大经济损失降到最低点，是最切实可行的再生制造技术，国内生产的大型铜件也能引用。

Description

一种超大型铜螺母再生制造技术

技术领域

本发明涉及一种修复方法，尤其涉及一种超大型铜螺母再生制造技术。

背景技术

目前超大型铜螺母磨损、断裂、点蚀，均无法修复，国内外的研究单位，都没有尝试成功的先例，只能更换新件，浪费惊人，实在可惜。

铜的传热速度快、工件大、受热的温度难以管控，特别是体积大的进口件更不易掌控，温度低了不行，高了极易熔塌和变形，喷焰枪嘴头易发热回火，造成危险。特别是内径很大的铜螺母就更难。因此必须设计一套全方位的水、电、气、火、机五种多用途、多功能的技术一起上。如何合理布局是该项技术的一大难题，也是超大型铜螺母的再生制造技术的关键技术。

本发明采取自行设计制作水、电、气、火、机一起上，形成立体交叉多功能的技术，解决了国内外对这样大型的铜类工件修复，是再生制造技术的一大课题，是一种复合型技术的创新，更是国家循环经济、节源降耗、绿色环保、废物再生利用的一大法宝。

发明内容

为解决上述问题本发明提供了一种超大型铜螺母再生制造技术。本发明将有色金属昂贵的超大件的损坏带来的巨大经济损失降到最低点，是最切实可行的一种再生制造技术。

为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：

一种超大型铜螺母再生制造技术，包括如下步骤：

步骤一）粗化处理：用柴油清洗超大型铜螺母的油污层，用汽油清洗超大型铜螺母的螺旋齿面和齿根；去除油孔内的油污，用汽油清洗油孔；对超大型铜螺母的螺旋齿做磨削粗化处理；

步骤二）净化处理：用丙酮或氢氧化钠溶液清洗超大型铜螺母的螺旋齿，然后用碳酸钠溶液清洗超大型铜螺母的螺旋齿；

步骤三）超大型铜螺母材质检测：检测超大型铜螺母的材质，根据超大型铜螺母的材质确定焊丝的化学成分组成；

步骤四）套置保温装置：在超大型铜螺母外套置保温装置；

步骤五）超大型铜螺母预热：采用燃气预热法对超大型铜螺母预热，包括如下步骤：

5.1）以每小时20℃的升温速度将超大型铜螺母升温4小时；

5.2）以每小时50℃的升温速度将超大型铜螺母升温到200℃-300℃ 后保温，升温时间和保温时间总共为4小时；

步骤六）熔敷成型：将焊丝和/或焊件焊接在超大型铜螺母损伤和/或断裂处使超大型铜螺母恢复到几何尺寸，熔敷成型，焊接时使用氩气保护，氩气纯度≥99.98%；

步骤七）后期处理：对超大型铜螺母进行机械加工和磨削加工使之符合使用要求，并恢复堵塞的油孔；

步骤八）检测：对超大型铜螺母进行磁粉探伤检测、超声波探伤检测、硬度检测和外形几何尺寸的检测。

进一步的改进，步骤八）中，将检测结果合格的超大型铜螺母与液压丝杆啮合，进行验收。

进一步的改进，步骤四）中，保温装置底部设有绝缘隔板；保温装置通过内底脚对超大型铜螺母的底部定位，超大型铜螺母的上部通过顶紧螺栓固定，顶紧螺栓与超大型铜螺母之间设有铝板垫板；所述保温装置由铁制成。

进一步的改进，步骤五）中，超大型铜螺母上部设置一个排出有害气体的排风扇；所用燃气为乙炔和氧气，燃气通过喷焰枪上的中心密封旋转接头喷射到工作台面；喷焰枪为4个，4个喷焰枪所在的位置将超大型铜螺母的内壁横截面四等分，喷焰枪上设有水循环冷却装置。

进一步的改进，所述步骤五）的5.2）中，将超大型铜螺母升温到280℃后保温。

进一步的改进，步骤六）中，焊接的方法为TIG脉冲焊接法或MIG脉冲焊法，焊丝为镍铝青铜焊丝或硅青铜焊丝，焊接时焊枪固定在45º角的导轨臂上，焊枪角度可调，焊枪连接有控制焊枪运行轨迹的导向轮，焊枪上设有氩气传输管和水循环冷却装置。

进一步的改进，步骤六）中，焊接的方法为MIG脉冲焊法；焊丝为镍铝青铜焊丝。

进一步的改进，步骤六）中，超大型铜螺母安放在变位机上进行焊接时的旋转和角度变位；焊接时，超大型铜螺母的转动速度为260mm/min，焊接时焊枪焊接的宽度为10mm、熔敷线的电压为20V，电流为201.6-202.4mA、熔敷的线速度为260mm/min。

进一步的改进，步骤六）中，焊接时，氩气纯度为99.98%，氩气通过喷嘴喷出，喷嘴的孔径为8mm，氩气流量为150ml/min。

进一步的改进，步骤二）中，氢氧化钠溶液浓度为8%-10%，碳酸钠溶液浓度为8%-10%；步骤六）中，采用水平旋转堆焊的方式进行焊接。

本发明采用了水、电、气、火、机同时使用，按需要的设计要求同时供水、电、气、火、机的方式来熔敷材料，解决了大厚度磨损、断裂件的修复问题，使之不变形、不塌陷，是一种将有色金属昂贵的超大件的损坏带来的巨大经济损失降到最低点的一种最切实可行的再生制造技术，国内生产的大型铜件也能引用。

附图说明

图1超大型铜螺母的磨损示意图；

图2超大型铜螺母装入保温装置的示意图；

图3超大型铜螺母固定在保温装置内的示意图；

图4超大型铜螺母熔敷成型时的示意图；

图5变位机装载超大型铜螺母的示意图；

图6焊枪的结构示意图；

图7液压丝杆的示意图。

具体实施方式

一种超大型铜螺母再生制造技术，包括如下步骤：

如图1所示，超大型铜螺母1为进口铜螺母重38吨，工装重3吨，中心高度3600mm，磨损处10的磨损量达6-8mm。修复时包括如下步骤：

步骤一）粗化处理：用柴油清洗超大型铜螺母1的油污层，用汽油清洗超大型铜螺母1的螺旋齿面和齿根；去除油孔11内的油污，用汽油清洗油孔11；对超大型铜螺母1的螺旋齿做磨削粗化处理；

步骤二）净化处理：用丙酮或氢氧化钠溶液清洗超大型铜螺母1的螺旋齿，然后用碳酸钠溶液清洗超大型铜螺母1的螺旋齿；氢氧化钠溶液浓度为8%，碳酸钠溶液浓度为8%；

步骤三）超大型铜螺母材质检测：检测超大型铜螺母1的材质，根据超大型铜螺母1的材质确定焊丝的化学成分组成；超大型铜螺母1的材质组成如下：

元素符号	元素名称	元素含量
			Cu	铜	67.19%
Zn	锌	20.20%
			Al	铝	5.00%
Mn	锰	3.99%
			Fe	铁	3.48%
Ni	镍	0.15%

经检测分析：Zn的含量达到20% ，锌是一种蓝白色金属，密度为7.14克/cm³，熔点419.5°C，沸点906°C，故焊接时锌即成为蒸汽状态，随烟消失，黄铜是铜锌合金，黄铜的熔点是随着锌的含量的多少而变化，该进口铜螺母与国产H68相似，熔点934°C。

选材是整个技术的关键之一，否则不能结合，质量达不到技术要求，将产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。当然工艺参数也很重要，如正确运用熔敷线速度，熔敷线能量等。

由于锌的蒸发破坏氩气的保护效果，所以焊接超大型铜螺母1时应选用较大的喷嘴孔径和氩气流量。 为了减少锌的蒸发，操作时可将焊丝与焊件“焊接”，在焊丝上引弧和保持电弧，尽可能避免电弧直接作用到母材上，母材主要靠熔池金属的传热来加热熔化。焊丝与母材化学成分相似，氩气纯度≥99.98%，选材很重要。

焊丝成分表

元素符号	元素名称	元素含量
			Al	铝	8.06%
Fe	铁	1.88%
			Mn	锰	1.81%
Ni	镍	1.96%
			Pb	铅	0.004%
Si	硅	0.05%
			Zn	锌	0.005%
Cu	铜	86.23%

可选择的焊丝分为两类：

①硅青铜焊丝：硅青铜是以硅为主要合金元素的青铜。工业上应用的硅青铜除含硅外，还含有少量的锰、镍、锌或其他元素。硅在铜中呈有限固溶，在852 ℃时最大溶解度可达5.3%，并随温度降低而减小，但时效硬化效应不强，一般不进行强化热处理。

②镍铝青铜焊丝：化学成分：AL₈ Ni₂ CuRem特性和用途：熔点1038℃-1045℃,耐磨、耐热。由于镍的延展性很好，在铜焊丝加入镍元素特别适合在钢和铜铝多成份合金上的多层焊。所以选用该焊丝最为合适，本实施例即选此焊丝。

步骤四）如图2所示，设计制作一个保温装置2，如图3所示，保温装置2底部设有绝缘隔板；保温装置2通过内底脚对超大型铜螺母1底部定位，超大型铜螺母1上部通过顶紧螺栓3固定，顶紧螺栓3与超大型铜螺母1之间设有铝板垫板4。保温装置2由铁制成。

步骤五）超大型铜螺母预热：如图4所示，采用燃气预热法对超大型铜螺母1预热，包括如下步骤：

5.1）以每小时20℃的升温速度将超大型铜螺母1升温4小时；

5.2）以每小时50℃的升温速度将超大型铜螺母1升温到280℃ 后保温，升温时间和保温时间总共为4小时；

超大型铜螺母1上部设置一个排出有害气体的排风扇；加热用的燃气为乙炔和氧气，燃气通过喷焰枪上的中心密封旋转接头喷射到工作台面；喷焰枪最好为4个，4个喷焰枪所在的位置将超大型铜螺母的内壁横截面四等分，喷焰枪上设有水循环冷却装置。

步骤六）熔敷成型：如图5所示，超大型铜螺母1安放在变位机8上，变位机8承载能力需达到46吨；将焊丝和/或焊件焊接在超大型铜螺母1的损伤和/或断裂处使超大型铜螺母1恢复到几何尺寸，熔敷成型，焊接时使用氩气保护，氩气纯度为99.98%；氩气通过喷嘴喷出，喷嘴的孔径为8mm，氩气流量为150ml/min。焊接的方法为MIG法，所述焊丝为镍铝青铜焊丝。

超大型铜螺母1安放在变位机8上进行焊接时的旋转和角度变位；焊接时焊枪5固定在45º角的导轨臂上，焊枪5角度可调，焊枪5连接有控制焊枪5运行轨迹的导向轮9。变位机8实现熔敷施焊时的铜螺母的旋转和角度变位；焊接时，超大型铜螺母1的转动速度为260mm/min，焊接时焊枪5焊接的宽度为10mm、熔敷线的电压为20V，电流为201.6-202.4mA、熔敷的线速度为260mm/min。

焊枪5的结构如图6所示，焊枪5上设有氩气传输管7和水循环冷却装置6，焊枪5的下部连接有导向轮9。

步骤七）后期处理：对超大型铜螺母进行机械加工和磨削加工使之符合使用要求，并恢复堵塞的油孔11；

步骤八）检测：对超大型铜螺母进行磁粉探伤检测、超声波探伤检测、硬度检测和外形几何尺寸的检测。

如图7所示，将26吨重的液压丝杆12与38吨铜螺母啮合，验收交付使用。

步骤二）中氢氧化钠溶液浓度可为8%-10%，碳酸钠溶液浓度可为8%-10%；可用丙酮代替氢氧化钠溶液清洗超大型铜螺母1的螺旋齿。

中心密封旋转接头能调节火焰大小，既保证了操作人员的安全，能在外围操作，又能保证温度的均匀上升，由于温度高，喷焰枪极易回火造成危险，喷焰枪上设有水循环冷却装置，可防止施工时因温度过高回火或烧断喷焰枪造成危险。排气扇，可以排出有害气体。

由于铜螺母含有AL成份采用普通氧钎焊、手工焊、直流TIG不能实现。只有用TIG和MIG脉冲焊接方式焊接清除表面氧化膜。

MIG方法焊接铜及铜合金的施工越来越多，对于铝青铜、硅青铜和白铜最好选用MIG焊方法。选用MIG焊，因为熔敷效率高、熔深大、焊速快（一般为TIG焊的3~4倍），实现高效、优质、低成本的经济效益要求。铜材施焊前均应达到预热温度要求铜合金200~300℃。采用水、电、气、火、机五位一体，同时立体交叉作业，该技术理论难度大，实际技术精炼，便于推广应用，对超大型铜件的再生利用制造尚属首例，是一大创举。

本发明中如采用水平旋转堆焊：要有一台滚轮架旋转，加温要求不容易保障，焊枪要固定一水平导轨横臂上，缺点由于铜螺母水平旋转焊枪的焊道铜水是垂直堆焊，成形比较困难，而且铜螺母转动在铁的钢轮上对铜螺母有很大的压伤痕，对焊接质量无法保证。

因此设置一变位机8形成一个变位旋转平台，外围有自行设计的保温装置2，加温要求可保障，焊枪5最好固定在45º角导轨臂上，焊枪5角度可调，焊枪5有一导向轮9，焊枪5采用数控电动前伸和后退功能，能保证数控自动焊的运行轨迹，焊道类似船形焊，对焊接质量有十分可靠的保障。

以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种超大型铜螺母再生制造技术，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一)粗化处理：用柴油清洗超大型铜螺母的油污层，用汽油清洗超大型铜螺母的螺旋齿面和齿根；去除油孔内的油污，用汽油清洗油孔；对超大型铜螺母的螺旋齿做磨削粗化处理；

步骤二)净化处理：用丙酮或氢氧化钠溶液清洗超大型铜螺母的螺旋齿，然后用碳酸钠溶液清洗超大型铜螺母的螺旋齿；

步骤三)超大型铜螺母材质检测：检测超大型铜螺母的材质，根据超大型铜螺母的材质确定焊丝的化学成分组成；

步骤四)套置保温装置：在超大型铜螺母外套置保温装置；

步骤五)超大型铜螺母预热：采用燃气预热法对超大型铜螺母预热，包括如下步骤：

5.1)以每小时20℃的升温速度将超大型铜螺母升温4小时；

5.2)以每小时50℃的升温速度将超大型铜螺母升温到200℃-300℃后保温，升温时间和保温时间总共为4小时；

步骤六)熔敷成型：将焊丝和/或焊件焊接在超大型铜螺母损伤和/或断裂处使超大型铜螺母恢复到几何尺寸，熔敷成型，焊接时使用氩气保护，氩气纯度≥99.98％；

步骤七)后期处理：对超大型铜螺母进行机械加工和磨削加工使之符合使用要求，并恢复堵塞的油孔；

步骤八)检测：对超大型铜螺母进行磁粉探伤检测、超声波探伤检测、硬度检测和外形几何尺寸的检测。

2.如权利要求1所述的超大型铜螺母再生制造技术，其特征在于，步骤八)中，将检测结果合格的超大型铜螺母与液压丝杆啮合，进行验收。

3.如权利要求1所述的超大型铜螺母再生制造技术，其特征在于，步骤四)中，保温装置底部设有绝缘隔板；保温装置通过内底脚对超大型铜螺母的底部定位，超大型铜螺母的上部通过顶紧螺栓固定，顶紧螺栓与超大型铜螺母之间设有铝板垫板；所述保温装置由铁制成。

4.如权利要求1所述的超大型铜螺母再生制造技术，其特征在于，步骤五)中，超大型铜螺母上部设置一个排出有害气体的排风扇；所用燃气为乙炔和氧气，燃气通过喷焰枪上的中心密封旋转接头喷射到工作台面；喷焰枪为4个，4个喷焰枪所在的位置将超大型铜螺母的内壁横截面四等分，喷焰枪上设有水循环冷却装置。

5.如权利要求1所述的超大型铜螺母再生制造技术，其特征在于，所述步骤五)的5.2)中，将超大型铜螺母升温到280℃后保温。

6.如权利要求1所述的超大型铜螺母再生制造技术，其特征在于，步骤六)中，焊接的方法为TIG脉冲焊接法或MIG脉冲焊法，焊丝为镍铝青铜焊丝或硅青铜焊丝，焊接时焊枪固定在45°角的导轨臂上，焊枪角度可调，焊枪连接有控制焊枪运行轨迹的导向轮，焊枪上设有氩气传输管和水循环冷却装置。

7.如权利要求6所述的超大型铜螺母再生制造技术，其特征在于，步骤六)中，焊接的方法为MIG脉冲焊法；焊丝为镍铝青铜焊丝。

8.如权利要求1所述的超大型铜螺母再生制造技术，其特征在于，步骤六)中，超大型铜螺母安放在变位机上进行焊接时的旋转和角度变位；焊接时，超大型铜螺母的转动速度为260mm/min，焊接时焊枪焊接的宽度为10mm，熔敷线的电压为20V，熔敷线的电流为201.6-202.4mA，熔敷的线速度为260mm/min。

9.如权利要求1所述的超大型铜螺母再生制造技术，其特征在于，步骤六)中，焊接时，氩气纯度为99.98％，氩气通过喷嘴喷出，喷嘴的孔径为8mm，氩气流量为150ml/min。

10.如权利要求1所述的超大型铜螺母再生制造技术，其特征在于，步骤二)中，氢氧化钠溶液浓度为8％-10％，碳酸钠溶液浓度为8％-10％；步骤六)中，采用水平旋转堆焊的方式进行焊接。