CN108857262A - 高炉开口机钻杆修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉开口机钻杆修复方法,涉及维修技术领域,提供一种操作简单,设备要求低,修复后强度好的高炉开口机钻杆修复方法。高炉开口机钻杆修复方法包括以下步骤:A、将一个钻杆的失效部分切下制成待修复钻杆,将另一个钻杆的未失效部分制成补接钻杆;B、在待修复钻杆和补接钻杆的上制作焊接坡口;C、利用焊接夹具固定待修复钻杆和补接钻杆,使待修复钻杆和补接钻杆同轴,并使待修复钻杆和补接钻杆具有焊接坡口的一端靠近;D、预热待修复钻杆和补接钻杆,预热温度为150~200℃;E、对接焊接待修复钻杆和补接钻杆使二者连成一体形成修复钻杆;F、对修复钻杆进行矫直。
Description
技术领域
本发明涉及维修技术领域,尤其涉及一种高炉开口机钻杆修复方法。
背景技术
高炉开口机是在高炉出铁时打开铁口的专用机械,是高炉重要的炉前设备之一,其性能和效率直接影响到高炉的正常生产。开口机主要靠给钻具施加轴向动力来凿开出铁口上的炮泥,因此钻具面临高温、扭转、压缩、弯曲等交变应力的作用,成为开口机最易损坏的部件。
钻具由钻头、钻杆和钎尾组成,其中钻杆是连接钻头和钎尾的部位。开口机钻杆常用55SiMnMo钎杆钢,55SiMnMo是一种低合金钢,空冷后形成贝氏体组织,强韧性较好,有较高的疲劳强度、弹性极限和比较低的缺口敏感性,优越的性能使其作为钻杆用钢而得到广泛的使用。
钻杆作为钻具的主体,既要承受来自钻头的冲击载荷以及环境中的高温,也要传递来自钎尾的钻进压力和扭矩,因此钻杆常常过早失效。具体是钻杆与钻头相连接处易发生烧损而失效;钻杆前部500mm长度以内由于温度高造成杆体镦粗而失效;钎尾处磨损失效。一般的钻杆长度为1500~3000mm,只是因为其中的某部分损坏,就将钻杆做报废处理,不仅会造成大量的浪费,也降低了钻杆的使用率。因此可以从环保节约、循环利用同时降低生产运营成本等方面,考虑对开口机钻杆进行修复再利用。
目前,螺纹连接修复技术的出现解决了中空钻杆局部断裂的修复问题,即将中空钻杆的断裂处与修复备件加工成匹配的公螺纹与母螺纹,用螺纹连接最终完成对中空钻杆的修复。如公开号为CN106121550A的专利介绍了一种螺纹连接修复钻杆的方法。螺纹连接属于机械连接,连接强度不如冶金结合强度高,使用时容易发生故障,且这种连接螺纹加工难度大,不适用对壁厚较薄的中空钻杆进行修复,适用范围窄。
针对螺纹连接的缺点,现有摩擦焊修复钻杆的技术。即将待修复钻杆的杆体断裂面加工成凹凸面,将补接钻杆的焊接面加工成与杆体对应的凹凸面,通过焊接将待修复钻杆和补接钻杆连接在一起形成新钻杆。如公开号为CN106312440A的专利公布了一种摩擦焊修复钻杆的方法,此方法能够保证修复后的钻杆耐受力特别是中空的钻杆,但对于圆形钻杆,此方法的焊接接口加工困难,不易处理凹面中的内飞边,且摩擦焊设备自动化程度高,专业性强,一次性投入较大,适合流水线,对于形成快速钻杆修复有一定的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种操作简单,设备要求低,修复后强度好的高炉开口机钻杆修复方法。
为解决上述问题采用的技术方案是:高炉开口机钻杆修复方法包括以下步骤:
A、将一个钻杆的失效部分切下制成待修复钻杆,将另一个钻杆的未失效部分制成补接钻杆;
B、在待修复钻杆和补接钻杆的上制作焊接坡口;
C、利用焊接夹具固定待修复钻杆和补接钻杆,使待修复钻杆和补接钻杆同轴,并使待修复钻杆和补接钻杆具有焊接坡口的一端靠近;
D、预热待修复钻杆和补接钻杆,预热温度为150~200℃;
E、对接焊接待修复钻杆和补接钻杆使二者连成一体形成修复钻杆;
F、对修复钻杆进行矫直。
进一步的是:焊接坡口为V型坡口。
进一步的是:步骤D中,预热方式为采用氧乙炔焰对焊接处附近进行预热。
进一步的是:步骤E具体为:使用直流弧焊机直流反接在平焊位置对待修复钻杆和补接钻杆进行对接焊接,采用多层多道焊接,每道焊缝热输入需控制在15~18kJ/c范围内,层间温度需控制在190~210℃。
进一步的是:步骤C中,焊接夹具包括焊接支架、至少两个支撑装置和至少两个下压装置;焊接支架包括工作平台;支撑装置沿工作平台长度方向设置,各支撑装置位于同一直线上,支撑装置包括两个支撑滚筒;下压装置包括连接架和下压机构,连接架与焊接支架连接,下压机构位于支撑装置上方,下压机构包括下压杆、弹簧、两个下压滚筒和两个下压滚筒架,下压杆竖向设置,下压杆与连接架连接并能够上下移动,下压滚筒架铰接在下压杆下端,下压滚筒与下压滚筒架一一对应设置并连接,下压滚筒沿工作平台长度方向设置;弹簧连接两个下压滚筒架,或者弹簧连接下压滚筒架和下压杆,弹簧的弹力能够使两个下压滚筒靠拢;
将待修复钻杆和补接钻杆横放到支撑装置上,支撑滚筒托住待修复钻杆和补接钻杆,下压滚筒压住待修复钻杆和补接钻杆。
进一步的是:焊接支架包括导轨,导轨沿工作平台长度方向设置,连接架与导轨连接并能够沿导轨移动。
进一步的是:支撑装置的高度和水平位置可调。
进一步的是:支撑装置的数量为四个,下压装置的数量为两个。
进一步的是:焊接支架中部具有自工作平台表面下凹的操作槽,操作槽两侧各有两个支撑装置和一个下压装置。
进一步的是:焊接夹具包括旋转装置,旋转装置包括旋转套和手柄,旋转套上连接有至少三个固定螺栓,各固定螺栓以旋转套轴线为中心圆周均布并沿旋转套径向设置,手柄与旋转套垂直并连接;旋转套能够套到钻杆上,固定螺栓能够顶紧钻杆使旋转装置与钻杆连接。
本发明的有益效果是:1、相比于螺纹连接修复技术,采用本发明方法修复后的钻杆达到了冶金结合强度,钻杆力学性能好,使用寿命更长。
2、相比现有的摩擦焊修复钻杆技术,本发明所述修复方法可以采用手工电弧焊,设备简单,操作方便,可在现场针对不同失效类型的钻杆进行修复,缩短了钻杆修复周期,提高了生产效率。
3、焊后钻杆无需热处理就能达到性能要求,降低了能源消耗,节约了生产成本。
4、本发明的焊接夹具能够有效固定待修复钻杆和补接钻杆并保证二者对齐及可旋转,从而方便了钻杆焊接修复操作。下压滚筒位置可自动调节,可以适应不同的钻杆直径,下压装置的位置误差以及钻杆的弯曲,因此焊接夹具具有适应性强的优点。
附图说明
图1是钻杆焊接修复夹具三维结构图;
图2是钻杆焊接修复夹具局部放大三维图;
图3是钻杆焊接修复夹具局部放大图;
图4是旋转装置结构图;
图中标记为:焊接支架1、工作平台11、导轨12、操作槽13、支撑装置2、支撑滚筒21、下压装置3、连接架31、T型槽311、下压机构32、下压杆321、弹簧322、下压滚筒架323、下压滚筒324、旋转装置4、旋转套41、固定螺栓42、手柄43、待修复钻杆5、补接钻杆6。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示。高炉开口机钻杆修复方法包括以下步骤:A、将一个钻杆的失效部分切下制成待修复钻杆5,将另一个钻杆的未失效部分制成补接钻杆6;B、在待修复钻杆5和补接钻杆6的上制作焊接坡口;C、利用焊接夹具固定待修复钻杆5和补接钻杆6,使待修复钻杆5和补接钻杆6同轴,并使待修复钻杆5和补接钻杆6具有焊接坡口的一端靠近;D、预热待修复钻杆5和补接钻杆6,预热温度为150~200℃;E、对接焊接待修复钻杆5和补接钻杆6使二者连成一体形成修复钻杆;F、对修复钻杆进行矫直。
步骤A中,可采用车床进行失效钻杆的截取。
步骤B中,可以采用车床将待修复钻杆5和补接钻杆6的端部车成锥形,待修复钻杆5和补接钻杆6对其并靠近后,两个锥形部间形成V形焊接坡口。
对于步骤D,55SiMnMo钎杆钢钻杆的碳含量为0.5~0.6%,碳当量(Ceq)计算出的范围值(0.68~0.85%)较高,需控制钻杆的冷却速度,因此采取焊前预热是必要的。经试验发现,55SiMnMo钻杆预热温度应选择在150~200℃,预热温度低于150℃,达不到预热的目的,焊接处开裂倾向较大;预热温度过高,会使工件的组织变粗,会引起不必要的有害相转变,对焊后接头的力学性能不利。进一步为了达到快速、便捷的预热,优选氧乙炔焰对焊接接头进行预热。
步骤E具体为:使用直流弧焊机直流反接在平焊位置对待修复钻杆5和补接钻杆6进行对接焊接,采用多层多道焊接,每道焊缝热输入需控制在15~18kJ/c范围内,层间温度需控制在190~210℃。
步骤C中,焊接夹具可以如图1至图3所示:包括焊接支架1、至少两个支撑装置2和至少两个下压装置3;焊接支架1包括工作平台11;支撑装置2沿工作平台11长度方向设置,各支撑装置2位于同一直线上,支撑装置2包括两个支撑滚筒21;下压装置3包括连接架31和下压机构32,连接架31与焊接支架1连接,下压机构32位于支撑装置2上方,下压机构32包括下压杆321、弹簧322、两个下压滚筒324和两个下压滚筒架323,下压杆321竖向设置,下压杆321与连接架31连接并能够上下移动,下压滚筒架323铰接在下压杆321下端,下压滚筒324与下压滚筒架323一一对应设置并连接,下压滚筒324沿工作平台11长度方向设置;弹簧322连接两个下压滚筒架323,或者弹簧322连接下压滚筒架323和下压杆321,弹簧322的弹力能够使两个下压滚筒324靠拢。
将待修复钻杆5和补接钻杆6放到支撑装置2上,支撑滚筒21托住待修复钻杆5和补接钻杆6;由于各支撑装置2位于同一直线上,支撑装置2能够使两个钻杆对齐。推动钻杆使两个钻杆距离合适后,再用下压装置3的下压滚筒324压住钻杆,可避免钻杆移动,但又不妨碍钻杆转动。两个钻杆固定好后,即可开始焊接,焊接时旋转钻杆可保证焊接一周。
“下压滚筒架323铰接在下压杆321下端,下压滚筒324与下压滚筒架323一一对应设置并连接,下压滚筒324沿工作平台11长度方向设置;弹簧322连接两个下压滚筒架323,或者弹簧322连接下压滚筒架323和下压杆321,弹簧322的弹力能够使两个下压滚筒324靠拢”,使得下压滚筒324位置可自动调节,并且下压滚筒324位置变化后仍能够保证给与钻杆压力。这使得本发明可以适应不同的钻杆直径,下压装置3的位置误差以及钻杆的弯曲。
支撑装置2的数量最少可以是两个,即一个支撑装置2支撑一个钻杆,这要求支撑滚筒21长度较长。支撑装置2的数量最好是四个,两个支撑装置2支撑一个钻杆。下压装置3的数量最好为两个,一个下压装置3压住一个钻杆即可。
为了进一步保证两个钻杆同轴,支撑装置2的高度和水平位置最好可调。如图3所示,可在工作平台11上设置螺纹孔并连接螺柱,螺柱上连有螺母,螺母高度可调。支撑装置2上设置安装孔,支撑装置2通过安装孔套在螺柱上,调节螺母高度即可调节支撑装置2高度。可再用螺母连在螺柱上压住支撑装置2,也可不用。支撑装置2的安装孔可以稍大,使得支撑装置2水平位置可调。可在工作平台11上设置多组螺纹孔便于将支撑装置2安装在不同位置。支撑装置2可以是一体式的,也可以包括两个支撑装置单体,每个支撑装置单体包括一个支撑滚筒21。
下压杆321上下移动方式可以如图2和图3所示,下压杆321是螺杆,下压杆321穿过连接架31上端,下压杆321上连有两个螺母,两个螺母位于连接架31两侧并拧紧。松开上螺母则下压杆321可以下降。松开下螺母,则下压杆321可以上升。
下压装置3最好能够沿工作平台11长度方向移动,以调节位置,为此可作如下设置:焊接支架1包括导轨12,导轨12沿工作平台11长度方向设置,连接架31与导轨12连接并能够沿导轨12移动。导轨12的截面是T型的,相应地,连接架31上设置T型槽311,连接架31通过T型槽311套到导轨12上。可在连接架31上连接螺钉,螺钉顶住导轨12,可使下压装置3固定。
为了方便焊接操作,焊接支架1中部具有自工作平台11表面下凹的操作槽13,操作槽13两侧各有两个支撑装置2和一个下压装置3。两个钻杆对接处位于操作槽13上方,操作槽13可以让出操作空间,方便焊接操作。
两个钻杆需要旋转才能方便焊接一周,由于钻杆直径并不很大,重量也并不很大,可手动直接钻杆。但为了进一步方便旋转,如图4所示:钻杆焊接修复夹具包括旋转装置4,旋转装置4包括旋转套41和手柄43,旋转套41上连接有至少三个固定螺栓42,各固定螺栓42以旋转套41轴线为中心圆周均布并沿旋转套41径向设置,手柄43与旋转套41垂直并连接;旋转套41能够套到钻杆上,固定螺栓42能够顶紧钻杆使旋转装置4与钻杆连接。手握手柄43进行旋转,可方便旋转钻杆。
Claims (10)
1.高炉开口机钻杆修复方法,其特征在于:包括以下步骤:
A、将一个钻杆的失效部分切下制成待修复钻杆(5),将另一个钻杆的未失效部分制成补接钻杆(6);
B、在待修复钻杆(5)和补接钻杆(6)的上制作焊接坡口;
C、利用焊接夹具固定待修复钻杆(5)和补接钻杆(6),使待修复钻杆(5)和补接钻杆(6)同轴,并使待修复钻杆(5)和补接钻杆(6)具有焊接坡口的一端靠近;
D、预热待修复钻杆(5)和补接钻杆(6),预热温度为150~200℃;
E、对接焊接待修复钻杆(5)和补接钻杆(6)使二者连成一体形成修复钻杆;
F、对修复钻杆进行矫直。
2.根据权利要求1所述的高炉开口机钻杆修复方法,其特征在于:焊接坡口为V型坡口。
3.根据权利要求1所述的高炉开口机钻杆修复方法,其特征在于:步骤D中,预热方式为采用氧乙炔焰对焊接处附近进行预热。
4.根据权利要求1所述的高炉开口机钻杆修复方法,其特征在于:步骤E具体为:使用直流弧焊机直流反接在平焊位置对待修复钻杆(5)和补接钻杆(6)进行对接焊接,采用多层多道焊接,每道焊缝热输入需控制在15~18kJ/c范围内,层间温度需控制在190~210℃。
5.根据权利要求1所述的高炉开口机钻杆修复方法,其特征在于:步骤C中,焊接夹具包括焊接支架(1)、至少两个支撑装置(2)和至少两个下压装置(3);焊接支架(1)包括工作平台(11);支撑装置(2)沿工作平台(11)长度方向设置,各支撑装置(2)位于同一直线上,支撑装置(2)包括两个支撑滚筒(21);下压装置(3)包括连接架(31)和下压机构(32),连接架(31)与焊接支架(1)连接,下压机构(32)位于支撑装置(2)上方,下压机构(32)包括下压杆(321)、弹簧(322)、两个下压滚筒(324)和两个下压滚筒架(323),下压杆(321)竖向设置,下压杆(321)与连接架(31)连接并能够上下移动,下压滚筒架(323)铰接在下压杆(321)下端,下压滚筒(324)与下压滚筒架(323)一一对应设置并连接,下压滚筒(324)沿工作平台(11)长度方向设置;弹簧(322)连接两个下压滚筒架(323),或者弹簧(322)连接下压滚筒架(323)和下压杆(321),弹簧(322)的弹力能够使两个下压滚筒(324)靠拢;
将待修复钻杆(5)和补接钻杆(6)横放到支撑装置(2)上,支撑滚筒(21)托住待修复钻杆(5)和补接钻杆(6),下压滚筒(324)压住待修复钻杆(5)和补接钻杆(6)。
6.根据权利要求5所述的高炉开口机钻杆修复方法,其特征在于:焊接支架(1)包括导轨(12),导轨(12)沿工作平台(11)长度方向设置,连接架(31)与导轨(12)连接并能够沿导轨(12)移动。
7.根据权利要求6所述的高炉开口机钻杆修复方法,其特征在于:支撑装置(2)的高度和水平位置可调。
8.根据权利要求7所述的高炉开口机钻杆修复方法,其特征在于:支撑装置(2)的数量为四个,下压装置(3)的数量为两个。
9.根据权利要求8所述的高炉开口机钻杆修复方法,其特征在于:焊接支架(1)中部具有自工作平台(11)表面下凹的操作槽(13),操作槽(13)两侧各有两个支撑装置(2)和一个下压装置(3)。
10.根据权利要求5至9任一项所述的高炉开口机钻杆修复方法,其特征在于:包括旋转装置(4),旋转装置(4)包括旋转套(41)和手柄(43),旋转套(41)上连接有至少三个固定螺栓(42),各固定螺栓(42)以旋转套(41)轴线为中心圆周均布并沿旋转套(41)径向设置,手柄(43)与旋转套(41)垂直并连接;旋转套(41)能够套到钻杆上,固定螺栓(42)能够顶紧钻杆使旋转装置(4)与钻杆连接。
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