CN111001960A - 扬克缸缸段预加工件以及用于制造扬克缸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造扬克缸的方法，包括从内部将两个扬克缸缸段预加工件的第一加强凸缘相互焊接，然后预热并从壳体外部焊接两个所述扬克缸缸段预加工件，再通过机加工方法去除所述扬克缸缸段预加工件中的第一加强凸缘、第二加强凸缘、以及焊缝的径向内侧端部区域以及周围材料，直至将两个所述扬克缸缸段预加工件的连接处加工至达到扬克缸内部槽的最终尺寸要求。本申请还涉及一种在上述用于制造扬克缸的方法中使用的扬克缸缸段预加工件。

Description

扬克缸缸段预加工件以及用于制造扬克缸的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造扬克缸的方法。本发明还涉及一种在用于制造扬克缸的方法中使用的扬克缸缸段预加工件。
背景技术
所谓的扬克缸通常用于生产卷筒纸或薄纸时的干燥处理。
扬克缸通常具有非常大的直径。它们使用蒸汽从内部加热，并且由于在缸筒必须经受的内部压力、缸体的防泄漏程度方面要满足的严格要求以及较大的直径而难以制造。
标准扬克缸具有如下尺寸：
缸筒直径：2000毫米到6500毫米
中空轴的直径：1000毫米到2500毫米
缸筒长度：3000毫米到8500毫米
缸筒质量：35吨到140吨
绝大多数缸筒是由铸铁制成，然而也可以从美国专利US4,196,689和WO2008/105005A1中已知由钢制成的扬克缸。
通常，扬克缸包括圆筒形的壳体表面，其在端部由端盖封闭。两个端盖可以螺栓连接到或焊接到扬克缸壳体上。
扬克缸通过轴转动并且内侧具有中空轴或杆，用于加热缸筒的蒸汽通过该中空轴或杆被导入，并且废蒸汽和冷凝水通过该中空轴或杆被移除。
扬克缸壳体通常在其内表面具有很多扬克缸内部槽，所述扬克缸内部槽槽在大体不降低外壳的部件强度的情况下改善从缸的加热内侧到扬克缸表面的热转移。
现有技术下，通过焊接多个缸筒来生产扬克缸。如图3所示，需要焊接既在缸筒外部也在缸筒内部进行。首先，在缸筒的连接处从缸筒内部进行钨极惰性气体保护焊(TIG)，然后通过机加工方法去除焊缝的突出材料在连接处而形成符合尺寸要求的扬克缸内部槽。然后，从缸筒外部进行熔化极气体保护焊(GSMA)。缸筒外表面经过适当机加工后即得到最终的扬克缸壳体。
在本申请中，机加工涉及车削、铣削、磨削步骤。
这种制造工艺的问题在于时间和成本上的耗费，且具有产生焊接缺陷的显著风险。另外，操作员需要在具有高温和局促空间的恶劣工作条件下进行焊接。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够克服上述缺点的扬克缸制造方法以及加工中所涉及的扬克缸缸段预加工件。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种扬克缸缸段预加工件，其特征在于，所述扬克缸缸段预加工件在端面具有：焊接坡口，所述焊接坡口设计为适于被从所述扬克缸缸段预加工件的外侧焊接；第一加强凸缘，所述第一加强凸缘沿所述扬克缸缸段预加工件的轴向向外突伸，且在所述扬克缸缸段预加工件端面上布置为靠近所述扬克缸缸段预加工件的内周壁；第二加强凸缘，所述第二加强凸缘沿所述扬克缸缸段预加工件的轴向向外突伸，且在所述扬克缸缸段预加工件端面上布置为靠近所述焊接坡口的径向内侧端部；第二加强凸缘接收部，所述第二加强凸缘接收部与所述第二加强凸缘在所述扬克缸缸段预加工件的径向上相邻接；其中，所述第二加强凸缘适于抵靠在待焊接的另一扬克缸缸段预加工件的第二加强凸缘接收部上，而所述第二加强凸缘接收部适于接收待焊接的所述另一扬克缸缸段预加工件的第二加强凸缘，其中，所述扬克缸缸段预加工件的所述第二加强凸缘和所述第二加强凸缘接收部被构造为适于使所述扬克缸缸段预加工件的第二加强凸缘与由所述扬克缸缸段预加工件的所述第二加强凸缘接收部接收的、待焊接的所述另一扬克缸缸段预加工件的第二加强凸缘在相应的周侧相贴合。
优选的是，所述焊接坡口设计为适于窄间隙焊接。通过窄间隙焊接(NG)的方式，例如窄间隙钨极惰性气体保护焊(NG-TIG)，实现了焊接体积的减小，从而降低了出现焊接缺陷的可能性。窄间隙焊接是基于现有的弧焊技术，采用I型或U型小尺寸坡口进行的焊接。与传统焊接方法相比，窄间隙焊接的优势在于：焊接材料与电能消耗减少；焊接接头的残余应力、残余变形较小；以及接头的力学性能更好。窄间隙焊接是一种完善的焊接圆周的方法，其使被施加到材料上的热量最小化，因而使热变形最小化。
根据本发明的扬克缸缸段预加工件的一种优选实施形式，所述扬克缸缸段预加工件的第一加强凸缘被构造为适于与待焊接的所述另一扬克缸缸段预加工件的第一加强凸缘对接，以使得它们能够被从所述扬克缸缸段预加工件的内侧相互焊接。这样，在扬克缸缸段内部的焊接就仅需在两个扬克缸缸段预加工件的第一加强凸缘之间的有限面积内进行。
根据本发明的扬克缸缸段预加工件的一种优选实施形式，所述扬克缸缸段预加工件的内壁上还具有若干预制槽，所述预制槽能够通过机加工方法加工至扬克缸内部槽的最终尺寸。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造扬克缸的方法，该方法包括如下步骤：
(a)提供若干上述扬克缸缸段预加工件；
(b)将待焊接的两个所述扬克缸缸段预加工件相互连接成扬克缸壳体，使得一个扬克缸缸段预加工件的第二加强凸缘抵靠在另一扬克缸缸段预加工件的第二加强凸缘接收部上；
(c)从壳体内部将两个所述扬克缸缸段预加工件的第一加强凸缘相互焊接；
(d)预热两个所述扬克缸缸段预加工件的焊接坡口并从壳体外部相互焊接所述焊接坡口以形成焊缝；
(e)通过机加工方法去除所述扬克缸缸段预加工件中的第一加强凸缘、第二加强凸缘、所述焊接坡口形成的所述焊缝的径向内侧端部区域以及周围材料，直至将两个所述扬克缸缸段预加工件的连接处加工至达到扬克缸内部槽的最终尺寸要求；
(f)通过机加工方法去除所述扬克缸壳体及所述焊缝的外表面的多余材料以达到所述扬克缸的外径的最终尺寸要求。
根据本发明的用于制造扬克缸的方法的一种优选实施形式，在所述步骤(d)之后还包括如下步骤：
(g)通过机加工方法将扬克缸缸段预加工件中的预制槽加工至达到扬克缸内部槽的最终尺寸要求。
换言之，可以先将位于每个扬克缸缸段预加工件内部的预制槽加工成扬克缸内部槽，再将两个扬克缸缸段预加工件的连接处加工成扬克缸内部槽，也可以先将两个扬克缸缸段预加工件的连接处加工成扬克缸内部槽，再将位于每个扬克缸缸段预加工件内部的预制槽加工成扬克缸内部槽。
根据本发明的用于制造扬克缸的方法，相比于现有技术，在缸筒内侧，由于无需操作员进入缸筒内进行钨极惰性气体保护焊(TIG)，而仅需简单地焊接相邻扬克缸缸段预加工件的第一加强凸缘，因而至少能够减少250小时的制造时间。
优选的是，在步骤(d)中，通过窄间隙焊接来焊接所述焊接坡口。从而大大降低焊接材料与电能的消耗，降低焊接接头的残余应力、残余变形，以及改善接头的力学性能。
由于在步骤(e)中，关键的焊缝根部区域被最终的机加工步骤去除，因而保证了扬克缸缸筒的质量。
由于从壳体内部仅需对两个扬克缸缸段预加工件的第一加强凸缘相互焊接，而不再从缸筒内部对两个扬克缸缸段进行最终的焊接，并且相互焊接的第一加强凸缘以及它们的焊接处都会在后续工艺中通过机加工方法去除，因而本发明的方法允许操作员不在加热的局促空间内进行焊接，这显著地降低了操作员的健康和安全风险。
附图说明
下面结合附图对根据本发明的扬克缸缸段预加工件和根据本发明的用于制造扬克缸的方法进行详细说明。
图1示出了根据本发明的扬克缸缸段预加工件的局部轴向剖视图，其中示出了三个相互焊接到一起的根据本发明的扬克缸缸段预加工件；
图2示出了根据本发明的扬克缸缸段预加工件的局部轴向剖视图，其中示出了经过焊接和机加工后形成的扬克缸壳体；
图3示出了现有技术下焊接在一起的扬克缸缸段的局部轴向剖视图。
在各图中，相同或相似的技术特征具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的扬克缸缸段预加工件的局部轴向剖视图，其中示出了三个相互焊接的根据本发明的扬克缸缸段预加工件。
为制造扬克缸的壳体，首先使扬克缸缸段预加工件1、2相互对接。
左侧的扬克缸缸段预加工件1的第一加强凸缘101和中间的扬克缸缸段预加工件2的第一加强凸缘201相对接至适合焊接的程度。在扬克缸缸段预加工件1、2的径向上，左侧的扬克缸缸段预加工件1的第二加强凸缘102与第二加强凸缘接收部103相邻接，中间的扬克缸缸段预加工件2的第二加强凸缘202与第二加强凸缘接收部203相邻接。
如图所示，左侧的扬克缸缸段预加工件1的第二加强凸缘102布置在第二加强凸缘接收部103的径向外侧。中间的扬克缸缸段预加工件2的第二加强凸缘202布置在第二加强凸缘接收部203的径向内侧。
左侧的扬克缸缸段预加工件1的第二加强凸缘102与中间的扬克缸缸段预加工件2的第二加强凸缘202在相应的周侧相贴合。左侧的扬克缸缸段预加工件1的第二加强凸缘102沿轴向突伸出的端面抵靠在中间的扬克缸缸段预加工件2的第二加强凸缘接收部203上，中间的扬克缸缸段预加工件2的第二加强凸缘202沿轴向突伸出的端面抵靠在左侧的扬克缸缸段预加工件1的第二加强凸缘接收部103上。它们的形状和尺寸被设计在最终需要的扬克缸内部槽的形状和尺寸范围内部，从而能够在后续步骤中通过机加工得到符合最终尺寸要求的扬克缸内部槽。
此时，先将已经对接的左侧的扬克缸缸段预加工件1的第一加强凸缘101和中间的扬克缸缸段预加工件2的第一加强凸缘201相互焊接。
然后，预热左侧的扬克缸缸段预加工件1和中间的扬克缸缸段预加工件2的焊接坡口并从壳体外部相互焊接所述焊接坡口以形成焊缝3，在此是通过窄间隙焊接方法(如窄间隙钨极惰性气体保护焊)来进行焊接。
以图中左侧和中间的扬克缸缸段预加工件1、2为例，它们在待连接的端面上具有坡度和形状适于窄间隙焊接的焊接坡口。图中所示焊接坡口为U型，但实践中也可以考虑I型或任何适于窄间隙焊接的形状。
在完成焊接后，即可通过机加工方法去除所述扬克缸缸段预加工件中的第一加强凸缘、第二加强凸缘、所述焊接坡口形成的所述焊缝的径向内侧端部区域以及周围材料而将两个所述扬克缸缸段预加工件的连接处加工为扬克缸内部槽。同时，通过机加工方法去除所述扬克缸壳体及所述焊缝的外表面的多余材料以达到所述扬克缸的外径的最终尺寸要求。经过上述焊接和机加工后形成的扬克缸壳体如图2所示。
在上述方法中所提供的扬克缸缸段预加工件1、2可能具有已经加工好的扬克缸内部槽，也可能仅仅具有预制槽，仍需要完成上述方法步骤之后通过机加工方法才能达到扬克缸内部槽的最终尺寸要求。
以上记载了本发明的优选实施例，但是本发明的精神和范围不限于这里所公开的具体内容。本领域技术人员能够根据本发明的教导任意组合和扩展上述各实施例而在本发明的精神和范围内做出更多的实施方式和应用。本发明的精神和范围不由具体实施例来限定，而由权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种扬克缸缸段预加工件(1,2)，其特征在于，所述扬克缸缸段预加工件在端面具有：
焊接坡口，所述焊接坡口设计为适于被从所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的外侧焊接；
第一加强凸缘(101)，所述第一加强凸缘沿所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的轴向向外突伸，且在所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的端面上布置为靠近所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的内周壁；
第二加强凸缘(102)，所述第二加强凸缘沿所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的轴向向外突伸，且在所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的端面上布置为靠近所述焊接坡口的径向内侧端部；
第二加强凸缘接收部(103)，所述第二加强凸缘接收部与所述第二加强凸缘(102)在所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的径向上相邻接；
其中，所述第二加强凸缘(102)适于抵靠在另一个待焊接的扬克缸缸段预加工件(2)的第二加强凸缘接收部(203)上，而所述第二加强凸缘接收部(103)适于接收待焊接的扬克缸缸段预加工件(2)的第二加强凸缘(202)，
其中，所述扬克缸缸段预加工件(1)的所述第二加强凸缘(102)与待焊接的扬克缸缸段预加工件(2)的第二加强凸缘(202)在相应的周侧相贴合。
2.根据权利要求1所述的扬克缸缸段预加工件(1,2)，其特征在于，所述焊接坡口设计为适于窄间隙焊接。
3.根据权利要求1所述的扬克缸缸段预加工件(1,2)，其特征在于，所述扬克缸缸段预加工件的第一加强凸缘(101)被构造为适于与待焊接的扬克缸缸段预加工件的第一加强凸缘(201)对接，以使得它们能够被从所述扬克缸缸段预加工件的内侧相互焊接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的扬克缸缸段预加工件，其特征在于，所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的内壁上还具有若干预制槽，所述预制槽能够通过机加工方法加工至扬克缸内部槽的最终尺寸。
5.一种用于制造扬克缸的方法，包括如下步骤：
(a)提供若干如权利要求1至4中任一项所述的扬克缸缸段预加工件(1,2)；
(b)将待焊接的两个所述扬克缸缸段预加工件(1,2)相互连接成扬克缸壳体，使得一个扬克缸缸段预加工件的第二加强凸缘抵靠在另一扬克缸缸段预加工件的第二加强凸缘接收部上；
(c)从壳体内部将两个所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的第一加强凸缘(101,201)相互焊接；
(d)预热两个所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的焊接坡口并从壳体外部相互焊接所述焊接坡口以形成焊缝(3)；
(e)通过机加工方法去除所述扬克缸缸段预加工件(1,2)中的第一加强凸缘(101,201)、第二加强凸缘(102,202)、所述焊接坡口形成的所述焊缝(3)的径向内侧端部区域以及周围材料，直至将两个所述扬克缸缸段预加工件(1,2)的连接处加工至达到扬克缸内部槽的最终尺寸要求；
(f)通过机加工方法去除所述扬克缸壳体及所述焊缝(3)的外表面的多余材料以达到所述扬克缸的外径的最终尺寸要求。
6.根据权利要求5所述的用于制造扬克缸的方法，其特征在于，在所述步骤(d)之后还包括如下步骤：
(g)通过机加工方法将扬克缸缸段预加工件(1,2)中的预制槽加工至达到扬克缸内部槽的最终尺寸要求。
7.根据权利要求5或6所述的用于制造扬克缸的方法，其特征在于，在步骤(d)中，通过窄间隙焊接来焊接所述焊接坡口。
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