CN111570966B - 一种火焰喷焊用的大功率重熔圈及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种火焰喷焊用的大功率重熔圈，包括：熔圈环、喷嘴、冷却管路、混合气体管路、燃气接头、氧气接头、气体控制总阀和保护管；氧气瓶通过软管与氧气接口相连，燃气瓶通过软管与燃气接口相连，两种气体通过燃气控制阀、氧气控制阀来调整气体流量。通过气体控制总阀进入到混合气体管路中，最后输送到气体流量腔中，通过喷嘴喷射燃烧；冷却管路一端与冷却水箱相连，通过进水口进入到重熔圈环内部的环形冷却水流量腔中，再由出水孔流出，形成闭环冷却水路；工件安置在重熔圈环1内部并自行进行旋转，重熔圈环根据重熔效果沿着工件做横向移动，完成整个工件的重熔过程。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造及焊接技术领域，具体而言，尤其涉及适用于对金属表面自熔合金涂层进行重熔处理，实现涂层与基体的冶金结合的一种火焰喷焊用重熔圈。
背景技术
目前，钢铁冶金行业中的热轧层流输送辊道及卷曲机的过桥辊道等受到高温冲击及磨损的共同作用下，辊子整体使用周期短。通过采用表面喷焊自熔合金涂层，保证辊面具有耐热疲劳性能和高温红硬性。在现有技术中，一般采用火焰重熔、感应重熔、激光熔覆等方式获得涂层与基体的冶金结合。其中火焰重熔功率对重熔效果影响很大，原采用小型单头重熔枪，火焰非常集中，加热均匀性差，效率低，只能对小型零件进行加热重熔，无法实现大型零件的重熔控制。感应重熔一般采用高频加热器，由外及内对涂层进行加热熔化，基体不加热，这种方法要求涂层厚度非常严格，且对高频电源稳定性和精度要求高。激光熔覆是利用高能密度的激光束所产生的快速熔凝过程，在基材表面形成于基体相互融合的、具有完全不同成分与性能的合金覆层，但激光熔覆时加热和冷却的速度极快，熔覆层和基体材料的温度梯度和热膨胀系数差异大，可能在熔覆层中产生气孔、裂纹、变形和表面不平度等多种缺陷，无法满足高硬度材料的熔覆要求。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种火大功率、加热均匀，操作简单、可调节的火焰重熔圈，有效地解决了火焰喷焊重熔过程中气体流量控制差、工件表面受热不均、能源利用率低、人为因素干扰等问题。
本发明采用的技术手段如下：
一种火焰喷焊用的大功率重熔圈，包括：重熔圈环、喷嘴、冷却管路、混合气体管路、燃气接头、氧气接头、气体控制总阀和保护管；
在重熔圈环的外径方向上设有气体流量腔，分为外腔和内腔，由混合气体管路与重熔圈体进气孔连接而成，在外腔和内腔的结合处设有气体平衡流量分配器，外腔表面密封；
重熔圈环的两端设有环形冷却水流量腔、进水孔和出水孔，进水孔和出水孔与冷却管路相连，环形冷却水流量腔表面密封；
在重熔圈环内径方向上设有多个均匀分布的燃烧喷嘴孔，燃烧喷嘴孔与喷嘴通过钎焊焊接在一起，冷却管路和混合气体管路的外表面用保护管进行包围固定；
气体平衡流量分配器，经过气体控制总阀将可燃气体与助燃气体以一定比例进行混合，并通过混合气体管路送至重熔圈环的气体流量腔的外腔中；通过气体平衡流量分配器进入内腔，然后通过喷嘴流出进行燃烧；在气体平衡流量分配器上分布一些φ2-2.5mm的通气孔，相邻直径的通气孔的距离由近及远呈等差数列排序，其直径也由小到大分段进行分布；
喷嘴，采用能量集中的高速环形喷嘴结构，由收缩段、喉道和扩散段三部分组成，三段交接处采用半径递减的圆滑过渡形式，将气体流量腔的混合气体通过喷嘴的压缩和扩张效应高速喷出，在喷嘴2外壁设有环形凸台的结构设计，便于喷嘴与重熔圈环安装定位，同时采用火焰钎焊进行焊接固定。
一种火焰喷焊用的大功率重熔圈的装配方法，包括以下步骤：
步骤一，氧气瓶通过软管与氧气接头相连，燃气瓶通过软管与燃气接头相连，两种气体通过燃气控制阀、氧气控制阀来调整气体流量；
步骤二，通过气体控制总阀进入到混合气体管路中，最后输送到气体流量腔中，通过喷嘴喷射燃烧；
步骤三，冷却管路一端与冷却水箱相连，通过进水孔进入到重熔圈环内部的环形冷却水流量腔中，再由出水孔流出，形成闭环冷却水路；
步骤四，工件安置在重熔圈环内部并自行进行旋转，重熔圈根据重熔效果沿着工件做横向移动，完成整个工件的重熔过程。
较现有技术相比，本发明有效地解决了火焰喷焊重熔过程中气体流量控制差、工件表面受热不均、能源利用率低、人为因素干扰等问题，降低了劳动作业强度和生产成本，提升产品质量等优点。工件重熔时镜面反应明显，镜面宽度可控，重熔后涂层表面平整，无裂纹，特别适合大型轧辊类环形零件的表面处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是重熔圈整体结构示意图；
图2是重熔圈环结构示意图；
图3是气体平衡流量分配器示意图；
图4是气体流量控制阀示意图；
图5是重熔圈喷嘴结构示意图；
图6是重熔圈整体使用示意图；
图中：
1、重熔圈环；2、喷嘴；3、冷却管路；4、混合气体管路；5、燃气接头；6、氧气接头；7、气体控制总阀；8、保护管；9、气体流量腔；10、环形冷却水流量腔；11、重熔圈体进气孔；12、进水孔；13、出水孔；14、燃烧喷嘴孔；15、气体平衡流量分配器；16、燃气控制阀；17、氧气控制阀；18、收缩段；19、喉道；20、扩散段；21、氧气瓶；22、燃气瓶；23、冷却水箱；24、工件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种火焰喷焊用的大功率重熔圈，包括：重熔圈环1、喷嘴2、冷却管路3、混合气体管路4、燃气接头5、氧气接头6、气体控制总阀7和保护管8；
(1)重熔圈环1，如图2所示。
材质为铬锆铜材料，通过整体锻压制作而成。在重熔圈环1的外径方向上设有气体流量腔9，分为外腔和内腔，由混合气体管路4与重熔圈体进气孔11连接而成，在外腔和内腔的结合处设有气体平衡流量分配器15，外腔表面采用钎焊进行密封。
重熔圈环1的两端设有环形冷却水流量腔10、进水孔12和出水孔13，进水孔12和出水孔13与冷却管路3相连，环形冷却水流量腔10表面采用钎焊进行密封。
在重熔圈环1内径方向上设有多个均匀分布的燃烧喷嘴孔14，喷嘴孔14与喷嘴2通过钎焊焊接在一起，保证燃烧气体与工件能够进行快速均匀加热。
重熔圈环1的规格尺寸主要由所需加热工件的尺寸而定，一般情况下主要应用直径范围为200-350mm之间。
为保证冷却管路3和混合气体管路4在使用过程中磕碰变形及破损，故在其外表面用不锈钢管8进行包围固定。
(2)气体平衡流量分配器15，如图3所示。经过流量控制阀7将可燃气体与助燃气体以一定比例进行混合，并通过混合气体管路4送至重熔圈环1的气体流量腔9的外腔中。通过气体平衡流量分配器15进入内腔，然后通过喷嘴2流出进行燃烧。为保证气体混合均匀，压力和流量稳定，在气体平衡流量分配器15上分布一些φ2-2.5mm的通气孔，相邻直径的通气孔的距离由近及远呈等差数列排序，其直径也由小到大分段进行分布。
(3)喷嘴，如图5所示。采用能量集中的高速环形喷嘴结构，由收缩段18、喉道19和扩散段20三部分组成，三段交接处采用半径递减的圆滑过渡形式，将气体流量腔9的混合气体通过喷嘴的压缩和扩张效应高速喷出，从而保证气体的功率满足使用要求。在喷嘴外壁设有环形凸台的结构设计，便于喷嘴与重熔圈环安装定位，同时采用火焰钎焊进行焊接固定。
实施步骤和方法：
如图6所示，氧气瓶21通过软管与氧气接头6相连，燃气瓶22通过软管与燃气接头5相连，两种气体通过燃气控制阀16、氧气控制阀17来调整气体流量(装配结构如图4所示)。通过气体控制总阀7进入到混合气体管路4中，最后输送到气体流量腔9中，通过喷嘴2喷射燃烧。
冷却管路3一端与冷却水箱23相连，通过进水孔12进入到重熔圈环1内部的环形冷却水流量腔10中，再由出水孔13流出，形成闭环冷却水路。
工件24安置在重熔圈环1内部并自行进行旋转，重熔圈环1根据重熔效果沿着工件做横向移动，完成整个工件的重熔过程。
通过上述实施方案，以热轧层流辊道为例，列举该实例的主要参数如下：
工件直径：Φ300
工件长度：2300mm；
工件转速：30～40r/min
重熔圈移动速度：50～60mm/min
重熔圈移动定位精度：±0.3mm
最高加热温度：1650℃
温度控制精度：±0.1℃
丙烷流量：500～700L/min
氧气流量：600～900L/min
丙烷流量控制精度：±0.2L/min
氧气流量控制精度：±0.2L/min
冷却水压力控制：0.5-1MPa。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (2)
1.一种火焰喷焊用的大功率重熔圈，其特征在于，包括：
重熔圈环(1)、喷嘴(2)、冷却管路(3)、混合气体管路(4)、燃气接头(5)、氧气接头(6)、气体控制总阀(7)和保护管(8)；
在重熔圈环(1)的外径方向上设有气体流量腔(9)，分为外腔和内腔，由混合气体管路(4)与重熔圈体进气孔(11)连接而成，在外腔和内腔的结合处设有气体平衡流量分配器(15)，外腔表面密封；
重熔圈环(1)的两端设有环形冷却水流量腔(10)、进水孔(12)和出水孔(13)，进水孔(12)和出水孔(13)与冷却管路(3)相连，环形冷却水流量腔(10)表面密封；
在重熔圈环(1)内径方向上设有多个均匀分布的燃烧喷嘴孔(14)，燃烧喷嘴孔(14)与喷嘴(2)通过钎焊焊接在一起，冷却管路(3)和混合气体管路(4)的外表面用保护管(8)进行包围固定；
所述气体平衡流量分配器(15)，经过气体控制总阀(7)将可燃气体与助燃气体以一定比例进行混合，并通过混合气体管路(4)送至重熔圈环(1)的气体流量腔(9)的外腔中；通过气体平衡流量分配器(15)进入内腔，然后通过喷嘴(2)流出进行燃烧；在气体平衡流量分配器(15)上分布一些φ2-2.5mm的通气孔，相邻直径的通气孔的距离由近及远呈等差数列排序，其直径也由小到大分段进行分布；
喷嘴(2)，采用能量集中的高速环形喷嘴结构，由收缩段(18)、喉道(19)和扩散段(20)三部分组成，三段交接处采用半径递减的圆滑过渡形式，将气体流量腔(9)的混合气体通过喷嘴(2)的压缩和扩张效应高速喷出，在喷嘴(2)外壁设有环形凸台的结构设计，便于喷嘴(2)与重熔圈环(1)安装定位。
2.根据权利要求1所述的一种火焰喷焊用的大功率重熔圈的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，氧气瓶(21)通过软管与氧气接头(6)相连，燃气瓶(22)通过软管与燃气接头(5)相连，两种气体通过燃气控制阀(16)、氧气控制阀(17)来调整气体流量；
步骤二，通过气体控制总阀(7)进入到混合气体管路(4)中，最后输送到气体流量腔(9)中，通过喷嘴(2)喷射燃烧；
步骤三，冷却管路(3)一端与冷却水箱(23)相连，通过进水孔(12)进入到重熔圈环(1)内部的环形冷却水流量腔(10)中，再由出水孔(13)流出，形成闭环冷却水路；
步骤四，工件(24)安置在重熔圈环(1)内部并自行进行旋转，重熔圈环(1)根据重熔效果沿着工件做横向移动，完成整个工件的重熔过程。
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