CN111957865B - 一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺及应用，包括如下步骤：1）取材，在金属板材上取出椭圆环，获得椭圆环体；2）冷煨变形，将椭圆环冷加工至指定的外径尺寸的圆环，获得圆环体；3）高温成型，将圆环体进行高温成型，使圆环体密度均匀；4）除应力，将圆环体热处理，消除应力，使圆环体硬度均匀。本发明制造的金属骨架，一体成型，实现无焊接技术要求，在螺栓预紧力的作用下与法兰均匀接触，使金属骨架回弹系数保持一致，从而使产品密封性能更高，更稳定，且使用寿命更长。

Description

一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺及应用

技术领域

本发明涉及一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺及应用。

背景技术

大型复合金属密封垫都是由不同的非金属材料与金属材料组合成一体的复合型垫片，其中波齿复合垫片及齿型复合垫片尤为突出，如图1所示，包含了多种类型的密封垫，其内均具有金属骨架，且金属骨架密封厚度的国家标准是0-5mm之间，而密封垫的外径一旦超过2米以上，就很难生产整体件，即：很难生产整体的金属骨架。

经调查，行业内的厂家，在生产外径2米以上的密封垫时，其金属骨架全部采用焊接技术，因为国内外生产板材的技术仅局限在2米宽度的范围内，而且不管是国家GB标准，还是行业HG标准，都没有统一规定其制造要求，有些标准明确指出不允许焊接，而有些标准则表述允许焊接，但是这类允许焊接的标准，同时具有一些限定条件，如：根据外径大小，限制焊接接头的个数，且焊接接头位置需要做折弯测试、无损检测等。

所以，现有的行业内大多数生产厂家，对于制造外径2米以上的金属骨架的具体步骤为：1、取得一段合适长度的金属钢条；2、将金属钢条盘环呈圆环形状；3、在圆环的金属钢条的连接处进行焊接。上述工艺对于焊接的工艺要求、焊接人员的技术要求以及焊接后的检测手段要求极高，大大提高了制造成本与管理成本，所以，通常情况下，金属骨架的焊接部位的质量，普遍存在着质量较低的情况。

但是，大型密封垫片是法兰连接组合密封接头的主要密封元件，它是借助连接螺栓穿过法兰螺栓孔，在螺栓预紧力的作用下对法兰密封面加压紧力，从而填塞住法兰密封面间凹凸不平的微观几何间隙来实现密封的目的。所以，焊接部位质量较低的金属骨架制造而成的密封垫，在实际安装、使用过程中，存在着如下问题：1、由于焊接头没有焊透、过烧等现象，在预紧力的作用下，容易导致焊接接头断裂；2、由于焊接接头没有经过热处理，金属骨架的焊接部位比其他部位的硬度要高出5-10HB，在预紧力的作用下，密封垫片无法满足与法兰面的均匀的接触，从而导致局部泄漏。以上弊端的存在，是由于金属骨架的表面覆盖了一层非金属材料，导致卖家无法对中间的金属骨架质量进行检验。

总之，如何生产出无焊接部位的大型密封垫，是急需解决的工艺难题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是无焊接的、一体制造大型密封垫，提供一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺及应用。

本发明的目的是这样实现的，一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺，包括如下步骤：

1）取材，在金属板材上取出椭圆环，获得椭圆环体；

2）冷煨变形，将椭圆环冷加工至指定的外径尺寸的圆环，获得圆环体；

3）高温成型，将圆环体进行高温成型，使圆环体密度均匀；

4）除应力，将圆环体热处理，消除应力，使圆环体硬度均匀。

进一步地，所述取材，指的是0-10mm厚度的金属板材使用激光切割机取椭圆环体；11-25mm厚度的金属板材使用火焰切割设备取椭圆环体；26mm以上厚度的金属板材使用水刀切割设备取椭圆环体。

进一步地，所述冷煨变形，是指采用冷煨设备对椭圆环进行多次冷加工。

进一步地，所述冷煨设备包括多组微变形定位装置，多组微变形定位装置匹配在椭圆环体的长轴位置，并沿着椭圆环的长轴均匀分布，所述微变形定位装置包括一个内滚轮与两个外滚轮，内滚轮抵压在椭圆环的内壁，外滚轮抵压在椭圆环的外壁，且内滚轮处于两个外滚轮之间；所述内滚轮可沿椭圆环的短轴方向移动微调，外滚轮可沿椭圆环的长轴方向移动微调。

进一步地，所述冷煨设备包括成型定位装置，所述成型定位装置包括一个内主滚轮、两个外主滚轮与两个内副滚轮，内主滚轮、内副滚轮均抵压在椭圆环的内壁，外主滚轮抵压在椭圆环的外壁，且内主滚轮处于两个外主滚轮之间；所述两个内副滚轮处于内主滚轮的两边；所述内主滚轮、内副滚轮可沿椭圆环的短轴方向移动微调，所述外主滚轮可沿椭圆环的长轴方向移动微调。

进一步地，所述两个内副滚轮与两个外主滚轮正对。

进一步地，所述除应力，指的是采用热挤压成型装置对圆环体进行热处理。

进一步地，所述热挤压成型装置包括主定位压轮装置、移动式定位轮装置、第一加热装置、第二加热装置与恒温装置，所述主定位压轮装置包括至少两个驱动轮，至少两个驱动轮均匀的处于圆环体的内壁与外壁，从而带动圆环体朝向移动式定位轮装置方向旋转，所述移动式定位轮装置包括多个移动式定位轮，所述多个移动式定位轮交替的设置在圆环体的内壁与外壁；所述第一加热装置、第二加热装置与恒温装置沿着圆环体的旋转方向依次排列。

进一步地，所述第一加热装置的加热温度为0-200℃；所述第二加热装置的加热温度为0-500℃；所述恒温装置的加热温度为0-800℃。

本发明通过主要改进以下几点来达到“无焊接制造大型密封垫的金属骨架”的目的：

取材->冷煨->高温成型->去应力，为大密封垫的金属骨架创造无焊接制造的条件

（1）取材（详细交代下取出椭圆环体的过程）

（2）逐级配合做到渐渐成型

椭圆环体到圆环体，冷煨至少分为两个阶段，第一步，通过多组微变形定位装置，均匀的设置在椭圆环体上，从而对椭圆环体进行微变形，趋近于圆环体；第二步，通过成型定位装置，对趋近于圆环体的椭圆环体再次进行冷煨加工，从而使得椭圆环体成为指定直径的圆环体。

（3）去应力的同时，保证圆环体形态

通过主定位压轮装置以及移动式定位轮保持圆环体不变形，在依次对圆环体200℃、500℃以及800℃的加热，从而完成去应力过程，使圆环体硬度均匀。

若金属骨架采用焊接工艺生产制造，需要高焊接工艺要求、焊接人员的高技术要求、对焊接点的高检测手段，这使得金属骨架的制造成本大大提高，产品价值下降，企业发展受到大大阻碍，所以一般生产厂家不会严格控制焊接部位的质量。

因此，本发明通过逐级配合变形以及高温成型、热处理的共同作用，实现无焊接制造金属骨架的目的，在降低生产成本的同时，也保证了金属骨架的质量与强度。

本发明充分利用了冷煨的技术特点，采用逐级变形的方式，最终完成圆环体的成型，工艺流程短，无焊接点，为我国大型密封垫的制造行业产品的转型开辟了新的途径。

附图说明

图1是本发明背景技术中的各个大型符合金属密封垫的种类；

图2是本发明大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺的多组微变形定位装置的结构示意图；

图3是本发明大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺的成型定位装置的结构示意图；

图4是本发明大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺的热挤压成型装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

请参阅图2至图4，本发明提供一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺，包括如下步骤：

1)取材，根据金属板材厚度的不同，我们采取不同高度取材方式，0-10mm厚度的金属板材使用激光切割机取椭圆环体；11-25mm厚度的金属板材使用火焰切割设备取椭圆环体；26mm以上厚度的金属板材使用水刀切割设备取椭圆环体。

2)冷煨变形，将椭圆环冷加工至指定的外径尺寸的圆环，获得圆环体；

3)高温成型，采用热挤压成型装置对圆环体进行热处理，使圆环体密度均匀；根据不同的材质有对应的热处理温度，不锈钢温度应该在800℃左右，优质碳素结构钢应该在500℃左右，低合金钢应该在700℃左右，其他特殊根据材料本身特性而定。

4)除应力，将圆环体热处理，消除应力，使圆环体硬度均匀。

具体的，以生产外径超过2m的金属骨架为例，我们在板材上取出短轴为2m，长轴为3m的椭圆环体1，接着，将椭圆环体1放置在具有多组微变形定位装置2的冷煨设备上，每组微变形定位装置2包括一个内滚轮3与两个外滚轮4，内滚轮3对椭圆环体1长轴的内壁具有向外的撑力，而两个外滚轮4抵压在椭圆环体1的外壁，且分别处于内滚轮3的两侧，另外，两个外滚轮4与内滚轮3之间的间距为可变，所以，当内滚轮3对椭圆环体1的内壁向外挤压时，则两个外滚轮4分别向左向右微调移动，从而远离内滚轮3，从而为椭圆环体1的长轴部分的形变提供条件，而不会导致类似折弯的过度形变的情况发生，我们称之为冷煨微变形。

我们将冷煨微变形后的椭圆环体1取出，放置在成型定位装置上，成型定位装置上的一个内主滚轮5、两个内副滚轮6的相对位置为固定，而两个外主滚轮7处于两个内副滚轮6的正下方，当一个内主滚轮5、两个内副滚轮6同步向外挤压椭圆环体1的内壁时，则两个外主滚轮7分别向左、向右移动，从而使得将处于成型定位装置上的这段椭圆形圆弧段成为圆形的圆弧，以此类推，每段经过此成型定位装置的椭圆形圆弧段，都形成了统一圆弧弧度的圆弧线段，从而形成了整圆圆环体14。

以上采用椭圆环渐变呈圆环的工艺流程，是因为市面上的板材通常是长方形结构，目前，正常的板材的尺寸是2m宽，3m长，在宽度上，目前的板材制造设备，至多是2m，而长度上，可以做到无限长，所以，取出的椭圆环的短轴具有限制，而长轴可无限大。

在除应力过程中，应用到了热挤压成型装置，包括主定位压轮装置8、移动式定位轮装置9、第一加热装置10、第二加热装置11与恒温装置12，所述主定位压轮装置8包括至少两个驱动轮13，至少两个驱动轮13均匀的处于圆环体14的内壁与外壁，从而带动圆环体14朝向移动式定位轮装置9方向旋转，所述移动式定位轮装置9包括多个移动式定位轮15，所述多个移动式定位轮15交替的设置在圆环体14的内壁与外壁；所述第一加热装置10、第二加热装置11与恒温装置12沿着圆环体14的旋转方向依次排列。

进一步地，所述第一加热装置10的加热温度为0-200℃；所述第二加热装置11的加热温度为0-500℃；所述恒温装置12的加热温度为0-800℃。

另外，第一加热装置10、第二加热装置11采用喷火枪进行加热，而恒温装置12采用恒温电阻炉。

具体的，主定位压轮装置的至少两个驱动轮对圆环体具有驱动作用，即：圆环体可绕自身轴线旋转，这样，圆环体的每一个位置都能经过第一加热装置、第二加热装置与恒温装置，且可实现匀速旋转，对于圆环体的每一个位置都能做到均匀的热处理，为了保证圆环体旋转的稳定性，特别增加了多个移动时定位轮。

以上对本发明实施例所提供的大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明所揭示的技术方案；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本发明的限制。

Claims (7)

1.一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺，其特征在于：包括如下步骤：

1）取材，在金属板材上取出椭圆环，获得椭圆环体；

2）冷煨变形，将椭圆环体冷加工至指定的外径尺寸的圆环，获得圆环体；所述冷煨变形，是指采用冷煨设备对椭圆环体进行多次冷加工，所述冷煨设备包括多组微变形定位装置，多组微变形定位装置匹配在椭圆环体的长轴位置，并沿着椭圆环体的长轴均匀分布，所述微变形定位装置包括一个内滚轮与两个外滚轮，内滚轮抵压在椭圆环体的内壁，外滚轮抵压在椭圆环体的外壁，且内滚轮处于两个外滚轮之间；所述内滚轮可沿椭圆环体的短轴方向移动微调，外滚轮可沿椭圆环体的长轴方向移动微调；

3）高温成型，将圆环体进行高温成型，使圆环体密度均匀；

4）除应力，将圆环体热处理，消除应力，使圆环体硬度均匀。

2.根据权利要求1所述的一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺，其特征在于：所述冷煨设备包括成型定位装置，所述成型定位装置包括一个内主滚轮、两个外主滚轮与两个内副滚轮，内主滚轮、内副滚轮均抵压在椭圆环体的内壁，外主滚轮抵压在椭圆环体的外壁，且内主滚轮处于两个外主滚轮之间；所述两个内副滚轮处于内主滚轮的两边；所述内主滚轮、内副滚轮可沿椭圆环体的短轴方向移动微调，所述外主滚轮可沿椭圆环体的长轴方向移动微调。

3.根据权利要求2所述的一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺，其特征在于：所述两个内副滚轮与两个外主滚轮正对。

4.根据权利要求1所述的一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺，其特征在于：所述除应力，指的是采用热挤压成型装置对圆环体进行热处理。

5.根据权利要求4所述的一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺，其特征在于：所述热挤压成型装置包括主定位压轮装置、移动式定位轮装置、第一加热装置、第二加热装置与恒温装置，所述主定位压轮装置包括至少两个驱动轮，至少两个驱动轮均匀的处于圆环体的内壁与外壁，从而带动圆环体朝向移动式定位轮装置方向旋转，所述移动式定位轮装置包括多个移动式定位轮，所述多个移动式定位轮交替的设置在圆环体的内壁与外壁；所述第一加热装置、第二加热装置与恒温装置沿着圆环体的旋转方向依次排列。

6.根据权利要求5所述的一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺，其特征在于：所述第一加热装置的加热温度为0-200℃；所述第二加热装置的加热温度为0-500℃；所述恒温装置的加热温度为0-800℃。

7.根据权利要求1所述的一种大型密封垫金属骨架无焊接技术制造工艺，其特征在于：所述取材，指的是0-10mm厚度的金属板材使用激光切割机取椭圆环体；11-25mm厚度的金属板材使用火焰切割设备取椭圆环体；26mm以上厚度的金属板材使用水刀切割设备取椭圆环体。

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