CN113427219B - 一种大型钢制扬克烘缸的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于造纸烘缸技术领域，具体的说是一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，切割厚钢板下料缸体板、缸盖板和中心固定器板，缸盖板预开人孔；圆钢下料，锻车组合制造轴头；将缸体板和中心固定器板卷制成圆筒形；将卷制钢筒接头处焊接起来；将两片半圆环形缸盖板对接制成圆环形缸盖；中间固定器连接耐磨处理过的轴头制成芯轴；削去焊接余高并加工导流槽；在缸盖外表面钻出螺纹沉孔；将缸盖组对焊接在缸体两侧，随后再次机加工缸体，削去环形焊缝余高，冷却后施加螺栓固定；螺栓连接安装人孔盖；水压试验检测烘缸质量；精细加工。通过上述过程，可以成功制造出大型钢制扬克烘缸，且具有焊缝强韧、疲劳强度高、轴头耐磨性好等优点。

Description

一种大型钢制扬克烘缸的制造方法

技术领域

本发明涉及造纸烘缸技术领域，尤其是一种大型钢制扬克烘缸的制造方法。

背景技术

烘缸，是当前造纸业必备的干燥辊压工具，通过内部通入的蒸汽液化放热来烘干纸张。受限于工作原理，烘缸在使用中承受着巨大的蒸汽压应力、热膨胀弹性应力和交变压应力；此外，由于烘缸轴头部分工作温度高、烘缸自重大，在运行过程中极易造成轴头的磨损直至配合失效，随着国内市场和出口需求的上涨，造纸行业对扬克烘缸的幅宽、寿命和极限车速提出了更高的要求，等同于对烘缸制造过程中产生的焊缝及热影响区的强韧性、疲劳强度和轴头耐磨性，提出了更高要求；

当前我国某些企业已初步掌握了以焊接为主要手段的钢制扬克烘缸的制造方法，但在焊材和焊接工艺的选取上仍存在不足，具体表现为如下方面： ①大型缸体直焊缝属于超厚板对接焊缝，若焊接参数及工艺选择不合理，会造成反面未焊透或焊瘤现象严重，需要整板翻身后工人清根再反面施焊。生产效率低、安全性差；

②大型烘缸的坡口必须多层多道填充，生产单位过分追求效率而忽视了熔敷金属表面处理工序，导致层内夹渣现象，显著降低烘缸在高温、高压、高频交变应力作用下的疲劳强度，也即是降低了烘缸的使用寿命；

③有些厂商过分追求熔敷速度，采用大线能量粗焊丝，又没有对应的预热、后热处理工序，多层累积导致了严重的焊接应力叠加问题。造成板件变形、微裂纹，是下线质检不合格和使用中漏气失效的根本原因；

④对于缸盖角接头，形式不合理，会不能完全熔合，虽说密封性好于螺栓连接，但承压能力低下；焊后处理不当，造成角接头位置严重的应力集中，高压工况下有安全隐患；

例如 CN 101641475A 公开了一种将缸体与缸盖通过所谓双焊缝焊接组合的扬克式烘缸，外侧焊缝具有所谓U形横截面，内侧坡口为所谓K形，这种坡口形式缺乏预装配对中设计，在实际生产过程中，缸盖和缸体在不均匀焊接热作用下容易出现不均匀变形，导致错边，为此，需要在缸盖和缸体连接位置设计对中结构，起到焊前预装配、焊中防止缸盖径向窜动的作用，从而提高生产成品率。

综上所述，若能选用合适的焊接方法和材料，提出可行的工艺流程，设计合理的对中结构，最终实现制造出大型钢制扬克烘缸，且具备焊接过程中少翻身、接头致密均匀无裂纹、疲劳强度高和轴头耐磨性强等优点，将提高我国造纸企业的生产效率，降低检修频次，具备重要的经济意义。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，用以向我国造纸行业提供一种体积大、质量好、寿命长的钢制扬克烘缸。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明通过如下技术方案予以实现：

一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：下料；①切割厚钢板得到缸体板、半圆环形缸盖板、人孔盖和中心固定器板，缸盖板上预开人孔。②圆钢下料，锻车组合制造轴头基体；

步骤二：卷板；使用超大型卷板机将缸体板和中心固定器板卷制成圆筒形；

步骤三：焊接直焊缝；①运用本发明提供的方法，将卷制圆筒接头处连接起来，在烘缸缸体形成直焊缝A，在中心固定器形成直焊缝B。②运用本发明提供的方法，将两片半圆环形缸盖板对接制成圆环形缸盖，形成对接焊缝。

步骤四：耐磨处理；运用本发明提供的方法，在轴头基体表层熔敷耐磨合金；

步骤五：初次机加工；①对于烘缸缸体：使用大型车床粗车缸体内外表面，削去焊缝余高，最后在内表面加工冷凝水导流槽。②对于缸盖：先铣平内外表面，再使用大型钻床在外表面围绕着人孔和中心固定器装配孔钻出螺纹沉孔。③对于中心固定器，使用大型钻床钻出通孔，力求通孔均匀分布；

步骤六：组对焊接；①将缸盖固定在缸体两侧，运用本发明提供的方法分别焊接外、内两道环形焊缝（A、B），焊后需要消应力退火处理。②将轴头固定在中心固定器两侧，运用本发明提供的方法焊接形成环形焊缝C，制成芯轴；

步骤七：再次机加工；使用大型车床精车焊后缸体外表面，以削去环形焊缝余高、降低缸体外表粗糙度。

步骤八：装配；①热套装配缸体与芯轴，冷却后施加螺栓固定。②常温下即可施工安装人孔盖、旋入紧固螺栓等；

步骤九：质量检测；使用水压试验的方法，判定当前扬克烘缸半成品是否满足设计需求；

步骤十：精细加工；精磨缸体外表面，必要时采取镜面抛光或镜面喷涂等手段，提高缸体外表面光洁程度；

步骤十一：后续加工；如动平衡矫正、进一步修饰外表面和喷漆等。

进一步地，步骤一使用的厚钢板是Q345R钢板，正火或热轧态供货，使用厚度与制造的扬克烘缸尺寸有关，选用范围100~200mm，缸盖板与缸体厚度相同，中心固定器板厚度是缸体板的1/2~1/3。制造轴头采用的是16Mn锻钢。

进一步地，步骤一切割半圆环形的缸盖板，是为了减少加工废料、节约制造成本，倘若条件允许也可以直接切割圆环形钢板。

进一步地，直焊缝A的获得方法如下所述：

①开坡口，用气割或刨边的方法，在钢板上开出带钝边的V形坡口，要求夹角40°±5°，开口朝向缸体内部，钝边0~4mm，接头间隙1~3mm；

②安装导轨架设埋弧焊焊接小车；铺设加热管道，燃焰口正对坡口中线；在坡口下表面安装衬垫，并在打底焊后立即拆除；

③准备焊接材料，包括如下内容：

埋弧焊丝，H10Mn2，直径5mm，外表镀铜。使用前仔细擦净表面，去除油污和水渍；

埋弧焊剂，SJ101，使用前300~350℃烘干2小时，筛网去除结块部分；

生产使用上述焊材以前，务必仔细检查S、P元素含量，避免出现焊接热裂纹；

④预热和后热，启动加热装置，加热焊缝到250℃保温2~3小时，焊接过程中停止加热，每道焊完后空冷至250℃以下再脱渣，而后启动加热设备在200℃保温2小时，确保层间温度200℃以上。盖面焊完成后进行后热处理，焊缝整体加热至200℃左右，保温3~4小时。不仅可以消氢，还能降低焊接热应力，防止发生严重变形；

⑤施焊和脱渣：在打底焊道，调节焊接电流520~560A，电弧电压25~30V，电源极性直流反接；在填充和盖面焊道，调节焊接电流550~590A，电弧电压28~32V，电源极性直流反接；

由于缸体使用的板厚度和长宽尺寸超大，传统开X形坡口双面施焊的方法将需要配套大型起重设备，施工困难且危险，所以本申请采用单面焊双面成型的工艺，打底焊时直接焊透并借助衬垫在反面成形；

脱渣时，先轻敲渣壳使之脱落，再敲击焊趾部位和周围母材以舒缓焊接应力，最后手持砂轮机打磨焊缝使之光亮，确保熔渣完全脱去、层间不夹渣，可以提高熔敷金属的疲劳强度；

重复上述步骤④、⑤直至坡口被完全填满。

进一步地，直焊缝B的形成方法与直焊缝A类似，区别仅限：使用焊丝直径改为4mm，参数改为：在打底焊道，调节焊接电流420~470A，电弧电压28~33V，电源极性直流反接；在填充和盖面焊道，调节焊接电流450~500A，电弧电压30~35V，电源极性直流反接。

进一步地，对接焊缝的形成方法与直焊缝A完全相同。

进一步地，耐磨处理过程如下详述：

①准备焊材；选用1Cr13马氏体不锈钢焊条，焊芯直径4mm，低氢碱性药皮，使用前300℃烘干2小时；

②准备基体母材；手持砂轮机打磨轴头基体与轴承配合段，露出金属光泽即可，切忌过量打磨；

③调节焊接参数为：焊接电流120A，电弧电压35~45V，电源极性直流反接，道间重叠1/2，在轴头表面均匀熔敷一层马氏体不锈钢；

④机加工；先粗车提高外表圆柱度，再精车，使轴头尺寸符合设计要求。

基体材料锻钢16Mn室温中可焊性良好，但温度低于10℃仍需预热，具体方法是同轴放置轴头与感应线圈，感应加热至200℃保温至少2小时，加热频率50~60HZ，移开感应线圈后迅速施焊，避免降温削弱预热效果。

进一步地，步骤六中消应力退火处理的方法，是将焊后缸体投入300℃的热处理回火电炉中，以不高于100℃/h的速度加热到550℃，保温至少4h。随后以100~150℃/h速度炉冷至300℃以下，开炉空冷至室温。

进一步地，环形焊缝A的形成方法如下所述：

①开坡口；使用刨边的方法开在缸体外表开U形坡口，深度1/2δ±2mm（δ意为缸体板厚度），根部圆弧直径约20mm，坡口张角10°~15°，缸体上留下厚越4mm钝边，自成定位环；

使用大型车床车削缸盖内表面。形成与定位环对应的组对槽；

②架设埋弧焊焊接设备，铺设加热设备，燃焰管呈圆弧形布置，与环形焊缝A同心，加热范围100°~120°；

③准备焊材；种类与直焊缝A中类似，仅将焊丝直径改为4mm；

④预热和后热处理；温度控制与直焊缝A中完全一致，加热时同步让缸体发生转动，使焊缝各位置受到均匀加热；

⑤施焊和脱渣；与直焊缝B中完全一致。

进一步地，环形焊缝B、C的形成方法基本一致，如下详述：

①用刨边或车削的方法开单边J形坡口，留3~5mm钝边，根部圆弧半径约10mm，张角5~10°；

②准备焊材；由于环形焊缝B、C位置受周围构件干涉，采用焊条电弧焊的方法进行焊接，焊条焊芯；直径4mm的H10Mn2，低氢碱性药皮,并在药皮中适当添加锰铁，施焊前焊条需要300℃烘干1~2小时；

③调节焊接参数为，焊接电流160~170A，电弧电压20~25V，电源极性直流反接，道间重叠1/2。填满环形焊缝B、C处坡口，注意盖面时尽可能与周边构件平滑过渡，出现毛刺、高突、气孔等缺陷需要手持砂轮机磨去。

进一步地，步骤八所述的热套装配，在热处理回火电炉中加热缸体到200℃左右，趁热组装缸体与芯轴，冷却后加螺栓固定，缸体和芯轴在常温下应为过盈配合，确保二者紧密贴合。

进一步地，步骤九所述的水压试验，通过检测的标准是：①在加压过程中未出现异常声响、无渗漏；②试验结束后在焊缝上未出现水滴、水雾，整个扬克烘缸无塑性变形出现。

进一步地，对于各环焊缝需注意：①焊接环形焊缝A时，将缸体置于滚轮架上，用缸体滚动代替焊接小车运行，缸体外表线速度即为焊接速度；②填充内侧环焊缝B时切勿启动加热设备，避免引发安全事故；③就施工顺序而言，焊接内外两道焊缝时，先水平放置缸体，完成环形焊缝A的填充，再将缸体固定在倾斜滚轮架上，完成内侧环形焊缝B填充。

进一步地，若烘缸未能通过水压试验，只可采取挖补的方法修理。即挖去焊缝中存在缺陷的位置，填充新的熔敷金属，重新进行检测。

（三）有益效果

本发明提供一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，具备如下有益效果：

①本发明合理选用缸体和轴头的材料。其中缸体用Q345R，轴头用锻钢16Mn，在工作温度中这两种材料的线膨胀系数基本一致，既保证了缸体的密封性，又不至于产生额外的压应力，且16Mn可焊性良好，耐磨处理过程中不易产生裂纹；

②本发明选用带衬垫的埋弧焊为核心焊接工艺，搭配合理的焊接参数。在焊接缸体直焊缝和缸盖板焊缝时可以做到单面焊双面成形，避免了厚板焊接领域常用的双面焊工艺带来的工序繁琐；

③本发明对焊前焊材的处理、焊后脱渣的方式提出了严格的要求，有效防止了焊接冷热裂纹和氢致延迟开裂的发生，提升了工厂的成品率，严格避免夹渣可以提高焊缝的疲劳强度，延长烘缸的使用寿命；

④本发明选用合理的预热、后热温度，保证层间温度200℃以上，可以削弱焊接热应力，防止大面积板件的焊接变形。焊材韧性好，焊后可以放心空冷，无需覆盖保温材料，从而避免在热影响区出现粗大组织和脆性相。保证了焊接区承受高温、高压而不优先于缸体母材发生破坏的能力；

⑤本发明选择双侧单面U形坡口（或称为J形坡口）为缸体角接头形式，保证了缸体和缸盖的完全熔合，在保证板材合格的前提下，这种接头承载能力强，两侧填充金属量相近，应力对称分布可部分相互抵消，降低了由缸盖处漏气的风险；

⑥本发明选用单边J形坡口为中心固定器坡口的主要形式，具有耗费焊材少、填充效率高，焊后应力均匀分布等优点；

⑦本发明创新性地在轴头表面熔敷耐磨合金，延长了轴头使用寿命，降低了停机检修频次。

附图说明

图1是本发明工艺流程示意图

图2是运用本发明制造的大型钢制扬克烘缸结构示意图

图3是环形焊缝A、B坡口示意图

图4是平放焊与倾斜焊内侧焊缝填充金属量对比示意图

图5是轴头示意图

图6是直焊缝A示意图

图7是焊接过程中热处理温度曲线

图8是加衬垫的单面焊双面成形示意图

图9是消应力退火温度曲线

图10是环形焊缝C坡口示意图

图中，1：缸体；2：环焊缝；3：缸盖；3-1：前置缸盖；3-2：后置缸盖；4：芯轴；4-1：前端轴头；4-2：中心固定器；4-3：后端轴头；5：人孔盖；6：人孔；7：局部放大示意图，即是图4（b）；8：虹吸管；9：第一卸力槽；10：环形焊缝A坡口；11：环形焊缝B坡口；12：第二卸力槽；13：耐磨合金层；14：锻钢基体；15：轴承；16：导电嘴；17：普通焊剂；18：石棉布；19：热固性焊剂；20：玻璃纤维布；21：打底焊熔敷金属；22：轴头；23：中心固定器；24：定位环；25-组对槽。

说明：如图7所述的焊接热处理温度曲线，由于焊接过程中温度极高（1000~2000℃），且焊接次数多，在图中仅描述第一和最后一次焊接，热输入过程省略，用虚线替代。

具体实施方法

参照图1-10对本发明提供的一种大型钢制烘缸的制造方法的实例作进一步说明。需要注意的是，下述实例仅为了更清晰地描述本发明提供的的技术方案，而不可用于限定本发明保护的范围。

实施例1：

为了得到如图2所示的直径18英尺（约6.26m）的大型扬克烘缸，采用本发明提供的方法进行制造，工艺流程如图1所示，过程如下：

一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：下料；①切割超厚钢板得到缸体板、半圆环形缸盖板、人孔盖和中心固定器板；②圆钢下料，锻车组合制造轴头基体；

优选地，钢板材制Q345R，热轧态供货。缸体板和缸盖板厚度120mm，中心固定器板厚度60mm。轴头材制优选锻钢16Mn。

步骤二：卷板；使用超大型卷板机将缸体板和中心固定器板卷制成圆筒形；

步骤三：直线焊接；①运用本发明提供的方法，将卷制圆筒接头处连接起来，在烘缸缸体形成直焊缝A，在中心固定器形成直焊缝B。②运用本发明提供的方法，将两片半圆环形缸盖板对接制成圆环形缸盖，形成对接焊缝；

步骤四：耐磨处理；运用本发明提供的方法，在轴头基体表层熔敷耐磨合金，处理后的轴头如图5所示；

步骤五：初次机加工；①对于烘缸缸体：使用大型车床粗车缸体内外表面，最后在内表面加工冷凝水导流槽；②对于缸盖：先铣平内外表面，再切割人孔，最后使用大型钻床在外表面钻出螺纹沉孔；③对于中心固定器，使用大型钻床钻出通孔，力求通孔均匀分布；

步骤六：组对焊接；①将缸盖固定在缸体两侧，运用本发明提供的方法分别焊接外、内两道环形焊缝（A、B），缸体焊后需要消应力退火处理；②将轴头固定在中心固定器两侧，运用本发明提供的方法焊接形成环形焊缝C，制成芯轴；

步骤七：再次机加工；使用大型车床精车焊后缸体外表面，以削去环形焊缝的余高、降低缸体外表粗糙度；

步骤八：装配；①热套装配缸体与芯轴，冷却后施加螺栓固定。②常温下即可施工安装人孔盖、旋入紧固螺栓等；

步骤九：质量检测；使用水压试验的方法，判定当前扬克烘缸半成品是否满足设计需求；

步骤十：精细加工；精磨缸体外表面，必要时采取镜面抛光或镜面喷涂等手段，提高缸体外表面光洁程度；作为一种优选优选方案，在缸体表面喷涂高铬合金，镀层0.5~1mm，镜面等级，可以在提高烘缸表面质量同时，克服Q345R钢耐蚀性较差的问题；

步骤十一：后续加工：如动平衡矫正、进一步修饰外表面和喷漆等。

优选地，直焊缝A的获得方法如下所述：

①开坡口，用气割或刨边的方法，在钢板上开出带钝边的V形坡口，开口朝向缸体内部，夹角40°±5°，钝边0~4mm，接头间隙1~3mm，如图6所示。

②架设埋弧焊焊接设备，使焊接小车可以在缸体内部行走。铺设加热设备，燃焰口正对坡口中线，作为一种优选方案，这里和下文中选用的燃气，均为液化丙烷；在焊接钢体表面直焊缝时使用埋弧焊小车在缸体内部行走，这种工艺使施工现场需要的空间更小，且使轨道架设变得容易；

③准备焊接材料，包括如下内容：

埋弧焊丝，H10Mn2，直径5mm，外表镀铜。使用前仔细擦净表面，去除油污和水渍；

埋弧焊剂，SJ101，使用前300~350℃烘干2小时，筛网去除结块部分；

生产使用上述焊材以前，务必仔细检查S、P元素含量，避免出现焊接热裂纹；

④预热和后热，启动加热装置，加热焊缝到250℃保温2~3小时。焊接过程中停止加热，每道焊完后空冷至250℃以下再脱渣，而后启动加热设备在200℃保温2小时，确保层间温度200℃以上；坡口盖面完成后进行后热处理，焊缝整体加热至200℃左右，保温3~4小时；焊接热处理温度曲线如图7所示。

作为一种优选方案，本实施例优选层间温度控制到200℃以上，既可以使氢尽量逸出，又能降低焊接热应力的影响，防止焊接过程中发生严重变形。

⑤施焊和脱渣：在打底焊道，调节焊接电流520~560A，电弧电压25~30V，电源极性直流反接；在填充和盖面焊道，调节焊接电流550~590A，电弧电压28~32V，电源极性直流反接。

由于缸体使用的板厚度和长宽尺寸超大，传统开X形坡口双面施焊的方法将需要配套大型起重设备，施工困难，安全性差。所以本申请采用单面焊双面成型的工艺，打底焊直接焊透并在反面成形。作为一种优选方案，在坡口反面加热固性焊剂衬垫，可以作为模壁强制钢水成形，形式如图8所示。

脱渣时，先轻敲渣壳使之脱落，再敲击焊趾部位和周围母材以舒缓焊接应力，最后手持砂轮机打磨焊缝使之光亮，确保熔渣完全脱去。层内不夹渣，熔敷金属才能具有较高的疲劳强度。

重复上述步骤④、⑤直至坡口被完全填满。

优选地，直焊缝B的形成方法与直焊缝A类似，区别仅限：

使用焊丝直径改为4mm，参数改为：在打底焊道，调节焊接电流420~470A，电弧电压28~33V，电源极性直流反接；在填充和盖面焊道，调节焊接电流450~500A，电弧电压30~35V，电源极性直流反接。

优选地，对接焊缝的形成方法与直焊缝A完全相同。

优选地，耐磨处理过程如下详述：

①准备焊材；选用1Cr13马氏体不锈钢焊条，焊芯直径4mm，低氢碱性药皮，使用前300℃烘干2小时；

②准备基体母材；手持砂轮机打磨轴头基体与轴承配合段，露出金属光泽即可，切忌过量打磨；

③调节焊接参数为：焊接电流120A，电弧电压35~45V，电源极性直流反接，道间重叠1/2，在轴头表面均匀熔敷一层马氏体不锈钢；

④机加工，先粗车提高外表圆柱度，再精车，使轴头尺寸符合设计要求，本实施例优选在精车后还进行表面淬火处理，硬度可达55HRC，大幅增强了轴头耐磨能力；

优选地，步骤三中消应力退火处理的方法，是将焊后缸体投入300℃的热处理回火电炉中，以不高于100℃/h的速度加热到550℃，保温至少4h。随后以100~150℃/h速度炉冷至300℃以下，开炉空冷至室温。消应力退火处理温度曲线如图9所示。

作为优选方案的一种，焊后整体消应力退火处理可以释放焊接残余应力，避免出现残余应力导致的变形、超差装配甚至显微裂纹。

优选地，环形焊缝A的形成方法如下所述：

①开坡口，用刨边的方法在缸体外表开U形坡口，深度1/2δ±2mm（δ意为缸体板厚度），根部圆弧直径约20mm，坡口张角10°~15°，缸体上留下厚越4mm钝边，自成定位环，使用大型车床车削缸盖内表面，形成与定位环对应的组对槽；坡口形式如图3所示。

②架设埋弧焊焊接设备，铺设加热设备，燃焰管呈圆弧形布置，与环形焊缝A同心，加热范围100°~120°；

③准备焊材。种类与直焊缝A中类似，仅将焊丝直径改为4mm；

④预热和后热处理：与直焊缝A中完全一致；

⑤施焊和脱渣：与直焊缝B中完全一致。

优选地，环形焊缝B、C用相同的方法成形，如下详述：

①用刨边或车削的方法开单边J形坡口，留3~5mm钝边，根部圆弧半径约10mm，张角5~10°，坡口形式如图3、10所示。

②准备焊材，由于环形焊缝B、C位置受周围构件干涉，采用焊条电弧焊的方法进行焊接。

焊条焊芯为直径4mm的H10Mn2，低氢碱性药皮并在药皮中适当添加锰铁，施焊前焊条需要300℃烘干1~2小时；

③调节焊接参数为，焊接电流160~170A，电弧电压20~25V，电源极性直流反接，道间重叠1/2；填满环形焊缝B、C处坡口，注意盖面时尽可能与周边构件平滑过渡，出现毛刺、高突、气孔等缺陷需要手持砂轮机磨去。

优选地，定位环与组对槽的装配公差等级为间隙配合，生产质量控制为修配法组装。

优选地，步骤八所述的热套装配，在热处理回火电炉中加热缸体，趁热组装缸体与芯轴，冷却后加螺栓固定。

优选地，步骤九所述的水压试验，通过检测的标准是：①在加压过程中未出现异常声响、无渗漏；②试验结束后在焊缝上未出现水滴、水雾，整个扬克烘缸无塑性变形出现。

优选地，轴头采用的锻钢16Mn可焊性较好，但耐磨处理时若室温低于10℃仍需预热，具体方法是同轴放置轴头与感应线圈，感应加热至200℃保温至少2小时，加热频率50~60HZ，本实施例优选50HZ。

优选地，焊接环形焊缝A时，将缸体置于滚轮架上，用缸体滚动代替焊接小车运行，缸体外表线速度即为焊接速度。

优选地，填充内侧坡口（环形焊缝B）时切勿启动加热设备，避免引发安全事故。本实施例优选完成环形焊缝A后彻底移除加热装置。

优选地，焊接内外两道焊缝时，先水平放置缸体，完成环形焊缝A的填充，再将缸体固定在倾斜滚轮架上，完成内侧环形焊缝B填充。倾斜填充环形焊缝B的好处如图4所示。可以发现，倾斜缸体填充环形焊缝B可以保证坡口填满，有助于卸力槽发挥作用，避免应力集中。

优选地，若因焊缝缺陷未能通过水压试验，只可采取挖补的方法修理。即挖去焊缝中存在缺陷的位置，填充新的熔敷金属，重新进行检测。本实施例通过了水压试验。

通过上述过程，成功制造出直径18英尺的大型钢制扬克烘缸，下线后质检，使用超声波无损探伤未发现气孔、夹渣，使用磁粉探伤未发现裂纹。具备符合设计要求、使用性能可靠、寿命长等优点。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：下料；①切割厚钢板得到缸体板、半圆环形缸盖板、人孔盖和中心固定器板，缸盖板上预开人孔；②圆钢下料，锻车组合制造轴头基体；

步骤二：卷板；使用超大型卷板机将缸体板和中心固定器板卷制成圆筒形；

步骤三：焊接直焊缝；①将卷制圆筒接头处连接起来，在缸体板形成直焊缝A得到缸体，在中心固定器板形成直焊缝B得到中心固定器；②将两片半圆环形缸盖板对接制成圆环形缸盖，形成对接焊缝；

直焊缝A的获得方法如下所述：

开坡口；用气割或刨边的方法，在钢板上开出带钝边的V形坡口，要求夹角40°±5°，开口朝向缸体内部，钝边0～4mm，接头间隙1～3mm；

安装导轨架设埋弧焊焊接小车；铺设加热管道，燃焰口正对坡口中线；在坡口下表面安装衬垫，并在打底焊后立即拆除，

准备焊接材料；包括如下内容：

埋弧焊丝，H10Mn2，直径5mm，外表镀铜，使用前仔细擦净表面，去除油污和水渍；

埋弧焊剂，SJ101，使用前300～350℃烘干2小时，筛网去除结块部分；

生产使用上述焊材以前，务必仔细检查S、P元素含量，避免出现焊接热裂纹，

预热和后热；启动加热装置，加热焊缝到250℃保温2～3小时，焊接过程中停止加热，每道焊完后空冷至250℃以下再脱渣，而后启动加热设备在200℃保温2小时，确保层间温度200℃以上，盖面焊完成后进行后热处理，焊缝整体加热至200℃左右，保温3～4小时，不仅可以消氢，还能降低焊接热应力，防止发生严重变形，

施焊和脱渣；在打底焊道，调节焊接电流520～560A，电弧电压25～30V，电源极性直流反接，在填充和盖面焊道，调节焊接电流550～590A，电弧电压28～32V，电源极性直流反接；

脱渣时，先轻敲渣壳使之脱落，再敲击焊趾部位和周围母材以舒缓焊接应力，最后手持砂轮机打磨焊缝使之光亮，确保熔渣完全脱去、层间不夹渣，可以提高焊缝的疲劳强度；

重复上述步骤预热和后热、施焊和脱渣，直至坡口被完全填满；

步骤四：耐磨处理；在轴头基体表层熔敷耐磨合金；

步骤五：初次机加工；①对于缸体：使用大型车床粗车缸体内外表面，削去焊缝余高，最后在内表面加工冷凝水导流槽；②对于缸盖：先铣平内外表面，再使用大型钻床在外表面围绕着人孔和中心固定器装配孔钻出螺纹沉孔；③对于中心固定器，使用大型钻床钻出通孔，通孔均匀分布；

步骤六：组对焊接；①将缸盖固定在缸体两侧，分别焊接外、内两道环形焊缝，即环形焊缝A,环形焊缝B，焊后需要消应力退火处理；②将轴头固定在中心固定器两侧，焊接形成环形焊缝C，制成芯轴；

步骤七：再次机加工；使用大型车床精车焊后缸体外表面，以削去环形焊缝余高、降低缸体外表粗糙度，

步骤八：装配；①热套装配缸体与芯轴，冷却后施加螺栓固定；②常温下即可施工安装人孔盖、旋入紧固螺栓，所述的热套装配，在热处理回火电炉中加热缸体到200℃左右，趁热组装缸体与芯轴，冷却后加螺栓固定，缸体和芯轴在常温下应为过盈配合，确保二者紧密贴合；

步骤九：质量检测；使用水压试验的方法，判定当前扬克烘缸半成品是否满足设计需求；

步骤十：精细加工；精磨缸体外表面，采取镜面抛光或镜面喷涂的手段，提高缸体外表面光洁程度；

步骤十一：后续加工；包括动平衡矫正、进一步修饰外表面和喷漆。

2.根据权利要求1所述的一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，步骤一使用的厚钢板是Q345R钢板，正火或热轧态供货，使用厚度与制造的扬克烘缸尺寸有关，选用范围100～200mm，缸盖板与缸体板厚度相同，中心固定器板厚度是缸体板的1/2～1/3，制造轴头采用的是16Mn锻钢，步骤一直接切割圆环形钢板得到半圆环形缸盖板，是为了减少加工废料、节约制造成本，锻钢16Mn可焊性较好，但耐磨处理时若室温低于10℃仍需预热，具体方法是同轴放置轴头与感应线圈，感应加热至200℃保温至少2小时，加热频率50～60HZ，移开感应线圈后迅速施焊，避免降温削弱预热效果。

3.根据权利要求1所述的一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，直焊缝B的形成方法与直焊缝A形成方法区别在于，使用埋弧焊丝直径改为4mm，参数改为：在打底焊道，调节焊接电流420～470A，电弧电压28～33V，电源极性直流反接；在填充和盖面焊道，调节焊接电流450～500A，电弧电压30～35V，电源极性直流反接，其余步骤均与直焊缝A形成方法完全相同；对接焊缝的形成方法与直焊缝A的形成方法完全相同。

4.根据权利要求1所述的一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，耐磨处理过程如下详述：

①准备焊材；选用1Cr13马氏体不锈钢焊条，焊芯直径4mm，低氢碱性药皮，使用前300℃烘干2小时；

②准备基体母材；手持砂轮机打磨轴头基体与轴承配合段，露出金属光泽即可，切忌过量打磨；

③调节焊接参数为：焊接电流120A，电弧电压35～45V，电源极性直流反接，道间重叠1/2，在轴头表面均匀熔敷一层马氏体不锈钢；

④机加工；先粗车提高外表圆柱度，再精车，使轴头尺寸符合设计要求。

5.根据权利要求1所述的一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，步骤六中消应力退火处理的方法，是将焊后缸体投入300℃的热处理回火电炉中，以不高于100℃/h的速度加热到550℃，保温至少4h，随后以100～150℃/h速度炉冷至300℃以下，开炉空冷至室温；

消应力退火处理可以释放焊接残余应力，避免出现残余应力导致的变形、超差装配甚至显微裂纹。

6.根据权利要求4所述的一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，环形焊缝A的形成方法如下所述：

①开坡口；使用刨边的方法开在缸体外表开对侧单面U形坡口，深度1/2δ±2mm，δ为缸体板厚度，根部圆弧直径约20mm，坡口张角10°～15°，缸体上留下厚越4mm钝边，自成定位环；使用大型车床车削缸盖内表面，形成与定位环对应的组对槽；

②架设埋弧焊焊接设备；铺设加热设备，燃焰管呈圆弧形布置，与环形焊缝A同心，加热范围100°～120°；

③准备焊材；种类与直焊缝A中相同，仅将焊丝直径改为4mm；

④预热和后热处理：温度控制与直焊缝A中完全一致，加热时同步让缸体发生转动，使焊缝各位置受到均匀加热；

⑤施焊和脱渣；与直焊缝B的施焊和脱渣完全一致。

7.根据权利要求1所述的一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，环形焊缝B、C的形成方法一致，如下详述：

①用刨边或车削的方法开单边J形坡口；留3～5mm钝边，根部圆弧半径约10mm，张角5～10°；

②准备焊材；由于环形焊缝B、C位置受周围构件干涉，采用焊条电弧焊的方法进行焊接，焊条：直径4mm的H10Mn2，低氢碱性药皮,并在药皮中适当添加锰铁，施焊前焊条需要300℃烘干1～2小时；

③调节焊接参数为：焊接电流160～170A，电弧电压20～25V，电源极性直流反接，道间重叠1/2，填满环形焊缝B、C处坡口，注意盖面时尽可能与周边构件平滑过渡，出现毛刺、高突、气孔缺陷需要手持砂轮机磨去。

8.根据权利要求1所述的一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，步骤九中所述的水压试验，通过检测的标准是：①在加压过程中未出现异常声响、无渗漏；②试验结束后在焊缝上未出现水滴、水雾，整个扬克烘缸无塑性变形出现；

若未能通过水压试验，只可采取挖补的方法修理，即挖去焊缝中存在缺陷的位置，填充新的熔敷金属，重新进行检测。

9.根据权利要求1所述的一种大型钢制扬克烘缸的制造方法，其特征在于，焊接环形焊缝A时，将缸体置于滚轮架上，用缸体滚动代替焊接小车运行，缸体外表线速度即为焊接速度，填充内侧坡口时切勿启动加热设备，避免引发安全事故，仅焊后需要启动加热设备，起保温缓冷和促使消氢作用，焊接内外两道焊缝时，先水平放置缸体，完成环形焊缝A的填充，再将缸体固定在倾斜滚轮架上，完成内侧环形焊缝B填充。

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