CN1475323A - 长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于高温下长度不超过14M，内孔直径大于Φ500mm的球墨铸铁管管模的整体堆焊修复，回转滚筒式球磨机、容器筒体、缸体内外表面耐磨、耐蚀的予保护堆焊处理的长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法及设备。其特征在于：摆动堆焊的宽焊带与筒体轴线呈螺旋夹角30～60°缠绕，并反复多层交叉重叠。焊枪摆幅30～100mm，摆动频率30～50次/分，焊道间搭接10mm。本发明焊机摆动焊头是靠机械轮式曲拐摆动机构，实现焊枪往复摆动焊接的绕式螺旋摆动堆焊，并通过堆焊修复球铁管模的高铬马氏体合金焊接材料，可实现深孔内，单丝或双丝摆动螺旋步进和螺旋缠绕埋弧或明弧自动堆焊焊接，满足对长筒体各种堆焊方式的要求。

Description

长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法及设备

技术领域

本发明涉及一种适用于长度不超过14M，内孔直径大于Φ500mm的球墨铸铁管管模的整体修复，回转滚筒式球磨机、容器筒体、缸体内外表面耐磨、耐蚀的予保护堆焊处理，可提高钢筒内壁表面抗热疲劳性能的长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法及设备。

背景技术

目前，国内在高温下对内孔直径大于Φ500mm的钢制长筒体内壁进行整体堆焊方面，由于受长筒体构件内孔尺寸的限制，焊接机头的深入、焊丝焊剂的输送和回收，以及电缆、电机、电器元件的耐热极限等诸多因素，一直是高温下长筒体堆焊不可逾越的难题。传统的与轴线垂直螺旋步进单焊道堆焊，在高温、急冷急热的工况条件下使用，堆焊层极易产生延焊道的环状热疲劳裂纹，使筒体抗疲劳性能降低，造成过早失效。传统的筒体堆焊修补，多采用与筒体母材相近成分的焊接材料，使用寿命往往远远低于母材，修复的价值不大。上述难题制约了长筒体构件的整体堆焊和修复，使应用技术受到了限制。经检索中国专利00123344.0公开的铸管模内壁埋伏焊修复方法，是一种采用深孔埋伏焊用的机械手，选择和铸管模母材相匹配的焊丝、焊剂、焊条，对已清除疲劳裂纹的内壁磨损层后的管模进行自动埋弧堆焊，选择焊接参数，使焊接速度、焊接电压和每焊完一周后的步进距离实现最佳匹配。这种方法在材料和焊接方式上易在焊道处产生环状热疲劳裂纹，满足不了管模修复的需要。目前，国内外还没有对长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法及设备，可实现深孔内，单丝或双丝摆动，螺旋缠绕埋弧或明弧自动堆焊焊接，满足对长筒体各种堆焊方式的要求的文献报道。

发明内容

本发明为解决上述存在的技术问题，目的是提供一种能够在高温下堆焊长筒体内壁，并提高内壁表面的抗热疲劳性能和耐磨、耐蚀性能，降低环状热疲劳裂纹，使对长筒体构件内壁工作面进行予保护强化处理和修复成为可能的长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法及设备。

本发明长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法及设备内容简述：

本发明的长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法，其特征在于：堆焊焊道与筒体轴线呈螺旋夹角30～60度缠绕焊接，摆动焊道宽30～100mm，并需反复多层交叉重叠。可实现交叉重叠缠绕、螺旋步进、轴向直线单道或摆动的一机多用的自动堆焊方法；焊头是靠机械轮式曲拐摆动机构实现焊枪往复摆动焊接；焊枪摆幅30～100mm，摆动频率30～50次/分。

本发明适合球铁管模修复的堆焊材料，是采用抗热疲劳性能好的高铬马氏体合金，其熔敷金属的化学成分(％)为：C 0.04～0.06、Cr 12～13、Ni 4～6，Mo 0.5～0.8、P＜0.04、S＜0.04、Si 0.5、Mn 1.0、Nb 0.1～0.2、V 0.1～0.3、Ti 0.01～0.03。

本发明是一种可实现在300℃高温下在深孔内壁连续堆焊的长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法，能够在高温下堆焊长筒体内壁，并提高筒体内表面的抗热疲劳性能和耐磨、耐蚀性能，使对长筒体构件内壁工作面进行予保护强化处理和修复成为可能。可广泛的应用于长度不超过14M，内孔直径大于Φ500mm的球墨铸铁管管模的整体修复、回转滚筒式球磨机、容器筒体、缸体内外表面耐磨、耐蚀的予保护堆焊处理，可提高钢筒内壁表面抗热疲劳性能。

附图说明

图1为长筒体内外壁摆动自动堆焊专用设备结构示意图

图1中：1为焊丝、2为焊剂自动输送回收装置、3为堆焊机升降立柱、4为堆焊机横梁滑块、5为堆焊机横梁、6为横梁步进电机、7为横梁配重、8为堆焊机电源、9为焊机水冷系统、10为摆线针齿行星减速机、11为开关磁组调速电机、12为滚轮托架、13为焊接机头电动十字拖板、14为焊接摆动器、15为导入式牵引送丝机构、16为电动焊剂调料、17为焊剂回收吸嘴、18为水冷式监视摄像头、19为单，双丝水冷夹持式组合焊枪、20为焊机横梁齿条、21为堆焊机遥控装置、22为堆焊工件-管模、23为横梁升降电机、24为蜗轮蜗杆减速机、25为连接滑座链条、26为防窜动的滚轮支架。

具体实施方式

本发明为满足上述堆焊方法的要求，必须配备长筒体内外壁摆动自动堆焊专用设备作保证，实现长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊的专用设备结构。见图1，长筒体内外壁摆动自动堆焊专用设备是由：焊丝1(单丝或双丝)、焊剂自动输送回收装置2、堆焊机升降立柱3、堆焊机横梁滑座4、堆焊机横梁5、横梁步进电机6、横梁配重7、堆焊机电源8、焊机水冷系统9、摆线针齿行星减速机10、开关磁组调速电机11、滚轮托架12、焊接机头电动十字拖板13、焊接摆动器14、导入式牵引送丝机构15、电动焊剂料斗16、焊剂回收吸嘴17、水冷式监视摄像头18、单双丝水冷夹持式组合焊枪19、焊机横梁齿条20、堆焊机遥控装置21、堆焊工件-管模22、横梁升降电机23、蜗轮蜗杆减速机24、连接滑座链条25、防窜动的滚轮支架26组成。

本发明长筒体内外壁摆动自动堆焊专用焊机具有不需掉头可连续堆焊7米，掉头可堆焊14米的内径大于500mm的超长钢筒内壁和外圆。7米工作悬臂和能够三维空间运动，前后摆动的水冷式焊接机头，可实现深孔内，单丝或双丝摆动螺旋步进和螺旋缠绕埋弧或明弧自动焊接，完全可以满足对长筒体各种堆焊方式的要求，并能满足在高温下连续焊接的特殊要求。

本发明长筒体内外壁摆动自动堆焊专用设备的提升机构：在堆焊机升降立柱3的两根立式三角形导轨上安装有堆焊机横梁滑座部件4，立柱顶端安装控制升降的电机23，经蜗轮蜗杆减速机24减速后，带动连接滑座的链条25，驱动横梁的升降，在链条的另一端连接横梁配重部件7。

堆焊机横梁伸缩机构：堆焊机水平横梁5安装在堆焊机横梁滑座4上，采用两根平行的三角形滑轨导向滑动，沿滑座4以0.15～2.5米/分无级调速伸缩。经步进电机和行星减速机齿轮驱动焊机横梁齿条20横向行进，低速工作时扭矩大，快速伸缩速度可达2.5米/分。

驱动长筒体工件22旋转机构：是靠一对支承筒体并能无级调速的滚轮托架12，前端的滚轮托架是靠可无级调速的开关磁阻电机11经摆线针齿行星减速机10行星减速驱动工件旋转，支承筒体另一端的是从动托架，在尾部安装筒体防窜动的滚轮支架26可防止筒件窜动后移。

焊接机头：安装在堆焊机横梁5的前端，由电动十字拖板13、焊接摆动器14、导入式牵引送丝机构15、单，双丝水冷夹持式组合焊枪19、水冷式监视摄像头18、电动焊剂料斗16和焊剂回收吸嘴17组成焊接机头。该机头可在高温下伸入长筒体内进行深孔内壁堆焊，也可以在桶体外部进行外圆堆焊或结构焊接，可实现摆动堆焊，摆幅0～100mm，摆动频率10～100次/分；焊接机头在横梁5不动时，还可通过堆焊机遥控装置21控制电动十字拖架，上下左右电控微调定位，范围0～70mm，调节速度4mm/s；导入式牵引送丝机构15是由焊丝导入校直器，带行星减速器的直流送丝电机组成，完全可以满足药芯∮Φ3.2～4mm的粗焊丝长距离平稳的输送，送丝速度为0.4～3米/分，并可根据参数变化自动调节。水冷式监视摄像头18可近距离的观察孔深的焊接情况，操作员可远距离的通过堆焊机遥控装置21进行遥控操作焊接。电动焊剂料斗16可根据焊接情况定时定量的输送焊剂，用耐高温的焊剂回收吸嘴17有效地吸附回收热焊剂。

焊接摆动器14：是由精密滚动直线导轨副，带滑道的可调心的偏心轮、偏心轮滑块和可调节长度的万向连杆接手组成，通过导轨副进行导向，驱动焊枪往复平滑移动的作用，通过调节万向连杆的长度来确定摆动的幅度，通过调节偏心轮的转数调节摆动频率。

可输送单焊丝或双丝的水冷夹持式组合焊枪19：是用导电性和导热性极佳的紫铜合金制成，该枪由水冷套，可更换的两个四面开了焊丝导电槽的方柱型导电嘴，导电嘴固定槽和导电嘴夹紧套及压紧螺栓组成。

滚轮托架12采用链式传动，变速器为摆线针齿行星减速机10，通过开关磁组调速电机11可进行大速比的无级调速，可有效的、精确的控制滚轮的转速。

堆焊机电源8可为焊接提供额定1250A、调节范围250～1250A；额定焊接直流电压：44V、调节范围25～44V的焊接直流电源；

为适应长筒体深孔内壁堆焊不易观察和控制的特点，采用PLC自动控制系统对堆焊机横梁5的升降、伸缩，滚轮托架12转速的精确调节，对焊接机头电动十字拖板13的上下左右移动调节，焊丝1、导入式牵引送丝机构15变速输送，电动焊剂料斗16内的焊剂定时定量输送和焊剂回收吸嘴17自动回收，焊接摆动器14调频、调幅，焊接参数的给定和控制，实现了全面的自动控制，并可采用堆焊机遥控装置21实行遥控操作。

焊机水冷系统9可对焊接机头隔热罩、送丝，摆动电机、水冷式监视摄像头18的循环冷却液进行强制风冷，快速循环，冷却速度快、效果好、体积小、不需另外再补充新冷却液。

水冷夹持式组合焊枪19是用导电性和导热性极佳的紫铜合金制成，该枪由水冷套，可更换的两个四面开了焊丝导电槽的方柱型导电嘴，导电嘴固定槽和导电嘴夹紧套及压紧螺栓组成。该焊枪头的最大特点是导电性能好，可输送单焊丝或双丝，一个导电嘴通过更换不同接触面可使用四次，寿命至少是一般导电嘴的四倍。

焊剂自动输送回收装置2采用自动气动输送，负压回收，解决了长筒体内壁埋伏堆焊的焊剂输送与回收，在回收过程中微粒粉尘和焊剂自动分离，无环境污染，并能定时定量输送。

本发明的长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法，是按下列步骤完成的：

(1)、首先要对待修的旧筒体进行探伤检查，加工掉表面的疲劳层和全部裂纹，下切不得少于4～5mm深，预留填充新的堆焊合金；

(2)、根据堆焊合金的要求对筒体进行整体预热，预热温度最高不得超过350℃；也可以局部预热，采取保温和外加局部燃气加热方式，堆焊时保持堆焊层间温度≤450℃；

(3)、焊接电源直流正极性或负极性、单道堆焊电流300～350A、单丝摆动堆焊电流450～600A，双丝摆动堆焊电流700～1000A、电压28～35V；

适合堆焊修复管模的堆焊材料采用抗热疲劳性能好的高铬马氏体合金，其熔敷金属的化学成分(％)为：C 0.04～0.06、Cr 12～13、Ni 4～6 Mo 0.5～0.8、P＜0.04、S＜0.04、Si 0.5、Mn 1.0、Nb 0.1～0.2、V 0.1～0.3、Ti 0.01～0.03。

(4)、摆动堆焊摆幅30～100mm、摆动频率30～50次/分；缠绕式堆焊时要根据筒体内径大小，精确控制焊机的悬臂行走速度与工件的转速，使焊道延轴线方向呈30～60°夹角，反复多层交叉重叠的螺旋堆焊，焊道间搭接10mm，堆焊层至少2～3层；

(5)、焊后采用高铝质隔热毡包裹缓冷或进入热处理炉内缓冷；

(6)、堆焊后必须进行热处理，以50℃/h的升温速率将堆焊件加热至520～620℃，保温3～6小时后自然降温，降温速度不得高于50℃/h，温度降至100℃以下时出炉。

最终的堆焊工件表面硬度和性能可通过热处理的温度进行调节，按此方法修复管模或长筒体管件内壁或外圆，完全可以满足用户对产品的技术要求。

Claims (4)

1、一种长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法，其特征在于：是根据筒体的内径，通过控制焊机横梁的行进和筒体的旋转线速度，使摆动堆焊的宽幅焊道与筒体轴线呈螺旋夹角30～60度的缠绕，并使其反复多层交叉的堆焊方法，是按下列步骤完成的：

(1)、首先要对旧品堆焊部位进行探伤检查，加工掉筒体内表面的疲劳层和全部裂纹，并下切至少4～5mm深，预留填充新的堆焊合金；

(2)、根据堆焊合金的工艺要求，对筒体进行整体预热，预热温度最高不得超过350℃；也可以局部预热，采取保温和外加局部燃气加热方式，保持堆焊层间温度200～300℃不得超过450℃；

(3)、焊接电源直流正极性或负极性、单道堆焊电流300～350A，单丝摆动堆焊电流450～600A、、双丝摆动堆焊电流700～1000A、电压28～35V；

(4)、控制焊机横梁的行走速度与筒体的转速，使摆动堆焊的宽焊道延轴线方向呈30～60°夹角螺旋缠绕，反复多层交叉重叠，摆动堆焊的摆幅控制在30～100mm、摆动频率30～50次/分，焊道间搭接10mm，堆焊层至少2～3层；

(5)、焊后采用高铝质隔热毡包裹缓冷或进入热处理炉内缓冷；

(6)、堆焊后必须进行热处理，以50℃/h的升温速率将堆焊件至520～620℃，保温3～6小时后自然降温，降温速度不得高于50℃/h，温度降至100℃以下时出炉。

2、如权利要求1所述的长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊方法，其特征在于：适合修复管模的堆焊材料采用抗热疲劳性能好的高铬马氏体合金，其熔敷金属的化学成分(％)为：C 0.04～0.06、Cr 12～13、Mo 0.5～0.8、Ni 4～6，P＜0.04、S＜0.04、Si 0.5、Mn 1.0、Nb 0.1～0.2、V 0.1～0.3、Ti 0.01～0.03。

3、一种长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊的专用设备，是由：焊丝(1)、焊剂自动输送回收装置(2)、堆焊机升降立柱(3)、堆焊机横梁滑座(4)、堆焊机横梁(5)、横梁步进电机(6)、横梁配重(7)、堆焊机电源(8)、焊机水冷系统(9)、摆线针齿行星减速机(10)、开关磁组调速电机(11)、滚轮托架(12)、焊接机头电动十字拖板(13)、焊接摆动器(14)、导入式牵引送丝机构(15)、电动焊剂料斗(16)、焊剂回收吸嘴(17)、水冷式监视摄像头(18)、水冷夹持式组合焊枪(19)、焊机横梁齿条(20)、堆焊机遥控装置(21)、堆焊工件一管模(22)、升降电机(23)，蜗轮蜗杆减速机(24)，连接滑座链条(25)，防窜动的滚轮支架(26)组成，其特征在于：能够实现上述连续重复缠绕、并能螺旋步进、轴向直线的单道或摆动的埋弧或明弧焊接的专用自动堆焊机床，摆动焊头是靠机械轮式曲拐摆动机构实现了焊枪的往复摆动焊接，焊枪摆幅0～100mm，频率10～100次/分；

提升机构：在堆焊机升降立柱(3)的两根立式三角形导轨上装有可使堆焊机横梁上下移动，前后伸缩的滑座(4)，靠立柱顶端的升降电机(25)蜗轮蜗杆减速机(24)驱动与滑座连接的链条(23)带动横梁升降，在链条的另一端安装平衡横梁的配重(7)，堆焊机横梁(5)安装在横梁滑座上(4)，靠行星减速和步进电机(6)，齿轮驱动焊机横梁齿条(20)带动横梁(5)前后伸缩；在堆焊机横梁(5)的前端安装由电动十字拖板(13)、焊接摆动器(14)、导入式牵引送丝机构(15)、水冷压紧式组合焊枪(19)、水冷式监视摄像头(18)、电动焊剂料斗(16)和焊剂回收吸嘴(17)组成的焊接机头；焊接摆动器(14)是由精密滚动直线导轨副，带滑道的可调心的偏心轮、偏心轮滑块和万向连杆可调长度的接手组成；滚轮托架(12)采用链式传动，变速器为摆线针齿行星减速机10，通过开关磁组调速电机11可进行大速比的无级调速；还有配套的焊剂自动输送回收装置(2)焊机水冷系统(9)和堆焊机电源(8)。

4、如权利要求3所述的长筒体内外壁缠绕式螺旋摆动堆焊的专用设备，其特征在于：水冷夹持式组合焊枪(19)是用导电性和导热性极佳的紫铜合金制成，该枪由水冷套，可更换的两个四面开了焊丝导电槽的方柱型导电嘴，导电嘴固定槽和导电嘴夹紧套及压紧螺栓组成。