一種煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法
2023-07-02 16:03:06 2
專利名稱：一種煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法
技術領域：
本發明涉及一種工件焊接方法，具體地說是煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質內管短節或外管短節焊接方法。
背景技術：
煉鋼用氧槍噴頭的銅端頭與鋼質內、外管短節採用氬弧焊焊接為一體。為減小焊接應力和加大焊口合金成分過渡區的寬度，以保證焊接質量，目前採用的方法是將機加工後的銅端頭與鋼質管短節，在電爐內預熱到約600°C，然後從電爐中取出，安裝到專用氬弧焊接機上施焊，焊接完畢經冷卻即完成產品的製造。此加工方法存在的如下弊端一是預熱過程是在電爐中加熱、保溫，時間約需一個小時，因加熱時間長，工件外表面產生的氧化層厚，焊縫夾渣嚴重，影響焊縫機械性能；二是銅端頭與鋼質內外管短節在高溫熱態下安裝， 工人不易操作，存有被燙傷的危險；三是由於銅材和鋼材熔點相差約400°C、熱傳導係數相差大，而相同的預熱溫度使工件焊接後易產生冷隔缺陷；四是焊接後未進行有效的熱處理， 殘餘應力大、焊縫強度較低，影響氧槍頭的質量。
發明內容
本發明用於克服已有技術的缺陷而提供一種生產效率高、焊接質量好的煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法。本發明所述問題是由以下技術方案解決的
一種煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法，它按照下列步驟進行
a.將已加工好的氧槍銅端頭與鋼質管短節工件分別套入兩加熱感應線圈內，並安裝到焊接工裝上，使上述兩工件的焊接面緊密對接，將焊槍調整到焊縫位置；
b.接通電源，對兩加熱感應線圈通入電流，感應加熱上述兩工件，根據分別設置在兩工件附近的非接觸式溫度傳感器測溫探頭測出的溫度，適時調整兩加熱感應線圈的電流強度，使銅端頭和鋼質管短節同步達到施焊溫度，其中銅端頭施焊溫度750-800°C，鋼質短節施焊溫度950-1000°C
c.起動工裝帶動兩工件緩慢旋轉，啟動焊槍對工件焊縫施焊，焊接過程銅端頭溫度保持在750-800°C、鋼質管短節溫度保持在950-1000°C。上述煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法，所述銅端頭與鋼質管短節焊接完成後在上述工裝位對焊縫進行退火處理，退火處理時兩加熱感應線圈仍接通電流，調整電流強度，使兩工件溫度保持在退火溫度720-740°C，退火時間為3個小時。上述煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法，所述焊接工裝包括動力卡盤和旋轉頂尖，其中動力卡盤夾卡銅端頭一端，旋轉頂尖頂緊鋼質管短節一端，銅端頭與鋼質管短節的焊接面榫接。本發明針對現有氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法焊縫強度低、焊接質量不易保證的問題進行了改進，取消傳統工藝中的電爐預熱，採用中頻感應加熱裝置，通過兩個感應加熱線圈對銅端頭與鋼質管內外短節進行快速加熱，在短時間內分別使兩個工件達到不同的最佳預熱溫度，然後再進行焊接，焊接後對焊縫進行感應加熱等溫退火處理，充分消除殘餘應力。該方法通過調整感應加熱器電流強度可以對銅端頭、鋼質內外管短節的預熱溫度按工藝要求進行精確調控，快速加熱，減少氧化層，提高焊縫強度，在保證了氧槍頭焊接質量的同時，提高了生產效率。
圖1是本發明焊接過程示意圖2是本發明實施例的工件溫度運行曲線。附圖中各部件的標號表示如下1.動力卡盤；2.銅端頭；3.第一加熱感應線圈； 4.第二加熱感應線圈；5.鋼質內管短節；6.焊槍；7.旋轉頂尖；8.第一溫度傳感器測溫探頭；9.第二溫度傳感器測溫探頭。
具體實施例方式煉鋼用氧槍的銅端頭採用純銅材質，鋼質管短節(包括內管和外管)採用20號鋼， 兩者材質的熔點溫度相差約400°C，機械性能也有很大不同。焊接之前進行預熱，是為了提高分子活動能力，使兩者焊接後形成儘量寬的過渡層合金相區，以提高焊縫處的機械性能。 從生產成本和可操作性方面考慮，在普通電爐中預熱，不可能使兩個工件得到不同的預熱溫度，而採用相同的預熱溫度，則無法兼顧到銅、鋼兩種材質的最佳預熱溫度區。此外，按照普通加熱工藝，工件加熱時間較長，氧化層較厚，氧化層在焊接過程中進入焊縫組織，形成焊縫夾渣，這是影響焊縫機械性能的重要因素。按照原工藝焊接後的銅端頭與鋼質管短節進行拉伸試驗，斷口出現在焊縫處，說明焊縫處的抗拉強度低於銅質母材。本發明針對上述問題，改進了銅端頭和鋼質管短節的預熱方式，取消傳統工藝中的箱式電爐加熱，改進為採用中頻感應加熱線圈加熱，通過兩個感應線圈分別對銅端頭與鋼質管短節同時進行快速加熱，銅端頭與鋼質管短節的壁厚為4-10毫米，感應加熱的頻率控制在1. 5-2KHz,在兩分鐘內就可以將兩個工件快速加熱到預定溫度。本發明根據兩個工件的材質特點，設定銅端頭加熱溫度為750-800°C，鋼質管短節加熱溫度為950-1000°C。兩工件加熱溫度的準確控制， 是通過設置的兩個非接觸式溫度傳感器顯示的信息，分別適時調整感應線圈的電流強度而實現。由於提高了加熱溫度，使分子活動力增強，特別是鋼質管短節加熱到奧氏體區，晶格間隙增大，材質塑性增強，有利於兩者間分子相互滲透，形成較寬的過渡層合金相區。此外， 採用感應加熱的方式，由於加熱時間短，可以大大減少氧化層的產生，從而降低焊縫夾渣， 提高焊縫機械性能。為充分消除殘餘應力，本發明還增設了焊接後等溫退火步驟。等溫退火的溫度控制在720-740°C，退火時間為3個小時。等溫退火步驟的溫度控制仍然是依靠感應加熱實現。採用本發明方法焊接的銅端頭與鋼質管短節，其焊縫處的機械性能大大提高，拉伸試驗表明，斷口出現在銅質母材處，說明焊縫處的抗拉強度高於銅質母材。以下結合附圖給出本發明的具體實施例。參看圖1 銅端頭2的外徑為140 ？毫米，壁厚為4.5 毫米，鋼質內管短節5外徑140 毫米，壁厚？ 4.5毫米。銅端頭與鋼質內管短節的焊接面榫接，銅端頭的一端由動力卡盤1夾緊，鋼質內管短節的一端由旋轉頂尖7 頂緊。銅端頭與鋼質內管短節上分別套入第一加熱感應線圈3、第二加熱感應線圈4，在所述兩工件附近分別設置第一非接觸式溫度傳感器8、第二非接觸式溫度傳感器9。參看圖2， 上述兩加熱感應線圈通電，根據兩溫度傳感器測溫探頭測出的溫度適時調整兩加熱感應線圈的電流強度，使銅端頭和鋼質短節的溫度勻速上升，同步達到施焊溫度，其中銅端頭施焊溫度780°C，鋼質短節施焊溫度980°C ；將焊槍調整到焊縫位置，起動動力卡盤，動力卡盤帶動兩工件緩慢旋轉，焊槍對工件焊縫施焊，焊接過程控制銅端頭的溫度780°C，鋼質內管短節的溫度980°C ；當焊接完成後，對工件進行等溫退火處理，調整兩加熱感應線圈電流強度， 將已焊合工件溫度控制在730°C，保持3個小時，斷電工件自然冷卻至室溫；退火完成後動力卡盤停轉，打開迴旋頂尖，移開感應線圈3和5，鬆開卡盤，取下工件。
氧槍銅端頭與鋼質外管短節焊接過程同上，此處不再贅述。
權利要求
1.一種煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法，其特徵在於，它按照下列步驟進行a.將已加工好的氧槍銅端頭與鋼質管短節工件分別套入兩加熱感應線圈內，並安裝到焊接工裝上，使上述兩工件的焊接面緊密對接，將焊槍調整到焊縫位置；b.接通電源，對兩加熱感應線圈通入電流，感應加熱所述兩工件，根據分別設置在兩工件處的非接觸式溫度傳感器測溫探頭測出的溫度適時調整兩加熱感應線圈的電流強度，使銅端頭和鋼質管短節同步達到施焊溫度，其中銅端頭施焊溫度750-800°C，鋼質短節施焊溫度 950-1000°Cc.起動工裝帶動兩工件緩慢旋轉，啟動焊槍對工件焊縫施焊，焊接過程銅端頭溫度保持在750-800°C、鋼質短節溫度保持在950-1000°C。
2.根據權利要求1所述的煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法，其特徵在於所述銅端頭與鋼質短節焊接完成後在上述工裝位對焊縫進行退火處理，退火處理時兩加熱感應線圈仍接通電流，調整電流強度，使兩工件溫度保持退火溫度720-740°C，退火時間3個小時。
3.根據權利要求2所述的煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法，其特徵在於所述焊接工裝包括動力卡盤和旋轉頂尖，其中動力卡盤夾卡銅端頭一端，旋轉頂尖頂緊鋼質管短節一端，銅端頭與鋼質管短節的焊接面榫接。
全文摘要
一種煉鋼用氧槍銅端頭與鋼質管短節焊接方法，它採用中頻感應加熱裝置，通過兩個感應加熱線圈對銅端頭與鋼質內外管短節進行快速加熱，在短時間內分別使兩個工件達到不同的最佳預熱溫度，然後再進行焊接，焊接後對焊縫進行感應加熱等溫退火處理，充分消除殘餘應力。該方法通過調整感應加熱器電流強度可以對銅端頭、鋼質內外管短節的預熱溫度按工藝要求進行精確調控，快速加熱，減少氧化層，提高焊縫強度，在保證了氧槍頭焊接質量同時，提高了生產效率。
文檔編號C21D1/26GK102554401SQ20111038278
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者嚴志波, 劉西斌, 朱惠紅, 馬連春 申請人:石家莊巨力科技有限公司