专利名称：造纸机辊子及滚筒的制造方法及其所制的辊子及滚筒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用耐腐蚀金属或合金，特别是精炼钢制造造纸机辊子或滚筒的圆柱形外壳，特别是造纸机吸水辊的多孔圆柱形外壳的方法。
本发明还涉及一种造纸机的辊子或滚筒，特别是带有多孔外壳的吸水辊，这种吸水辊包括一个圆柱形外壳和两个固定在其两端的端部零件，该端部零件与辊子或滚筒的轴颈相连。
造纸机的辊子，特别是吸水辊，通常在腐蚀性很强的环境中工作。而且，吸水辊、特别是压榨辊还承受着很高的动载荷，因为目前作用于例如压榨辊的线性载荷可高达70～120千牛顿/米或更高。这就是吸水辊或类似件必须采用高合金化的特殊钢，例如两相钢即双联法生产的钢来制造的缘故。这种钢比较昂贵，而且在冷态下难于加工。另外，吸水辊的外壳是带孔的(一个外壳通常有500，000个吸水孔)，这也带来了外壳的强度问题。
现用吸水辊的直径一般为600～1400毫米，其壁厚为55～90毫米，对于大型造纸机，其壁厚通常为70～90毫米，吸水辊的长度相当于造纸机的幅宽，通常在5～10米的范围内。
现有技术中造纸机吸水辊或类似部件的圆柱形外壳是用下述技术制造的。将一块板料通过卷制弯曲成大致的圆形或半圆形而形成圆柱形外壳，然后用一条接缝或两条接缝将它们焊在一起。同样地，在现有技术中也有通过倒棱法，将板料做成半圆形的曲面形状，然后将两个半圆筒沿纵向接缝焊在一起而成为圆柱形外壳。倒棱法一般只可用到外壳厚度约50～70毫米。由上述卷制法或倒棱法制成的圆柱形外壳再经机加工成为光滑的圆柱形。
在现有技术中，造纸机辊子或滚筒的圆柱形外壳也有用离心铸造法制造的。在这种铸造过程中，使铸型在水平位置上(例如在若干辊子上)转动，将熔融金属浇入该铸型内，由于离心力的作用，浇入的金属留在铸型壁上进而凝固。
由于吸水辊和类似部件的壁厚很大(55～90毫米)，所以板料的卷制和倒棱要采用特别坚固的设备和很大的作用力。尽管如此，如采用卷制法时，辊子外壳还必须由几个长约2～3米的轴形零件组成。对于更大的外壳厚度(大于70毫米左右)，卷制就不可能了，除非采用特别坚固的设备或采用很短的外壳组块进行热轧。因此，对于较大的外壳壁厚就要采用倒棱法，但是，采用此法难于制出精确圆形的外壳，从而产生一个缺点，即大量的金属材料必须从外壳上加工掉。这样就增加了加工工时和材料的损耗。
用卷制法或倒棱法制成的外壳，一定有横向焊缝，因此也存在一些缺点。实践已发现，吸水辊的主要部件分会因断裂而损坏，如果辊子是焊接而成的话，破裂点往往正好位于横向焊缝处。横向焊缝的起点和终点处更是特别危险。为此，本发明的主要目的之一就是提供一种制造辊子外壳的工艺，并提供一种按照该工艺制造的完全没有横向焊缝的辊子或滚筒。
采用离心铸造法的缺点是，铸成的外壳大约有一半的壁厚要加工掉，才能得到一个“完好的”辊子外壳。另一个缺点是，铸成的辊子外壳中很可能存留有铸造缺陷，这种缺陷往往成为裂纹的起点。还有一个较大的缺点是上述比例的金属材料在加工中损失掉了，而用来制造辊子外壳的这种高合金化的钢往往都是很贵的。
本发明总的目的是提供一种新的方法和一种采用该方法制造的造纸机辊子或滚筒，特别是带有多孔外壳的吸水辊，采用这种方法对主要零件来说，上述的缺点和其他将会产生的缺点都能避免。
本发明的一个目的是提供一种用耐腐蚀金属或合金、特别是精炼制造造纸机辊子或滚筒外壳的方法，采用这种方法，上述外壳可以在考虑到制造外壳的材料成本、生产工时、所用机器的固定资本以及能源消耗的最经济的条件下进行制造。
从达到上述目的以及下面即将提出的目的来看，本发明的主要特征在于，制造方法同时包括以下步骤a)用耐腐蚀金属或合金，特别是精炼钢板，切出长度等于所制辊子外壳总长度的长方形板坯;
b)将上述板坯加工成横截面为圆环形的一部分的外壳组块;
c)用上述外壳组块组装成辊子或滚筒的圆柱形外壳，组装的方法是，在一种电子束焊接装置的真空室内，用电子束焊接焊成的轴向焊缝将上述外壳组块连接一起，每一个辊子外壳所用的外壳组块至少6块，较适宜为10～16块，最好是多达70块;
d)对上述辊子外壳至少从外面加工成为环状的圆柱形，最好是内外两面都加工。
按照本发明所制的辊子或滚筒的主要特征在于，该辊子或滚筒包括一个圆柱形的外壳，该外壳一般由6～20块，最好多达70块的长方形的轴向组块组成，这些外壳组块通过在整个辊子外壳长度上延伸的、由电子束焊接形成的连续焊缝连接在一起，而没有横向焊缝。
在本发明中，辊子或滚筒外壳由多块长度等于辊子外壳全长的长方形板块组成，这些板块最好先加工成形状为圆环形的一部分的外壳组块，每一个辊子外壳一般用6～20块，最好用10～16块加工好的外壳组块坯件。
在某些特定情况下，即按本发明方法制造的辊子外壳壁厚为40～70毫米时，可以将长度等于整个辊子外壳长度的板块先弯曲成形状为圆环形的一部分，在此情况下，一个辊子的外壳可能只用，例如4～6块板坯。
本发明的一个重要特征是，板坯是采用平行于辊子轴向的焊缝特别是采用电子束焊接连在一起的。
当本发明特别采用电子束焊接时，会同时有几种不同的优点并具有最佳的协合作用。在这些优点中，必须提到的是采用电子束焊接所需的热量仅为常规焊接方法的百分之一左右，因此，尽管焊缝的总长度很长，辊子外壳的变形却很小。电子束焊接之所以具有这一性质是由于电子束焊接的能量密度很高。采用电子束焊接时，辊子外壳的后加工量很小，因为电子束焊接的焊缝几乎没有毛刺。此外，采用电子束焊接可得到良好的焊缝质量，而且，考虑到每个辊子所需的焊缝长度较大，本发明还可得到合适的焊接速度。电子束焊接可以从辊子外壳的内部和/或外部进行。再一个优点是，一般说来电子束焊接可以不用填充金属，在某些特殊情况下也可使用填充金属。采用电子束焊接时，可以精确地确定焊接参数，并且，象下面实例所介绍的那样，在制造辊子外壳时焊接时间确实十分充裕，而不会变得太长，甚至不会成为一个决定性的因素，但是加工板坯所定的时间则稍长一些。
应用本发明时，最好采用专用工具将板坯连在一起，然后在其上面按现有技术已知的方法进行电子束焊接。焊接时，在真空室内采用沿辊子轴向移动的一个或多个焊接机头从辊子外壳的内部和/或外部时行焊接。
在本发明中，所用板坯的数目是根据考虑了该加工方法中材料损失的加工成本和电子束焊接的总成本两方面的最优计算来选择的。在这种情况下，一般的结论是，辊子外壳由6～20块(常用10～16块)组块组成。对于大型工件，例如杨克式(Yankee)滚筒(其直径约10米)，组块的数目当然可以超过上述数目(可用例如60～70块)。采用价格较低的辊子外壳材料时，甚至有可能只用6块板坯组成辊子外壳。在这种情况下，材料的损失会有所增加，但焊缝的长度却相应地减小了。所以，所用的辊子壳体材料的价格越贵，选用板坯的最佳数量越多。
本发明具有的优点，在制造造纸机吸水辊时显得特别重要。然而，本发明的方法也可用来制造造纸机中的各种滚筒，如干燥滚筒或杨克式(Yankee)滚筒，还可用来制造造纸机的各种实心壳体的辊子，如压榨辊的中心辊子。
应用本发明的方法，辊子外壳可用耐腐蚀而且可焊接的金属或合金来制造，特别是可用高合金化的不锈钢，一般称为两相钢或双联法生产的钢，例如含碳量低的铬镍合金钢来制造。
下面参考附图中所示的本发明的若干有助于说明的实施例来详细阐述本发明，但本发明并不严格局限于这些实施例。附图中
图1是按本发明方法制造的吸水辊的局部简图;
图2是沿图1的Ⅱ-Ⅱ线的剖面图;
图3是本发明中所用板坯的横截面图;
图3A示出了另一种切割板坯的方式;
图4是在电子束焊接前由外壳组块组成的辊子外壳坯件;
图5是本发明所用的电子束焊接装置的垂直剖面图，要焊接的辊子外壳就固定在其里面;
图6是沿图5的Ⅵ-Ⅵ线的垂直剖面图。
图1和图2为用本发明方法制造的吸水辊的简图。该吸水辊包括一个外壳10，外壳有一个加工得很光滑的外表面10′。外壳10上带有穿透的孔眼15，它们起到沟通吸水辊内部的吸水箱(未示出)和外部大气之间的吸管作用。带有轴颈12的端部零件11用螺钉13或类似零件固定到吸水辊外壳10的两端上。
图1和图2所示的吸水辊外壳10是按照本发明的方法(例如下述的方法)制造的。从一块具有适当厚度d的板料上切出横截面为矩形而长度等于整个辊子外壳10的长度的板坯20A。对该板坯20A进行铣削和/或刨削加工，使板坯20A变为形状为圆环形的一部分，而其长度等于辊子外壳全长的外壳组块20。在图3中，用交叉阴影线示出了要从板坯20A上加工掉的里面部分20a、外面部分20b和两侧部分20c和20d。
按照图1和图2，每个辊子外壳10所用的上述外壳组块20的数目为16块，而且在图2用标号141～14N(N＝16)表示上述组块。如上所述，N值选定为N＝6～20，而最好选为N＝10～16。当N＝16时，每个外壳组块20的中心角a＝22.5°。当辊子很大时，例如杨克式(Yankee)滚筒，上述中心角可以小些，例如5～18°左右。
上述16块长度等于整个辊子外壳长度的外壳组块20用一种工具组装起来，以形成一个封闭的滚筒外壳。按照此法组装的壳体坯件被送入电子束焊接装置的真空室内，通过图5和6所示的电子束焊接装置用轴向焊缝14将壳体组块20焊在一起，从而在外壳10上形成了轴向焊缝14，这些焊缝是连续的，其长度等于辊子外壳10的全长。
图3A示出了将板料16切成本发明所用板坯20B的另一种方式。按照图3A，板坯20B切成梯形截面，这样，切口20e的夹角等于由坯块20B制成的外壳组块20的中心角a。采用图3A所示的板坯就可直接组装外壳坯件而不必先进行加工，而且，外壳坯件的内外表面只是在用电子束焊接将组块20焊在一起后才加工成圆形的。
在某些特定情况下，特别是当N很大时，只要对板坯20A的侧面20c和20d进行加工即可，而外面部分20b(可能还有里面部分20a)的机加工则只在电子束焊接形成焊缝14后才进行，最好是在对外壳坯件进行后加工时同时进行。
按照本发明用组块20组装成外壳10后，用现有已知技术将该外壳10进行热处理。热处理时，最好将外壳10垂直放置，以防止外壳中出现有害的变形或应力。
下面介绍两个非限制性的实例，其中给出了合适的焊接参数和采用这些参数而得的焊缝14的形成速度。
如图4所示。用内环19以及外环16A和16B将辊子组块20组装成辊子外壳坯件10，外环16A和16B均由16a和16b两部分组成，该两部分用，例如轴销17和/或18相互连接起来。组装外壳坯件时，外环16A和16B的两部分16a和16b可由，例如适当的液压工具(未示出)收紧。由于有外环16A和16B，所以在外壳10的端部有例如大约2×20毫米不焊接，但不焊部位只占整个辊子外壳10质量的0.5%左右。
图4所示的坯件与它的固紧件16A、16B和19一起被放到支架32上，支架32支承在两对辊子33上。辊子33上有与外环16A和16B相适应的沟槽，因此，由外环16A和16B支承的辊子外壳坯件10可在两对辊子33上转动。借助于导轨35和支架32的轮子34将上述支架32通过真空室30的门31推入真空室30中。在真空室30内，设有一台电子束焊接机40，它借助于相应凸出部分41，横跨辊子坯件10的整个轴向长度在导槽42上移动。电子束焊接机40带有焊接机头43，它相对外壳坯件10有一个适当的加速电压U。通过电缆44由适当的直流电源(未示出)供给所需的直流电流。由上面所述的电子束焊接机对坯件10进行电子束焊接，为此，要使外壳坯件10在辊子33上转动，并在组块20间的接缝区14转到对准焊接机头43的位置时固定住。此时，接通焊接机头43的电压U，当电子束焊接机40移过外环16A和16B间的整个辊子外壳长度时，就由电子束焊接形成了焊缝14。完成一条焊缝14后，便将辊子坯件10转到下一条接缝14的位置，电子束焊接机40按相反方向移动，形成第二条焊缝。连续进行这种操作，直到全部接缝14都焊好为止。然后将支承在支架32上的辊子外壳10移出焊接室，并翻转成垂直位置，以便按其已知工艺进行热处理。图5简单示出一台真空泵50，它通过管道51将真空室30抽出一定的真空度。
在下列两上实例中W-电子束焊接机中焊接机头电子枪的输出功率d-要焊接的外壳的壁厚
U-电子枪的加速电压I-焊接电流V-组块20间焊缝14的形成速度实例1W＝30千瓦d＝100毫米U＝150千伏I＝180毫安V＝0.5米/分钟实例2W＝40千瓦d＝100毫米U＝100千伏I＝40毫安V＝0.1米/分钟在本发明的应用中，电子束焊接之所以比普通方法更可取，也因为电子束焊接产生的热能仅为普通焊接所产生热能的1%左右。因此，由该方法焊接引起的辊子外壳内的变形都在允许限度之内。
下面将给出本专利的权利要求，但本发明的细节可以在所述权利要求规定的发明思想范围内进行改动而不同于上面仅为举例目的而叙述的细节。
权利要求
1.用耐腐蚀金属或合金，特别是精炼钢制造造纸机的辊子或滚筒的圆柱形外壳(10)，特别是制造造纸机吸水辊的带孔的圆柱形外壳的方法，其特征在于，该方法由下列步骤组成a)用耐腐蚀金属或合金，特别是精炼钢板切出长度等于所制辊子外壳总长度的长方形板坯(20A)；b)将上述板坯(20A)加工成其横截面相当于圆环形的一部分的外壳组块(20)；c)用上述外壳组块(20)组装成一个辊子或滚筒的圆柱形外壳，组装方法是，在电子束焊接装置的真空室内，用电子束焊接形成的轴向焊缝(14)将外壳组块(20)连接在一起，每一个辊子外壳(10)所用的外壳组块(20)至少为6块，常用10～16块，最好是多达70块；d)将上述辊子外壳(10)至少从外面加工成环状圆柱形，最好是内外两面都加工。
2.用耐腐蚀金属或合金，特别是精炼钢制造造纸机的辊子或滚筒的圆柱形外壳(10)，特别是制造造纸机吸水辊的带孔的圆柱形外壳的方法，其特征在于，该方法由下列步骤组成;a)用耐腐蚀金属或合金，特别是精炼钢板切出长度等于所制辊子外壳总长度的长方形板坯(20B);b)用上述外壳组块(20B)组装成一个辊子或滚筒的圆柱形外壳(10)，组装方法是，在一种电子束焊接装置的真空室内，用电子束焊接形成的轴向焊缝(14)使板坯(20B)连接在一起，每一个辊子外壳(10)所用的板坯(20B)为6～20块，最好为10～16;c)将上述的象一个多面体的辊子外壳坯件至少从外面加工成环状的圆柱形，最好是内外两面都加工。
3.用耐腐蚀金属或合金，特别是厚度为40～70毫米的精炼钢板制造造纸机辊子或滚筒的圆柱形外壳的方法，其特征在于，该方法由下列步骤组成;a)用耐腐蚀金属或合金，特别是精炼钢板料切出长度等于所制辊子外壳总长度的长方形板坯;b)将上述板坏弯曲成其横截面形状相当于圆环形的一部分的外壳组块;c)用上述外壳组块组装成一个辊子或滚筒的圆柱形外壳，组装方法是，在一种电子束焊接装置的真空室内，用电子束焊接形成的轴向焊缝(14)使外壳组块(20)连接起来，每一个辊子外壳(10)所用的外壳组块(20)为4～10块，最好为4～6;d)将上述辊子外壳(10)至少从外面加工成环状的圆柱形，最好是内外两面都加工。
4.根据权利要求1～3中的任一项的方法，其特征在于，上述辊子外壳(10)经电子束焊接后，要进行热处理，此时，该辊子外壳(10)最好处于垂直位置。
5.根据权利要求1～4中的任一项的方法，其特征在于，上述辊子外壳是由高合金化的两相钢，例如精炼的铬镍钢制成的。
6.根据权利要求1～5中的任一项的方法，其特征在于，电子束焊接参数，如焊接机头中电子枪的输出功率(W)，焊接电压(U)和焊接电流(I)的选择要能使焊接机头的焊接速度(v)达到v＝0.1～1.0米/分。
7.根据权利要求1～6中的任一项的方法，其特征在于，用精炼钢板切出长度等于整个辊子外壳(10)的长度的板坯(20B)，从材料使用经济考虑，其横截面切为梯形，因此，彼此靠近焊接的切口(20e)间的夹角等于外壳组块(20)的中心角(a)。
8.造纸机的辊子或滚筒，特别是外壳(10)带有孔眼(15)的吸水辊，它包括一个圆柱形外壳(10)和两个固定在其两端上的端部零件(11)或类似件，辊子或圆筒的轴颈(12)或类似件与上述端部零件相连，其特征在于，上述辊子或滚筒有一个圆柱形的、一般由6～20块，最好多达70块长方形的轴向外壳组块(20)组成的外壳(10)，这些组块由在整个辊子外壳长度上延伸的、并由电子束焊接形成的连续轴向焊缝(14)连接在一起，且没有横向焊缝。
9.根据权利要求8的辊子或滚筒，其特征在于，其圆柱形外壳(10)由高合金化的两相钢，例如精炼的铬镍钢制成。
10.根据权利要求8或9的辊子或滚筒，其特征在于，所述的圆柱形外壳(10)的壁厚(d)在d＝55～90毫米的范围内，在大型造纸机用的辊子中，壁厚d＝70～90毫米，辊子直径(D)在D＝600～1500毫米的范围内，滚筒的直径则在1.5～10米的范围内。
全文摘要
用耐腐蚀金属或合金，特别是精炼钢制造造纸机辊子或滚筒的圆柱形外壳(10)的方法，先用板料切出长度等于辊子外壳总长度的长方形板坯(20A)，再将该板坯加工或弯曲成横截面为圆环形一部分的外壳组块(20)，然后将一定数量的外壳组块(20)置于真空室内，用电子束焊接形成的轴向焊缝(14)使外壳组块(20)连接成一个辊子或滚筒的圆柱形外壳(10)。文中还阐述了采用上述方法制成的辊子或滚筒。
文档编号D21F3/10GK1044506SQ901000
公开日1990年8月8日 申请日期1990年1月9日 优先权日1989年1月9日
发明者怀诺·塞拉斯 申请人:维美德造纸机械有限公司