分体式托圈及其制造方法与流程

本发明涉及转炉零部件加工技术领域，尤其涉及一种分体式托圈及其制造方法。

背景技术：

托圈是转炉的重要组成部分，用于支撑转炉的炉身以实现其旋转，进而实现炼钢。托圈的体积和重量较大，进而存在运输困难的问题。为了便于运输及转炉中吹氩管、冷却水管的布置安装，托圈通常采用分块设计并制作，如图1所示，托圈一般分为如下四部分：两个耳轴块(即驱动端耳轴块01、游动端耳轴块02)和两个扇形体(即加料侧扇形体03和出钢侧扇形体04)，驱动端耳轴块01上设置有驱动耳轴05，游动端耳轴块02上设置有游动耳轴06。生产厂家分别制备上述四部分，然后分别运输到现场再组装形成托圈整体。在组装的过程中，用户需要将上述四部分采用焊接的方式实现组合。由于托圈对加工质量要求较高，需要驱动端耳轴块01上的驱动耳轴05和游动端耳轴块02上的游动耳轴06具有较高的同轴度，因此在组装焊接的过程中需要设计极其复杂的焊接工艺及施工方法。当然，上述组合过程仍然存在难以解决的问题，影响着组合后的托圈质量。

托圈的组合形成工艺具体存在以下问题：1、驱动端耳轴块01、游动端耳轴块02、加料侧扇形体03和出钢侧扇形体04均为自由状态，在焊接的过程中极易发生变形，当焊接完成之后一旦驱动耳轴05与游动耳轴06同轴度误差较大，那么将很难修复，在一定程度内，甚至无法修复，导致托圈的报废率较高。2、驱动端耳轴块01和游动端耳轴块02均为焊接结构，驱动耳轴05和游动耳轴06与相应的钢板焊接成型之后，为了确保驱动耳轴05和游动耳轴06的光洁度，上述焊接成型后无法进行整体退火，影响焊接强度。3、两扇形体部分焊接退火后会收缩变形，变形后合装时与两个耳轴块(即驱动端耳轴块01和游动端耳轴块02)的钢板部分对接会产生错边现象，矫形难度大，而错边会减小焊缝厚度影响焊接强度，导致最后成型的托圈的强度较差。4、两耳轴块和两个扇形体的毛坯制作完成之后，其四处对接面要通过机床加工来确保合装精度，四处对接面均采用大型镗铣床加工会增加制作成本。5、四部分合装时制作工艺繁琐周期长风险大，无论四部分对装还是焊接过程都需要反复检测两个耳轴(即驱动耳轴05与游动耳轴06)的同轴度并实时调整，因此极大地降低托圈的生产效率。

综上，如何解决分体式托圈在生产过程中存在的上述加工效率较低、质量较低、成本较高的问题，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明公开一种分体式托圈的制造方法，以解决目前分体式托圈在生产过程中存在的加工效率较低、质量较低、成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明公开如下技术方案：

分体式托圈的制造方法，所述托圈包括两个耳轴块和两个扇形体，两者的对接面焊接形成所述托圈；所述的制造方法包括如下步骤：

11)按照两个所述耳轴块和两个所述扇形体对接形成所述托圈的环状体下料，控制所述耳轴块与与其相邻的所述扇形体的对接面的位置，所述对接面的位置与后续加工在所述耳轴块内腔中的竖向筋板相对；

12)在所述对接面焊接所述耳轴块的下盖板与所述扇形体的下盖板、所述耳轴块的内侧板与所述扇形体的内腹板、所述耳轴块的外侧板与所述扇形体的外腹板，形成环形焊接结构；

13)对所述环状焊接结构实施应力退火处理；

14)在经过应力退火处理的所述环形焊接结构上的两个所述耳轴块上加工耳轴孔；

15)采用焊接的方式将耳轴安装在耳轴孔内及对所述耳轴与所述耳轴孔的焊接处实施局部应力退火处理；

16)焊接所述耳轴块的上盖板及在所述对接面焊接所述耳轴块的上盖板与与其相邻的所述扇形体的上盖板，得到托圈。

优选的，上述制造方法中，步骤15中，采用焊接的方式将耳轴安装在所述耳轴孔内，包括：

21)将所述耳轴穿入所述耳轴块的内侧板和所述耳轴块的外侧板上的所述耳轴孔；

22)从所述耳轴块未安装其上盖板的顶部伸入焊枪在所述耳轴块的外侧板和内侧板的内侧将所述耳轴焊接固定在所述耳轴孔；

23)在所述耳轴块的外侧板和所述耳轴块的内侧板的外侧将所述耳轴焊接固定在所述耳轴孔。

优选的，上述制造方法中，步骤22)和步骤23)均采用坡口焊接的方式实现，且位于所述耳轴块的外侧板和所述耳轴块的内侧板的外侧的坡口尺寸大于位于所述耳轴块的外侧板和所述耳轴块的内侧板的内侧的坡口尺寸。

优选的，上述制造方法中，步骤22)与步骤23)之间还包括：

采用碳弧气刨清除所述耳轴块的外侧板和所述耳轴块的内侧板的外侧与所述耳轴焊接所形成的焊根。

优选的，上述制造方法中，所述耳轴材料为20MnMoNb低合金高强度钢；所述耳轴块的内侧板和所述耳轴块的外侧板均为Q345R压力容器钢；步骤23)包括：

41)对所述耳轴块的外侧板和所述耳轴块的内侧板的外侧与所述耳轴待焊接部位实施预热处理；

42)在所述耳轴的端部布置百分表；

43)采用多人同时在所述耳轴块的外侧板的外侧与所述耳轴形成的待焊接处或在所述耳轴块的内侧板的外侧与所述耳轴形成的待焊接处焊接，焊接过程根据所述百分表的示数调整焊接参数以矫正所述耳轴的同轴度在设定范围内。

优选的，上述制造方法中，步骤43)中，多人实施焊接时的焊接方向和焊接速度均相同。

优选的，上述制造方法中，步骤14)包括：采用镗床一次加工两个所述耳轴块上的两个所述耳轴孔。

优选的，上述制造方法中，步骤14)与步骤15)之间还包括：

在所述耳轴块的内侧板与所述耳轴块的外侧板之间焊接多个工艺块，多个工艺块离散分布在所述耳轴孔的圆周上；多块所述工艺块形成用于支撑所述耳轴的支撑结构。

一种分体式托圈，由上述任意一项所述的制造方法制造而成。

本发明公开的分体式托圈的制造方法的有益效果如下：

通过上述制造过程可以看出，与背景技术中所描述的制造方法不同，本发明公开的人体是托圈的制造方法巧妙地将原来的制造工艺实施重组及改进，先组装托圈的环状体，然后对焊接后形成的环形焊接结构(耳轴块未安装上盖板)进行热处理，确保后续成型的托圈的整体强度，此过程中，各个对接面的焊接是为了后续的环形焊接结构成型，由于还未设置耳轴孔及安装耳轴，因此不存在对接面加工及焊接连接导致的焊接工艺要求高、对接面结构要求高的问题，因此能降低加工难度，提高加工效率，加工成本也能降低。而且耳轴是在后续设置上去的，耳轴安装之前的其它机构的要求不会受耳轴同轴度的过度影响，耳轴的安装仅仅通过后续的调整即可实现，能降低托圈的报废率。由于工艺顺序的调整，在未安装耳轴之间，操作工人可以对环形焊接结构实施整体的热处理，而不会影响耳轴的同轴度，这能确保整个托圈的强度及改善后续成型的托圈的整体应力分布。由于对接面的要求较高，在加工两个扇形体与两个耳轴块的对接面时无需高精度的设备来实施，不会增加托圈的制造成本，而且上述在焊接连接各个部分的过程中，操作工人只需要注重后续耳轴、耳轴孔的设计及两者的焊接工序即可，而不是整个自始至终的焊接工序，能加快托圈的生产效率。可见，本发明实施例公开的制造方法能提高托圈的生产效率、提高托圈的质量及降低托圈的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对实施例或背景技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种典型的分体式托圈的结构示意图；

图2是本发明实施例公开的分体式托圈的制造方法的流程示意图；

图3是分体式托圈中耳轴块的结构示意图；

图4是分体式托圈中扇形体的结构示意图；

图5是本发明实施例公开的分体式托圈在制造过程中形成环形焊接结构的示意图；

图6是本发明实施例公开的分体式托圈在制造过程中耳轴与耳轴孔焊接后的剖视图；

图7和图8分别是图6中I部分和II部分的放大结构示意图；

图9是图5的A-A向剖视图。

附图标记说明：

01-驱动端耳轴块、02-游动端耳轴块、03-加料侧扇形体、04-出钢侧扇形体、05-驱动耳轴、06-游动耳轴；

11-上盖板、12-下盖板、13-内侧板、14-外侧板、15-竖向筋板、16-工艺块、17-耳轴孔；

21-上盖板、22-下盖板、23-外腹板、24-内腹板。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图2，本发明实施例公开一种分体式托圈的制造方法。为了便于后文对该制造方法的说明，现在结合图1、3和4对分体式托圈的结构进行说明。如背景技术所述，分体式托圈包括两个耳轴块和两个扇形体，两个耳轴块分别为驱动端耳轴块01和游动端耳轴块02。两个扇形体分别为加料侧扇形体03和出钢侧扇形体04，两个扇形体上均设置有耳轴，分别为设置在驱动端耳轴块01上的驱动耳轴05和设置在游动端耳轴块02上的游动耳轴06。两个耳轴块和两个扇形体通过四组对接面焊接实现组合，进而形成分体式托圈。

请参考图3，两个耳轴块的组成结构类似，均包括上盖板11、下盖板12、内侧板13、外侧板14、竖向筋板15，上盖板11、下盖板12、内侧板13和外侧板14形成有腔结构，竖向筋板15设置在耳轴块的内腔中，且其两端分别焊接在上盖板11和下盖板12上，起到加强的作用。耳轴块上设置有耳轴孔17，用于安装耳轴，驱动耳轴05或游动耳轴06。内侧板13和外侧板14均设置有耳轴孔，两者同轴布置。

请参考图4，两个扇形体的组成结构也类似，均包括上盖板21、下盖板22、外腹板23、内腹板24和竖向筋板(图中未示出)。在组装托圈的过程中，对接出的耳轴块与扇形体的上盖板11与上盖板21焊接、下盖板12与下盖板22焊接，内侧板13与内腹板24焊接，外侧板14与外腹板23焊接。

请再次参考图2，本发明实施例公开的分体式托圈的制造方法，包括如下步骤：

S100、制备两个扇形体和两个耳轴块。

本步骤中，按照两个耳轴块和两个扇形体对接能组合托圈的环状体下料来制备，需要说明的是，本文中的托圈的环状体指的是分体式托圈的环状主体，不包括驱动耳轴05和游动耳轴06。

在制备的过程中，需要控制耳轴块与与其相邻的扇形体的对接位置，即调整对接面位置，使得对接面位置与后续要安装的竖向筋板15相对，也就是说，调整托圈的整个环状上盖板与环状下盖板的拼接位置。对接面位置与用于安装竖向筋板15的安装位对应，也就将耳轴块的上、下盖板与扇形体的上、下盖板拼接的焊接缝选在竖向筋板15的正上、下方。在焊接的过程中，操作工人可以在对接处开槽焊缝，实现在扇形体与耳轴块对接的部位焊接竖向筋板15，如图8所示，此种对接面的设置能解决目前托圈的组装方式中，竖向筋板15与上盖板11与下盖板12无法施焊或者不方便焊接的问题。

需要说明的是，步骤100中，耳轴块的上盖板11与耳轴块其它部分所形成的整体为分离式结构，也就是说上盖板11可以取下，进而打开耳轴块的内腔。

S200、对接上盖板处于分离状态的耳轴块与扇形体，形成环形焊接结构。

在两个耳轴块和两个扇形体的对接面焊接相邻的耳轴块的下盖板12与扇形体的下盖板22、耳轴块的内侧板13与扇形体的内腹板24、耳轴块的外侧板14和扇形体的外腹板23，形成环形焊接接头，如图5所示，此时，耳轴块的上盖板11暂不安装。

S300、对环状焊接结构实施应力退火处理。

本步骤对步骤S200中所形成的整体实施应力退火处理，以减小对接面以连接部位的焊接应力，能有效优化最终形成的托圈的应力分布。

S400、在经过应力退火处理的环形焊接结构的两个耳轴块上加工耳轴孔。

本步骤在上盖板11处于分离状态或者未安装状态下的耳轴块上加工耳轴孔17。本步骤中可以采用机床加工耳轴孔17，利用机床旋转台加工耳轴孔能较好地保证耳轴孔17的同轴度，对保证后续的两根耳轴同轴有较大的好处。此步骤中，整个环形焊接结构只需要一次在机床上加工即可，无需原有的需要两个耳轴块和两个扇形体多次在机床上加工对接面来调节耳轴孔17的同轴度，操作简单，而且能够节省大量的人力和成本。优选的，可以采用镗床一次加工两个耳轴块上的耳轴孔，能保证两个耳轴块上的耳轴孔的同轴度，有利于后续耳轴焊接的同轴度保证。

S500、将耳轴焊接在耳轴孔内及对耳轴与耳轴孔的焊接处实施局部应力退火处理。

采用焊接的方式将耳轴焊接在耳轴孔内，同时对耳轴与耳轴孔的焊接处实施局部应力退火处理，提高应力分布效果，达到增强焊接强度的目的。

S600、焊接耳轴块的上盖板及在对接面焊接耳轴块的上盖板与与其相邻的扇形体的上盖板，得到托圈。

本步骤中，将前续步骤中未安装的耳轴块的上盖板11焊接在耳轴块的内、外侧板上，同时可以一起焊接耳轴块的竖向筋板15。当然，耳轴块的上盖板11还需要与相邻的扇形体的上盖板21实施对接。

通过上述制造过程可以看出，与背景技术中所描述的制造方法不同，本发明实施例公开的人体是托圈的制造方法巧妙地将原来的制造工艺实施重组，先组装托圈的环状体，然后对焊接后形成的环形焊接结构(耳轴块未安装上盖板)进行热处理，确保后续成型的托圈的整体强度，此过程中，各个对接面的焊接是为了后续的环形焊接结构成型，由于还未设置耳轴孔及安装耳轴，因此不存在对接面加工及焊接连接导致的焊接工艺要求高、对接面结构要求高的问题，因此能降低加工难度，提高加工效率，加工成本也能降低。而且耳轴是在后续设置上去的，耳轴安装之前的其它机构的要求不会受耳轴同轴度的过度影响，耳轴的安装仅仅通过后续的调整即可实现，能降低托圈的报废率。由于工艺顺序的调整，在未安装耳轴之间，操作工人可以对环形焊接结构实施整体的热处理，而不会影响耳轴的同轴度，这能确保整个托圈的强度及改善后续成型的托圈的整体应力分布。由于对接面的要求较高，在加工两个扇形体与两个耳轴块的对接面时无需高精度的设备来实施，不会增加托圈的制造成本，而且上述在焊接连接各个部分的过程中，操作工人只需要注重后续耳轴、耳轴孔的设计及两者的焊接工序即可，而不是整个自始至终的焊接工序，能加快托圈的生产效率。可见，本发明实施例公开的制造方法能提高托圈的生产效率、提高托圈的质量及降低托圈的生产成本。

经过实践证明，本发明实施例公开的制造方法更适合中、小型托圈的制作，本实施例公开的托圈的制造方法构思巧妙，工序设计合理，制作线路安排得当，在降低施工难度、成本及缩短工期的前提下，能省去施工队伍外出作业的工序，能为托圈制造厂家创造更大的利润，也因此具有较好的推广价值。

上文介绍的制造方法中，由于耳轴块为有腔结构，耳轴孔穿过耳轴块的内侧板13和外侧板14，因此耳轴焊接在耳轴孔中时，耳轴与内侧板13和外侧板14之间的环形焊缝是焊接难点，焊枪无法进入狭小的内腔中。为此，耳轴块未安装的上盖板11发挥重要作用，为此，采用焊接的方式将耳轴安装在耳轴孔内，可以按照以下步骤进行，请结合参考图6和图7：

步骤a1、将耳轴穿入耳轴块的内侧板13和耳轴块的外侧板14上的耳轴孔17中。

步骤a2、从耳轴块未安装其上盖板的顶部伸入焊枪在耳轴块的外侧板14和内侧板13的内侧将耳轴焊接在耳轴孔17中。

步骤a3、在耳轴块的外侧板14和耳轴块的内侧板13的外侧将耳轴焊接固定在耳轴孔17中。

上述工序采用分侧焊接的方式，分别在内侧板13和外侧板14的两侧实现耳轴孔17与耳轴的焊接，焊接完成之后即可将耳轴块的上盖板11作最后焊接。此处焊接耳轴的过程发生在局部，焊接部位所涉及的部件及面积较小，因此对耳轴的同轴度影响较小，而且焊接工人可以随时对焊接进行调整以确保两根耳轴保持较高的同轴度。此工序发生时，由于对两个耳轴的同轴度影响最大的两个扇形体和两个耳轴块的16条焊缝(耳轴块与扇形体的每个对接面都有四条焊缝)都已经焊完，而且耳轴与耳轴孔之间总共四条焊缝，焊接对耳轴同轴度的影响较小，因此能降低制造加工托圈时保证两根耳轴的同轴度的难度，同时能提高托圈制造过程中两根耳轴的同轴度精度。

我们知道，耳轴与耳轴孔的连接处会有焊接不易达到的位置，这会影响焊接效果。为此，请再次参考图6和图7，步骤a2和步骤a3均可以采用破口焊接的方式实现。优选的，耳轴块的外侧板14与耳轴块的内侧板13的外侧坡口尺寸大于位于耳轴块的外侧板14和内侧板13的内侧的坡口尺寸，坡口焊接能提高焊接强度，使得焊接部位尽可能地延伸到耳轴与耳轴孔配合的中部，达到全面焊接的目的。由于外侧板14和内侧板13的外侧较容易操作，为此，优选的，位于耳轴块的外侧板14和耳轴块的内侧板13的外侧的坡口尺寸大于位于耳轴块的外侧板14和耳轴块的内侧板13的内侧的坡口尺寸，如图7和图8所示。

在具体的操作过程中，在开设外侧坡口的过程中，操作工人可以采用碳弧气刨清除耳轴块的外侧板14和耳轴块的内侧板13的外侧与耳轴焊接所形成的焊根，这样能实现焊接位置的全方位焊接，即外侧板14和内侧板13两侧的坡口焊接处连接，能提高连接效果。相比于传统的先焊接大坡口再焊接小坡口的工艺流程而言，上述方式能根据具体的焊接环境实施调整，确保操作方便，同时能提高焊接的连接强度。

由于大坡口会发挥较为重要的连接作用，大坡口处由于尺寸较大，对耳轴的同轴度也有较大的影响为此，提高此处的焊接质量具有决定意义。通常，耳轴材料通常为20MnMoNb低合金高强度钢；耳轴块的内侧板13和耳轴块的外侧板14通常均为Q345R压力容器钢，采用上述材料时，耳轴与耳轴块的内侧板13和外侧板14之间的焊接为异种钢焊接，焊接质量尤为重要。基于此，步骤a3可以包括以下步骤：

步骤b1、对耳轴块的外侧板14和耳轴块的内侧板13的外侧与耳轴待焊接部位实施预热处理。

本步骤可以采用履带加热器对待焊接处实施预热，以提高后续的焊接质量及焊接效果。基于上述的耳轴材料及外侧板14的材料，上述预热温度可以达到300℃。当然，不同的材料需要预热到的温度不同，本领域技术人员可以根据耳轴及内侧板13和外侧板14的材料来调整上述加热程度。

步骤b2、在耳轴的端部布置百分表。

通常可以在耳轴的端部横向和纵向位置各布置一块百分表，通过百分表实时反映耳轴焊接时的摆动情况。

步骤b3采用多人同时在耳轴块的外侧板14的外侧与耳轴形成的待焊接处或在耳轴块的内侧板13的外侧与耳轴形成的待焊接处焊接，焊接过程根据百分表的示数调整焊接参数以矫正耳轴的同轴度在设定范围内。

在具体的焊接过程中，多人焊接时焊接方向和焊接速度均相同，以避免由于受热不均、受力不均等因素导致的耳轴的同轴度变化。具体的，焊接过程中由可以采用4名技术熟练的焊工同时焊接，两人在托圈外一左一右，两人在托圈内一左一右。原则上要求同规范、同顺序、同速度焊接。观察百分表显示耳轴的摆动方向，实时调整焊接参数。托圈的两个耳轴，分别是游动端耳轴和驱动端耳轴。由于游动端耳轴的特殊性，优选的，焊接时可以先焊接游动端耳轴，然后再焊接驱动端耳轴。

请再次参考图3和图9，步骤S400与步骤S500之间还可以包括：在耳轴块的内侧板13与耳轴块的外侧板14之间焊接多个工艺块16，多个工艺块16离散分布在耳轴孔17的圆周上；多块工艺块16形成用于支撑耳轴的支撑结构，工艺块16起到支撑、抱紧耳轴的功能，能辅助保证耳轴焊接过程中的同轴度。工艺块16可以在开设耳轴孔17时根据耳轴孔的位置相应设置。

基于本发明实施例公开的分体式托圈的制造方法，本发明实施例还公开一种分体式托圈，所公开的分体式托圈由上文实施例中任意一项所述的方法制造而成。

本文中，各个优选方案仅仅重点描述的是与其它方案的不同，各个优选方案只要不冲突，都可以任意组合，组合后所形成的实施例也在本说明书所公开的范畴之内，考虑到文本简洁，本文就不再对组合所形成的实施例进行单独描述。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。