一种氧枪喷头焊接工艺的制作方法

本发明涉及一种氧枪喷头焊接工艺，属于转炉炼钢的设备部件技术领域。

背景技术：

转炉炼钢用氧枪喷头的发展经历了三个阶段：最初为锻造铜件机加工喷头，该喷头结构简单，无中心水冷，使用效果差。第二阶段为铸造喷头，采用铸造工艺制造，结构合理，解决了中心水冷问题，提高了生产效率，当前，我国炼钢业中主要使用的是纯铜铸造水冷喷头，其制造成本低，被企业广泛使用，由于铸造设备、铸造工艺技术的相对落后，传统铸造工艺在铸铜方面的局限性，使得铸造喷头铸造组织致密度低、晶格结构经常出现粗大晶粒状，极易出现粘沙、气孔、砂眼，甚至疏松现象，使喷头导热效果差、工作状态下的抗磨损、抗变形能力均不及锻造喷头好，常表现为寿命偏低，喷孔形变导致射流特性变化，铸造疏松的喷头常常影响焊缝质量，存在发生事故的隐患。第三阶段为组合式锻压喷头，组合式锻压喷头经过不断发展，其设计制作更为灵活合理，冷却效果、耐用性、抗变形能力、使用性能均比铸造喷头好，目前已被不少企业使用。

组合式锻压喷头内部采用钎焊进行连接，我国在有色金属焊接、钎焊技术方面有许多的研究成果，但是在氧枪喷头无氧铜钎焊焊接方面的技术工艺研究为数不多，有很多无氧铜钎焊方面的问题还没有行之有效的解决措施，比如说无氧铜焊接接头的装配精度不够；钎料不能充分的填满接头间隙；熔焊时容易形成未焊透缺陷，并随焊件厚度增大，未焊透越趋严重问题；焊缝金属在凝固时，容易形成粗大的树枝状结晶，焊缝冷却凝固时产生较大收缩应力，易使焊缝及熔合区产生裂纹；焊缝中不可避免的存在气体；这些问题的存在都在影响着氧枪喷头的质量，存在安全隐患，这些问题得不到合理的解决，甚至会发生设备、人身事故。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种氧枪喷头焊接工艺，可以使接头处的钎料填充饱满；可以提高无氧铜焊接接头的装配精度；可以避免熔焊时形成未焊透缺陷；可以避免焊缝及熔合区产生裂纹，减少焊缝中出现气体的可能性；提高氧枪喷头无氧铜钎焊的焊接质量，延长喷头的使用寿命。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种氧枪喷头焊接工艺，包括喷头内蕊、喷头头冠和压块；具体操作步骤依次是选材、下料制坯、温挤压成型、机械加工、焊前挤压对口、喷头焊接成型、焊后热处理、加工拉瓦尔喷孔和检验；

温挤压成型阶段：坯料加热至850℃后保温1.5-2h，模具预热至大于600℃，压力机的压下将坯料成型，压力机的压下速率为8mm/s，锻压过程保证始锻温度在800℃以上，终端温度600℃左右；锻压成型的喷头内蕊顶部内设有氧气分流孔，底部设有出氧柱体；锻压成型的喷头头冠内部设有吹氧柱体；

机械加工阶段：在出氧柱体的下端部通过切削加工出倒角；在吹氧柱体的顶部内加工一个安装孔；

焊前挤压对口阶段：对口前将焊环事先放入安装孔内，通过手动压力机带动压块下压，压块受力把喷头内蕊下部的出氧柱体装入吹氧柱体顶部的安装孔内，使出氧柱体与吹氧柱体接触面的间隙控制在0.01-0.05mm之间；

喷头焊接成型阶段：出氧柱体与吹氧柱体的连接处采用火焰钎焊进行连接，钎焊采用俯焊位置，以保证进行连续焊接，钎焊选用乙炔作为加热气体，火焰采用中性焰；钎焊过程中，钎缝及钎料均处于火焰的保护之下，钎缝焊后自然冷却，自然冷却6-8秒；

焊后热处理阶段：焊后用陶瓷加热器加热到250-350℃，然后用无尘石棉布包裹焊缝及焊缝两侧，保温3h至常温，进行焊后消氢处理。

进一步地，所述焊环为磷铜焊环，型号为bcu93p，焊芯直径为2.0mm，焊接电流为500a，工作温度为700-750℃。

进一步地，所述喷头头冠铜的纯度不低于99.98%。

进一步地，所述机械加工阶段中，倒角的角度α为18-25°，宽度l为15-20mm。

进一步地，所述机械加工阶段中，安装孔的直径比吹氧柱体的直径小10-16mm。

进一步地，所述喷头焊接成型阶段中，钎焊用的钎料选用丝状的bcu60znsn-r，直径为3.0mm，熔化温度为890-905℃；钎剂选用fb101，熔化温度为550-850℃。

本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

1.本发明通过对焊件表面的机械加工处理、接头精确装配、焊前挤压对口、钎焊的精确温度控制、焊后热处理等一系列加工步骤进行精确把握；

2.通过内置的焊环，使钎料充分的填满接头间隙，接头处的钎料填充饱满，无漏焊处；

3.可以使吹氧柱体与出氧柱体之间接头处的装配间隙控制精确，间隙控制在0.01-0.05mm之间；

4.通过预热等措施消除未焊透缺陷，且可改善焊缝成形和结晶条件，降低内应力；

5.本发明通过合适的降温措施以及焊后消氢处理，可以防止焊缝及熔合区产生出现冷裂纹和减少焊缝中出现气体的可能性；

6.本发明研制的氧枪喷头焊接工艺焊制的喷头焊缝具有较高的强度和韧性，焊接接头强度高于母材强度，经过2.5mpa水压检验，保压无渗漏，焊接质量良好，能满足喷头高寿命使用要求。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明中喷头内蕊的结构示意图；

图2是本发明中喷头头冠的结构示意图；

图3是本发明中喷头内蕊与喷头头冠的连接示意图；

图中，

1-喷头内蕊，11-氧气分流孔，12-出氧柱体，13-倒角，2-喷头头冠，21-吹氧柱体，22-安装孔，3-压块。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1一种氧枪喷头焊接工艺

如图1、图2和图3共同所示，本发明提供一种氧枪喷头焊接工艺，包括喷头内蕊1、喷头头冠2和压块3；本发明的氧枪喷头焊接工艺具体包括以下步骤：

步骤一、选材：喷头内蕊1、喷头头冠2的材料分别采用无氧铜，其中喷头头冠2铜的纯度不低于99.98%；

步骤二、下料制坯：将选取的无氧铜锻压成毛坯，在毛坯进行合理的体积分配，即确定出氧柱体12和吹氧柱体21的位置，避免出现充型不完整现象；

步骤三、温挤压成型：坯料加热至850℃后保温1.5-2h，模具预热至大于600℃，压力机的压下将坯料成型，压力机的压下速率为8mm/s，锻压过程保证始锻温度在800℃以上，终端温度600℃左右；模具预热的好处在于避免模具温度与坯料温度相差太大而产生裂纹；锻压成型的喷头内蕊1顶部内设有氧气分流孔11，底部设有出氧柱体12；锻压成型的喷头头冠2内部设有吹氧柱体21，吹氧柱体21分别与出氧柱体12的中心线共线；

步骤四、机械加工：在出氧柱体12的下端部通过切削加工出一个倒角13，倒角13的角度α为18-25°，宽度l为15-20mm；在吹氧柱体21的顶部内加工一个安装孔22，安装孔22的直径比吹氧柱体21的直径小10-16mm；

步骤五、焊前挤压对口：对口前将焊环事先放入安装孔22内，通过手动压力机带动压块3下压，压块3使喷头内蕊1内部的氧气分流孔11受力，进而把喷头内蕊1下部的出氧柱体12装入吹氧柱体21顶部的安装孔22内，使出氧柱体12与吹氧柱体21接触面的间隙控制在0.01-0.05mm之间；所述焊环为磷铜焊环，型号为bcu93p，焊芯直径为2.0mm，焊接电流为500a，工作温度为700-750℃，磷铜焊环具有不高的熔点、良好的湿润性和填满间隙的能力、焊接强度高；

步骤六、喷头焊接成型：出氧柱体12与吹氧柱体21的连接处采用火焰钎焊进行连接，钎焊用的钎料选用丝状的bcu60znsn-r，直径为3.0mm，熔化温度为890-905℃；钎剂选用fb101，熔化温度为550-850℃；

焊前应仔细清洗待焊处，彻底清除表面氧化物和油污等；钎焊采用俯焊位置，以保证进行连续焊接，钎焊选用乙炔作为加热气体，火焰采用中性焰；钎焊时，采用火焰外焰，以出氧柱体12与吹氧柱体21结合处为中心，进行上下摆动预热，使加热均匀；当温度在700-750℃时，安装孔22内部的磷铜焊环熔化将出氧柱体12与安装孔22之间的填满间隙；磷铜焊环熔化的同时钎剂熔化形成透明液态，在钎焊间隙充分流布后送人钎料，加热钎料下部，使熔化的钎料填充进间隙中，当成形钎缝外观饱满时，抽走钎料，停止加热，避免铜管接头的温度过高，加热时间过长，在钎焊过程中，钎缝及钎料均应处于火焰的保护之下，钎缝焊后自然冷却，自然冷却6-8秒；

步骤七、焊后热处理：焊完冷却6-8秒后立即将陶瓷加热器加热到250-350℃，然后用无尘石棉布包裹焊缝及焊缝两侧，保温3h至常温.进行焊后消氢处理，防止出现冷裂纹；

步骤八、加工拉瓦尔喷孔：在出氧柱体12与吹氧柱体21内部加工通过两次车削出拉瓦尔喷孔；

步骤九、检验：采用此工艺焊接的氧枪喷头进行水压检验，水压为2.5mpa，保压0.5h，不渗水者为合格；经表面着色检验和射线探伤检验，以未发现气孔和未熔合缺陷为合格。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。