一种拼焊板材局部预硬化方法及辊轧装置与流程

本发明涉及一种机械装备及加工方法。

背景技术：
:

拼焊成形方法是将两块或两块以上同材质或不同材质、同厚度或不同厚度的板料金属采用焊接的方法连接成整体，经后续材料加工处理，得到应用制品的材料加工技术。经拼焊得到的板材，能够满足零件各部位对材质、厚度、强度和耐蚀性的不同要求，也能满足大尺寸焊接板材的要求。但是由于焊接过程的高温度作用，使焊缝热影响区受到了高温退火作用，导致焊后热影响区晶粒粗大，致使板材不同位置的力学性能不同，在后续塑性加工成形时，热影响区容易发生较大变形，而母材变形则相对很小，往往造成制品壁厚产生严重不均匀现象。如大型拼焊集装箱封头拉深成形时，焊缝热影响区就会发生过度减薄现象。

技术实现要素：
:

本发明的目的是提供一种能防止焊缝热影响区的过度减薄，提高拼焊板制品成形过程中的壁厚均匀性的拼焊板材局部预硬化方法及辊轧装置。本发明主要是采用具有特殊形状轧辊的辊轧装置，在焊接后成形前对拼焊板焊接接头热影响区进行辊轧预硬化，防止成形过程中焊接接头热影响区的过度减薄，提高制品的壁厚均匀性。

本发明的辊轧装置主要包括机架组件和轧辊组件。其中，机架组件主要包括有机架、调辊机构和换辊机构，机架为立方体形框架，其底部内侧设有两端固定在机架上的下固定托板。机架顶上设有调辊机构，其通过两端固定在机架上的上固定托板支撑。在上固定托板上面设有三个轴线在一个竖直面上的齿轮，其中间齿轮为调节杆齿轮，该齿轮的齿轮轴上面固定有与其同轴线的调节杆，在中间齿轮两侧各设一个与其啮合的调辊齿轮，每个调辊齿轮的齿轮轴上面中心各设一个齿轮转盘旋钮，其作用主要为紧固中间齿轮两侧的调辊齿轮，在每个调辊齿轮下面设有与齿轮转盘旋钮同轴的竖直压下螺杆，该压下螺杆穿过上固定托板通孔及机架横梁内设的螺孔下端为球面凸起。换辊机构的换辊托板一侧固定在机架外侧的底部，最好其顶面与下固定托板的顶面平齐。在换辊托板两侧的机架上与上下两轧辊间隙对应的位置分别设有送入托板和送出托板，每个托板上各设一对可在其上移动的托板定位块，用于调整并锁定被加工工件的位置，实现焊缝位于轧辊两凸环之间的要求。

轧辊组件中的轧辊为相同的两个，它们的中部均为工作部分，在距该工作部分中心一定距离的两侧，设有对称的两个大于其工作部分直径的径向凸环(该径向凸环厚度随焊接方法的不同也会不同，通常为6mm-27mm，径向凸环直径只需大于其工作部分10mm以上即可)，两个轧辊的两端均为支撑部分，其外面设有滚动轴承，该滚动轴承分别置于两对轴承座内。每对轴承座各有一个上轴承座和下轴承座，上轧辊两端分别置于两上轴承座内，下轧辊两端分别置于两下轴承座内。在滚动轴承内侧(朝向轧辊工作部分)的轴承座与轧辊之间设有轴肩挡圈，用于确保两辊的正对位置。在滚动轴承外侧的上下轧辊上设有套于其上的定距环，其一端与滚动轴承相邻，另一端与设在上下轧辊端部径向凹槽内的弹性挡圈相邻，用于确保上下轧辊径向凸环的平行位置；在滚动轴承外侧的轴承座上设有通过紧固件固定于其上的轴承端盖。上下两轴承座之间设有平衡弹簧，其既能使两轧辊平行，又能根据需要调节两辊之间的距离。所述两轧辊至少有一根的支撑部分伸到轴承座外，并且其上设有销，通过该销与动力机构相连，带销的轧辊为主动轧辊，最好两个轧辊都为主动轧辊，灵活机动。所述上下轴承座两侧均通过连接件活动连接在工作机架上，用轴承端盖螺钉固定在机架两立柱之间。所述每个上轴承座顶部各与一个压下球面垫相连，该柱形压下球面垫顶部设为球形凹面，其与压下螺杆的下端球面凸起相对应。通过转动调节杆驱使调辊齿轮转动，该调辊齿轮又带动压下螺杆转动使其升降，进而调节压下球面垫的高度，实现调节上轧辊的高度，以适应不同厚度焊接板材和不同预硬化压下量的轧制预硬化要求。

本发明的局部预硬化方法如下：

1、取激光焊、氩弧焊和埋弧焊等焊接方法将两块板材进行焊接制成的带焊缝拼接板料。

2、根据不同预硬化压下量的要求，调节上下轧辊两凸环之间的距离，转动调节杆，带动调辊齿轮转动，控制压下螺杆上下移动，进而控制上下辊之间的距离。

3、调节送入托板和送出托板上定位块的位置，在两侧可调整板材位置的定位块作用下，保证带焊缝拼接板料的焊缝位于两轧辊两凸环之间的凹槽内。

4、将带焊缝拼接板料经送入托板送入上下轧辊之间，利用主动轧辊与从动轧辊转动的摩擦力将带焊缝拼接板料带入辊系中，于是上下两轧辊的凸环便对带焊缝拼接板料的热影响区进行一定压下量的轧制预硬化处理，经轧制处理后，板材经由出口托板送出。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明可以对焊后板材焊接接头热影响区进行局部预硬化处理，使板材的强度得到提高，使易变形区提前转化为较难变形区，防止成形过程中焊接接头热影响区的过度减薄，能基本满足后续的拉伸或胀形等成形，提高制品的壁厚均匀性，采用相对较薄的板材即可成形出满足最小壁厚要求的制品，从而节省原材料，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明预硬化辊轧装置主视示意图；

图2是本发明预硬化辊轧装置侧视示意图；

图3是本发明预硬化辊轧装置机架俯视示意图；

图4是本发明预硬化辊轧装置轧辊组件主视剖面示意图；

图5是本发明带焊缝拼接板料立体示意图；

图6是本发明带焊缝拼接板料轧制预硬化前厚度示意图；

图7是本发明带焊缝拼接板料轧制预硬化后厚度示意图。

图中：1-换辊托板，2-下轧辊，3-送入托板，4-上轧辊，5-机架，6-调辊齿轮，7-调节杆，8-齿轮转盘旋钮，9-上固定托板，10-上轧辊凸环，11-轴承端盖螺钉，12-上轧辊销，13-送入托板定位块，14-送入托板螺钉，15-下轧辊销，16-下轧辊凸环，17-下固定托板，18-送出托板，19-送出托板定位块，20-轴承座挡板，21-轴承端盖，22-压下球面垫，23-压下螺杆，24-轴承端盖螺钉，25-轴承座，26-换辊托板螺钉，27-调节杆齿轮，28-定距环，29-弹性挡圈，30-轴肩挡圈，31-平衡弹簧，32-滚动轴承，33-半圆板A，34-焊缝，35-半圆板B。

具体实施方式:

在图1、图2和图3所示的拼焊板局部预硬化辊轧装置示意图中，机架5为立方体形框架，其底部内侧设有两端固定在机架上的下固定托板17。机架顶上设有调辊机构，其通过两端固定在机架上的上固定托板9支撑。在上固定托板9上面设有三个轴线在一个竖直面上的齿轮6和27，其中间齿轮为调节杆齿轮27，该齿轮27的齿轮轴上面固定有与其同轴线的调节杆7，在中间齿轮两侧各设一个与其啮合的调辊齿轮6，每个调辊齿轮6的齿轮轴上面中心各设一个齿轮转盘旋钮8，在每个调辊齿轮6下面设有与齿轮转盘旋钮8同轴的竖直压下螺杆23，该压下螺杆23穿过上固定托板9通孔及机架5横梁内设的螺孔下端为球面凸起。换辊机构的换辊托板1一侧固定在机架5外侧的底部，其顶面与下固定托板17的顶面平齐。在换辊托板1两侧的机架5上与上下两轧辊间隙对应的位置分别设有送入托板3和送出托板18，每个托板上各设一对可在其上移动的送入托板定位块13和送出托板定位块19。轧辊组件中的轧辊为相同的两个，如图4所示，它们的中部均为工作部分，在距该工作部分中心一定距离，两侧设有对称的两个大于其工作部分直径的径向凸环10和16，两个轧辊2和4的两端均为支撑部分，其外面设有滚动轴承32，该滚动轴承32分别置于两对轴承座内。每对轴承座25各有一个上轴承座和下轴承座，上轧辊两端分别置于两上轴承座内，下轧辊两端分别置于两下轴承座内。在滚动轴承32内侧(朝向轧辊工作部分)的轴承座与轧辊之间设有轴肩挡圈30，在滚动轴承32外侧的上下轧辊上设有套于其上的定距环28，其一端与滚动轴承相邻，另一端与设在上下轧辊端部径向凹槽内的弹性挡圈29相邻；在滚动轴承外侧的轴承座上设有套在轧辊定距环上并通过螺钉固定在轴承座25上的轴承端盖21。上下两轴承座之间设有平衡弹簧31。所述两轧辊它们的支撑部分均伸到轴承座外，并且其上设有销12和15，通过该销与动力机构相连，两个轧辊都为主动轧辊。所述上下轴承座25两侧均通过轴承座挡板20(轴承座挡板通过螺栓连接固定在工作机架上)，用轴承端盖螺钉24固定在机架5两立柱之间。所述每个上轴承座顶部各与一个压下球面垫22相连，该柱形压下球面垫22顶部设球形凹面，其与压下螺杆23的下端球面凸起相对应。

实施例1

采用激光焊焊接方法，将两块半圆板A33、半圆板B35进行拼接焊，制成带焊缝34的拼接板料。根据不同预硬化压下量的要求，调节上下轧辊两凸环之间的距离，转动调节杆，带动调辊齿轮转动，控制压下螺杆上下移动，进而控制上下辊之间的距离。调节送入托板和送出托板上定位块的位置，在两侧可调整板材位置的定位块作用下，保证带焊缝拼接板料的焊缝位于两轧辊两凸环之间的凹槽内。将带焊缝拼接板料经送入托板送入上下轧辊之间，其每个轧辊的两径向凸环间距为焊缝宽度，并且径向凸环直径大于其工作部分10mm，厚度为4mm，利用两轧辊转动的摩擦力将带焊缝拼接板料带入辊系中，于是上下两轧辊的凸环便对带焊缝拼接板料的热影响区进行一定压下量的轧制预硬化处理，经轧制处理后，板材经由出口托板送出。上述操作的具体数值如下：对两块直径D为5m，初始厚度H为5.4mm的304不锈钢半圆板进行激光焊接，然后拉深成形出直径为2.6m的球形封头，如果不采用预硬化工艺，拉深成形后，封头焊接接头热影响区减薄最为严重，厚度为4.4mm，减薄1mm。板材焊接完成后，利用拼焊板材局部预硬化装置对焊接封头热影响区进行辊轧预硬化处理，轧制完成后，使封头热影响区厚度h减小到4.8mm，减薄0.6mm，两侧各减薄0.3mm，当对封头进行拉深变形时，除焊缝热影响区外的其余部分优先产生变形，最终达到整个封头均匀变形，整个封头壁厚的最薄位置厚度为4.7mm。

实施例2

采用钨极氩弧焊焊接方法，将两块半圆板A33、半圆板B35进行拼接焊，制成带焊缝34的拼接板料。根据不同预硬化压下量的要求，对上下辊两凸环之间的距离进行调节，其每个轧辊的两径向凸环间距为焊缝宽度，并且径向凸环直径大于其工作部分10mm，厚度为9mm，其他具体操作过程与实施例1相同，对两块直径D为3m，初始厚度H为4.3mm的304不锈钢半圆板进行激光焊接，然后拉深成形出直径为1.2m的球形封头，如果不采用预硬化工艺，拉深成形后，封头焊缝热影响区减薄最为严重，厚度为3.4mm，减薄0.9mm。板材焊接完成后，利用拼焊板材局部预硬化装置对焊接封头热影响区进行辊轧预硬化处理，轧制完成后，使封头热影响区厚度h减小到3.8mm，减薄0.5mm，两侧各减薄0.25mm，当对封头进行拉深变形时，除焊缝热影响区外的其余部分优先产生变形，最终达到整个封头均匀变形，整个封头壁厚的最薄位置厚度为3.75mm。

实施例3

采用埋弧焊焊接方法，将两块半圆板A33、半圆板B35进行拼接焊，制成带焊缝34的拼接板料。根据不同预硬化压下量的要求，对上下辊两凸环之间的距离进行调节，其每个轧辊的两径向凸环间距为焊缝宽度，并且径向凸环直径大于其工作部分10mm，厚度为12mm，其他具体操作过程与实施例1相同，对两块直径D为0.8m，初始厚度H为6mm的304不锈钢半圆板进行激光焊接，然后拉深成形出直径为0.3m的球形封头，如果不采用预硬化工艺，拉深成形后，封头焊缝热影响区减薄最为严重，厚度为3.1mm，减薄0.9mm，两侧各减薄0.45mm。板材焊接完成后，利用拼焊板材局部预硬化装置对焊接封头热影响区进行辊轧预硬化处理，轧制完成后，使封头热影响区厚度h减小到3.6mm，减薄0.4mm，两侧各减薄0.2mm，当对封头进行拉深变形时，除焊缝热影响区外的其余部分优先产生变形，最终达到整个封头均匀变形，整个封头壁厚的最薄位置厚度为3.57mm。

实施例4

采用激光焊焊接方法，将两块半圆板A33、半圆板B35进行拼接焊，制成带焊缝34的拼接板料。根据不同预硬化压下量的要求，对上下辊两凸环之间的距离进行调节，其每个轧辊的两径向凸环间距为焊缝宽度，并且径向凸环直径大于其工作部分10mm，厚度为5mm，其他具体操作过程与实施例1相同，对两块直径D为1.5m，初始厚度H为5mm的304不锈钢半圆板进行激光焊接，然后拉深成形出直径为0.8m的球形封头，如果不采用预硬化工艺，拉深成形后，封头焊缝热影响区减薄最为严重，厚度为4.3mm，减薄0.7mm。板材焊接完成后，利用拼焊板材局部预硬化装置对焊接封头热影响区进行辊轧预硬化处理，轧制完成后，使封头热影响区厚度h减小到4.6mm，减薄0.4mm，两侧各减薄0.2mm，当对封头进行拉深变形时，除焊缝热影响区外的其余部分优先产生变形，最终达到整个封头均匀变形，整个封头壁厚的最薄位置厚度为4.5mm。