专利名称：滚筒与滚筒的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种辊筒的制造方法，尤其是压辊的制造方法。该辊筒的芯筒外面包有中间层，中间层的外面焊有表层。
本发明还涉及以本发明的方法制造的辊筒。
现有技术中已有各种不同的多层结构的辊筒及这一类辊筒的制造方法。
芬兰专利第66667号(爱德华·库斯特(EduavdKüsters))中所述的方法是利用冷缩作用将一系列耐腐蚀钢制成的环圈一个个沿轴向排列起来套到柱状辊筒芯筒上。由钢板隔圈构成的外层和内层先装到柱状辊芯上，它们再从外面用上述收缩圈箍住。
芬兰专利第55457号(贝略特公司(BeloitCorporation))中所述的组合式辊筒由三个同心辊筒组成，这三个同心辊筒通过离心铸造作为独立铸件分别铸出。三个同心辊筒之间为熔炼接合。为了达到足够的压缩预应力，其外筒部分、中间筒及内筒部分的总体积应为外筒部分体积的2～4倍。
现有技术中，也有通过直接在辊体结构上焊接形成辊筒包覆层的。其缺点是焊接限制了辊筒材料的选用范围，焊后筒壁还将产生较大的变形，而且最重要的是，焊接中产生的较大的焊接应力会极大地降低辊筒的抗疲劳性。
这方面的一个实例可参见申请人的芬兰专利申请第853544号。根据该申请的方法，将含金属的包覆层，用带焊直接焊到辊体上，而将柱状辊体包覆起来。该芬兰专利申请第853544号的目的是使纸卷与辊筒的分离能够得到控制，并使辊筒获得抗各种表面应力的性能。根据该项申请的发明，辊筒的机械强度主要通过现有技术的辊体达到，而辊筒的表面性能和表面强度则通过根据该发明的新的生产工艺和选择新的材料来达到。
现有技术中与本发明联系更紧密的另一发明参见芬兰专利第41489号(A.阿尔斯特姆·奥萨奇多(A.AhlstroemOsak-eyhtioe))，该发明叙述了压辊的一种制造方法，特别是用于造纸、纸浆生产及类似机械中的辊筒，上述辊筒壁厚较大，外面包有一层薄壁的筒圈。筒圈由耐腐蚀的合金钢制成。当薄壁筒圈在其位置安装好后，在薄壁筒圈的外表面再焊上与薄壁筒圈成份相同的补充材料，从而形成一层熔化的材料，该层熔化材料冷却后会使薄壁筒圈在辊体圆周上产生收缩。
本发明的目的是提供一种辊筒、尤其是压辊的制造方法。这种辊筒由于形成了多层结构，所以焊接时包覆层中产生的较大的有害焊接拉应力可以被减弱，同时产生作用于辊体上的有利压应力。这样，一旦表层有裂纹产生，便会在扩展到辊体之前截止。目的是防止焊接拉应力直接作用于辊体，否则，如有裂纹产生就可能导致辊体损坏。
本发明的另一个目的就是进一步改进申请人的芬兰专利申请第853544号中所述的辊筒，以使其具有上述特点。
为达到发明的上述目的，根据本发明的制造辊筒的方法具有下述顺序的步骤a)在辊筒芯筒外面包有一层留有一定间隙的薄壁筒圈，或套有环圈，或包有连续的带圈，形成中间层，b)在中间层上焊有坚固的表层，c)中间层和焊在其上的表层可因冷缩而紧贴辊筒芯筒。
由于预先选择了间隙和包覆层的张紧度，所以表层产生的较大的有害焊接应力至少可被部分抵消。
另一方面，本发明的辊筒的特征主要还在于其辊筒芯筒外是一层薄壁筒圈，或是一层连续的带圈，或是环圈，最外面是焊上的表层。
本发明的方法中，辊筒芯筒外包有一层薄壁筒圈，并留有一定间隙。最合适的间隙大小约为0～4毫米。也可用连续的带圈代替薄壁筒圈包在芯筒外面，这时，上述包覆层的张力可以是，例如，50至1500兆帕。包在芯筒外面的也可用环圈，这时应选择环圈的间隙(h)，例如，使环圈中张力在0至1500兆帕。然后，将表层焊到薄壁筒圈中间层上或带圈、环圈中间层上，焊接过程中，中间层的薄壁筒圈、带圈或环圈被部分融化。随即中间层随着焊接的表层冷却，在冷却过程中，中间层由于收缩而紧贴到芯筒上，形成一个可靠的红套连接。通过选择中间层的间隙或带圈的包覆张力，可使包覆过程产生合适的张力，以使焊接应力至少被部分抵消。例如带圈具有人们要求的焊接特性，表层的焊接影响到带圈，焊接使带圈收缩而贴紧芯筒。如果产生裂纹，将不会扩展到辊体，同样，轴向裂纹也会在筒圈及带圈间截止。
产生的焊接应力可通过现有的应力测量方法测得，如可通过射线金相学或钻孔的方法测量。通过实验获得合适的间隙值，以使包覆层可刚好因收缩而贴到辊体上，这样使焊接应力达到最小。其值大小可通过上述方法得到。
本发明的辊筒的表层可采用芬兰专利申请第853544号所述方法进行加工。
本发明的辊体可通过现有技术制造，例如通过铸造、锻造、金属板卷曲及焊接而成。制造出的有端面及辊颈的辊体主要使其具有必需的机械强度，而柱状芯筒所要求的表面性能和机械强度则通过本发明的辊筒包覆来达到。
本申请中的表层可以使用申请人在芬兰专利申请第850107号和第853544号中所推荐的材料。
构成表层的焊接材料可以大部或完全不同于其内部薄壁筒圈的材料。
本发明对中间层的材料没有特殊的要求。例如，它可以是可焊或非合金碳钢，如Fe-37(或Fe-52)或合金不锈钢。中间层厚度可在3至40毫米，最好在7至15毫米。
本发明将通过附图进一步阐述，其中，
图1A是本发明方法的第一实施例的一个截面示意图，图中薄壁筒圈已包到辊筒芯筒上并留出了一个小间隙。
图1B是第一实施例的一个截面示意图，图中表层正在被焊接到薄壁筒圈上。
图2是按本发明第一实施例完成后的辊筒截面示意图。
图3是按本发明第二实施例的相应轴向截面示意图。
图1A中，辊筒芯筒标有参考号码1，本发明的薄壁筒圈2a已包到辊筒芯筒1上并留有间隙h。图中不反映真空的尺寸比例。
与图1A类似，图1B表示出了芯筒1和薄壁筒圈2a及间隙h。薄壁筒圈2a通过焊接被包覆起来，例如，可以用图1B中所示的带材3作为焊接中的填充材料。焊接过程可按例如芬兰专利第853544号中叙述的方法进行。图1B不反映真空尺寸比例。
焊有表层的薄壁筒圈2a随后即冷却，在冷却作用下收缩而贴到辊体1上，最好能使冷缩张力刚好产生可靠的红套连接，而使焊接应力减至最小。利用间隙h目的是使焊接中产生的焊接应力至少被部分抵消。
图2是按本发明完成的辊筒的剖视图。图中表示出了辊筒芯筒1、薄壁筒圈2和表层4。图2不反映真空尺寸比例。
图3是本发明第二实施例的轴向剖视图。图中可以看到，中间层2由绕在辊筒芯筒1上的连续带圈2b形成。图3也表示出了焊上的表层4。图3还表示出如何截止可能发生的向辊体扩展的裂纹。最初的裂纹以参考号码5表示，图中参考号码6表示增长的裂纹，可以看到，它在界面上截止了。本发明的第二及第三实施例的中间层是由绕在辊体1上的带圈或套在辊体1上的环圈组成的，它们可以阻止径向及轴向两个方向的裂纹扩展。
本发明的优点之一是中间层可用价廉的材料组成，例如无需采用耐腐蚀及耐磨材料，只考虑可焊性就可以了。通过对中间层材料的选择，可以影响中间层的热膨胀性和收缩性，从而影响表层焊接时所产生的焊接应力的大小。所采用的焊层越易破损，焊后中间层允许的变形就越小。如中间层以带圈绕制或由环圈组成并作为焊接的基体，那么还有一个优点就是其界面(带圈间、环圈间界面)可阻止裂纹沿轴向的扩展。对于用带圈绕制的中间层，还可以适当选择带圈的初始张力来影响焊接张力。
除了上面提到的发明目的之外，本发明还具有下述优点辊筒芯筒材料可任选，抗疲劳性大大改善，包覆层更新较容易，变形减小，而且，对现有的非可焊材料制成的辊筒也可用上述方法包覆。
下文给出了专利权利要求书。发明的各细节可在专利权利要求书限定的发明意图内有所变化。
权利要求
1.一种制造辊筒的方法，尤其是压辊的方法，其中，所述的辊筒芯筒(1)被中间层(2)所包，中间层(2)外则焊有表层(4)，其特征在于本方法由下述顺序的各步骤组成a)在辊筒芯筒(1)外面包有一层薄壁筒圈(2a)并留有一定间隙(h)，或包有环圈或连续的带圈(2b)，它们形成中间层，b)在中间层(2)上焊有坚固的表层(4)，c)中间层(2)和焊在其上的表层(4)可因热缩而紧贴辊筒芯筒(1)，由于预选了间隙(h)或包覆带圈的张紧度，所以表层(4)产生的较大的有害焊接应力至少可被部分消除。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述间隙(h)约为0～4毫米。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于包覆带圈(2b)张力为50～1500兆帕。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于环圈(2c)的间隙选定后使其环圈内张力为0～1500兆帕。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于构成表层(4)的焊接材料(4)可以与其内部的中间层(2)的材料完全相同、部分相同或完全不同。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于中间层(2)厚度在3～40毫米，最好为7～15毫米。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于选择了表层(4)所含金属，使纸卷与辊筒的分离能够得到控制，并使辊筒获得抗各种表面张力的性能。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，制造的辊筒，尤其是压辊，该辊筒芯筒(1)外包有中间层(2)，中间层(2)上焊有表层(4)，其特征在于包在芯筒外的是一层薄壁筒圈(2a)，或是连续的带圈(2b)或是环圈(2c)，最外层是焊接的表层(4)。
9.如权利要求8的辊筒，其特征在于表层(4)可以与其内部的中间层(2)采用相同的、或部分相同的、或完全不同的材料。
10.如权利要求8或9所述辊筒，其特征在于选择了表层(4)所含金属，使纸卷与辊筒的分离能够得到控制，并使辊筒获得抗各种表面张力的性能。
11.如权利要求8至10中任一项所述的辊筒，其特征在于包覆层金属是含铬不锈钢。
12.如权利要求8至11中任一项所述的辊筒，其特征在于包覆层金属中铬含量为9～35%。
13.如权利要求8至12中任一项所述的压辊，其特征在于辊筒的包覆层材料除金属外还含有一种或几种陶瓷材料。
14.如权利要求8至13中任一项所述的辊筒，其特征在于其陶瓷附加剂选自下述化合物Al2O3，SiO2，TiO2，ZrO2，SiC，TiC，Cr3C2，WC，NbC，VC，Cr7C3。
全文摘要
一种制造轧辊的方法，是在轧辊的芯筒外包有留出一定间隙的薄壁筒圈，或套有环圈(2c)或绕有连续的带圈(2b)，以构成中间层。中间层外焊有坚硬的表层(4)。中间层及焊在其上的表层(4)可收缩而紧贴芯筒(1)。通过选择间隙(h)或带圈的张紧度，可使表层(4)中的焊接应力至少被部分消除。本发明还包括用本方法生产的滚筒。
文档编号F16CGK1036624SQ8910063
公开日1989年10月25日 申请日期1989年2月9日 优先权日1988年2月9日
发明者奥斯莫·尼库赖伦 申请人:维美德造纸机械有限公司