专利名称：大型转炉托圈制造方法
技术领域：
本发明涉及一种大型转炉托圈制造方法，所述方法通过较为先进的托圈制造耳轴找正工艺和焊接保证措施，能够保证托圈耳轴同轴度在cp0.5mm以内。
背景技术：
托圈是转炉的重要承载和传动部件，用于承受炉壳、炉衬、钢水和自重等静负荷，同时还需承受频繁启动、制动所产生的动负荷和操作过程的冲击负荷。因此，托圈要有足够的强度和刚度，以承载大重量，从而达到支撑炉体、传动倾动力矩的作用。对于小于60吨的转炉托圈，一般做成整体结构，靠机床保证两端耳轴安装孔的同轴度，热装耳轴以保证其同轴度和连接刚度。
随着转炉向大型化发展，托圈直径越来越大，给托圈的制造增加了难度，以前小型转炉托圈整体制造的方法已无法复制到大型转炉托圈上。对大型转炉托圈，因托圈直径较大，大多超过6米，受机床加工范围和运输等的限制，托圈必须做成分体结构，安装现场对接，采取现场焊接或螺栓连接等结构形式。目前，国内各生产转炉托圈的厂家对大型转炉托圈的制造都有各自的工艺方法。根据相关资料，目前大型转炉托圈制造方法主要有(I)将整个托圈制造成4个组件，即，沿两耳轴中心线成45度角分成四瓣，各结合面之间采用工型键定位，法兰螺栓连接，为保证精度，螺栓孔必须采用铰制孔的形式，耳轴孔在整体试组装后划线，拆开后加工，靠划线和加工基准来保证耳轴同轴度。这种工艺方法加工和装配精度较低，尤其是铰制孔的加工，因其螺栓孔距托圈本体尺寸较小，一般的加工机床无法同时完成两片法兰铰制孔的配加工，只能采取铣基准，单个加工的方法，加工效率低，精度低，因而装配精度较差；(2)焊接定位块方法，托圈仍分成四瓣制造，按功能分别称传动侧耳轴座、非传动侧耳轴座、出钢侧扇形段和加料侧扇形段，在这四部分上分别焊接两组定位块，将各定位块的水平基准面机械加工成与托圈理论中心线在同一平面内，精度为O. 1mm，将各定位块的垂直基准面机械加工成与托圈理论中心线平行，要求精度达到O. 1_，现场组装焊接时依靠加工好的定位基准块对装，在两耳轴座耳轴中心孔拉一根钢丝作为耳轴找正基准，用千分尺测量耳轴止口圆弧面上各点到钢丝的距离来保证耳轴的同轴度；(3)托圈本体分两半制作，靠定位键定位，现场焊接的工艺方法。这些托圈制造工艺靠机械加工基准来保证耳轴同轴度，在焊接或把合过程中不能实现托圈耳轴的动态监测和控制，因此制造精度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高托圈耳轴同轴度的大型转炉托圈制造方法。本发明的另一目的在于提供一种能够延长托圈及其两端轴承的使用寿命的大型转炉托圈制造方法。为了实现上述目的，提供了一种大型托圈制造方法，所述大型托圈被制造成包括传动侧耳轴座、非传动侧耳轴座、出钢侧扇形段和加料侧扇形段四部分，所述制造方法包括将所述四部分预组装，预组装前先将传动侧耳轴、非传动侧耳轴热装于相应耳轴座内，在预组装的过程中利用托圈支撑工装将传动侧耳轴座和非传动侧耳轴座连接为一体，并使用激光准直仪对托圈的两个耳轴同轴度进行动态监测，其中，当监测到的同轴度不满足要求时，对托圈的四部分之间的位置关系进行调整；在预组装的托圈满足平面度和耳轴的同轴度要求后，对各个部分之间的被焊接部分做标记；拆除托圈支撑工装并将所述四部分运输至安装现场；在安装现场重新将所述四部分组装到位并执行焊接，以完成托圈的制造，其中，在安装现场进行组装和焊接的过程中利用激光准直仪动态监测耳轴座的同轴度，并根据监测结果实时调整组装和焊接操作。所述托圈工装可包括两个定位板，分别被安装在两个耳轴座的内侧止口处，每个定位板具有止口孔，并且该止口孔与耳轴座的耳轴同轴；托圈支撑件，其两端分别与定位板的止口孔形成过渡配合的子母扣。 每个定位板止口孔与托圈的耳轴的同轴度可被控制在φ0.1 mm以内。
在预组装托圈时，可使托圈的内径按照图纸尺寸扩大预定值对所述四个部件进行对装。在安装现场重新组装托圈时，同样使托圈的内径按照图纸尺寸扩大所述预定值对所述四个部件进行对装。在焊接过程中，如果两侧耳轴的同轴度在水平方向或竖直方向超过同轴度要求的一半时，则调整焊缝工艺以保证同轴度要求。在预组装时，可保证托圈的内径尺寸与理论值之差在+15mm至-8mm的范围内。所述方法还可包括在完成焊接后对托圈进行加热，以对焊缝进行去应力退火处理。所述预定值为大约6mm。所述方法还可包括在焊接之前对焊缝进行除锈和预热。所述方法还可包括在预组装时对扇形段的垂直度和高度差进行监测。所述同轴度要求为 q)0.5rnm.n所述制造方法还可包括在安装现场组装托圈之前，架设用于放置托圈的平台，并保证平台的水平度。所述制造方法还可包括在安装现场组装托圈之后，在两个耳轴座的侧边线上固定定位块。所述制造方法还可包括在安装现场组装托圈之后利用连接板在托圈的对接焊缝处加固连接。
通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中图I示出了托圈的支撑工装；图2Α和图2Β示出了托圈的焊接顺序图的示意图。
具体实施例方式以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。总的来说，本发明针对目前大型转炉托圈制造工艺的不足，设计了一种托圈耳轴连接工装，并利用测量同轴度和平面度的仪器-激光准直仪进行动态测量，在托圈的四各部分现场焊接过程中随时掌握耳轴同轴度的变化情况，以此来调整焊接工序，从而将耳轴同轴度确保在(p0.5mm以内。下面将结合图I详细描述托圈100的预组装工艺。根据本发明的实施例的托圈100被制造成四部分，包括传动侧耳轴座10、非传动侧耳轴座20、出钢侧扇形段30和加料侧扇形段40，其中，两个耳轴座10和20利用铸钢工艺铸造，然后机加工耳轴孔11和21及内侧定位止口 12和22，热装耳轴50 (参见图2A和图2B)于耳轴座上，在两侧耳轴座内侧止口 12和22处加装提前加工好的定位板61和62，并 实现过度配合，以保证工装定位板上的止口孔与耳轴同轴，同轴度被控制在O. Imm之内。由于托圈100的尺寸过大，不利于整体运输，因而只能在制造工厂先进行初步试组装，然后再在安装现场完成正式组装。在初步试组装时，在平台上划出耳轴中心线并打好样冲眼，利用型钢制作出一连接两侧耳轴座10和20的托圈支撑件80，如图I所示，托圈支撑件80的两端加工出止口孔，以与安装在耳轴座内侧定位板61，62成子母口配合并进行螺栓连接，这样两侧耳轴座连为一体，其中，定位板61、62和托圈支撑件80可被统称为托圈支撑工装。与此同时，利用激光准直仪进行动态测量，以保证两侧耳轴始终满足同轴度要求。然后，依次对装出钢侧扇形段30、加料侧扇形段40，并进行找正。其中，要求扇形段30和40的上盖板与耳轴座10和20的上盖板的上平面处于同一平面内，托圈内径按图纸尺寸+6mm对装，以为后续焊接工艺导致的材料收缩和变形预留余量。检查各焊缝的间隙、错别情况，然后根据检测情况对四处焊缝进行修整或焊补打磨，以使托圈10的四部分达到最佳预装配状态，同时检测扇形段内侧板及两耳轴座内侧板的直径最大值和最小值与理论值之差(即，托圈的内直径与理论值的差)是否分别在+15_和-8mm以内，两个扇形段的垂直度是否在4mm之内，高度偏差是否为±3mm以内。在上述检查项目合格之后在四个部件的焊接部位的适当位置划线，打上样冲眼，做好标记，便于在现场根据试装位置标记处进行装配。在完成预装配制作标记之后，拆除托圈支撑件80，并将托圈100的四个部件运输到安装现场。下面将结合图2A和图2B描述托圈100的现场装配制造工艺步骤。现场找正、焊接技术①搭平台，根据现场的实际具体情况，基本找平地面，铺上方钢和钢坯，塞紧、连接并加固焊接，使整个平台成为一个完整不动的整体，长、宽约超出托圈外径3米左右，并在准备放驱动端耳轴座的方向的一侧加放一钢坯，用于架设准直仪放地样及检测平台平面度，清理平台表面，确定十字中心线及中心，并打上标记，根据托圈的图纸尺寸对内外直径放大6_在平台上划圆，同时划出放两耳轴座的一侧边线，用准直仪检测放样划圆上的内外两点水平高度，记下数据，找出高低差，以高点为基准，用不同厚度垫片将各个测量低点垫高，以保证放置托圈10的平台趋于基本水平；③整体对装，将两耳轴座就位，调整其位置，使耳轴座上的中心线对准地样中心线，在放样划线的耳轴座侧边线上点焊定位块，此时再用准直仪检测两耳轴座的同轴度，看其是否发生变化，根据其测量数据，进行微调，使耳轴座达到准确位置，并保证同轴度在(p0.5mm以内。耳轴座定位好后开始对装两扇形段，根据原在厂内预装标记和所划地样依次将两扇形段就位，确保内圆直径+6_左右，并调整两扇形段的高低，用准直仪检测整个托圈的平面度，要求平面度小于3mm。托圈100的对接焊缝处用连接板(未示出)加固连接以保证托圈的后续焊接工艺的顺利进行，在固定连接板之后检测相关数据并根据检测到的相关数据进行合适的修理。铺垫履带加热器对焊缝处进行预热，预热温度为150°C。预热前需对焊接部位除锈，并清理干净；④对焊缝进行焊接，其中，同轴度的控制参考范围，即调整范围为x向为±0. 25mm，y向为±0. 25mm,其中，水平方向(或横向)为x,竖直方向(或纵向)为y。若同轴度在此范围内则采用对称同位焊，即同向同方同时焊接，若超出此范围则立即改变焊接顺序交错对角焊接或者单向焊接(立焊缝)，对于平焊缝则采用从里向外焊 或者从外向里焊接。对于立焊缝采用从中间往上焊或者从下往中间焊接；该托圈的焊接由4名技术熟练的焊工或自动焊接设备同时施工，原则上要求同规范、同顺序、同速度焊接。用准直仪随时监控同轴度的变化情况。再根据变化采用如下焊接位置方法，视情况具体调整。X向或y向的尺寸变化共2处,凡任意一处偏离中心线位置即偏离X方向或y方向超过O. 25mm，应立即停止焊接，待重新调整焊接顺序后方可施焊，以确保两耳轴的同轴度。(对同轴度的测量和监控要贯穿整个托圈的装配和焊接全过程)；⑤托圈上所有焊缝的焊接次序见图2A，四人同时施焊，焊接A、B、C、D处立缝，焊接E、F、G、H处立缝，焊接a、b、c、d处平焊缝，焊接完成后进行托圈100整体翻身，如图2B所示，焊接e、f、g、h处平焊缝；⑥探伤和消应，消应采用履带加热器加热，对焊缝进行去应力退火处理。利用此种工艺方法，可以实现托圈两侧耳轴在托圈整体焊接过程中的动态测量和控制，确保同轴度在cp0.5mm之内，提高了托圈的制造精度。这种制造工艺的设计，可以保证托圈在使用过程中不会因耳轴同轴度的原因伤害轴承，使托圈及两端轴承使用寿命大大增加，节约备件成本。本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。
权利要求
1.一种大型托圈制造方法，所述大型托圈被制造成包括传动侧耳轴座、非传动侧耳轴座、出钢侧扇形段和加料侧扇形段四部分，其特征在于，所述制造方法包括 将所述四部分预组装，预组装前先将传动侧耳轴、非传动侧耳轴热装于相应耳轴座内，在预组装的过程中利用托圈支撑工装将传动侧耳轴座和非传动侧耳轴座连接为一体，并使用激光准直仪对托圈的两侧耳轴同轴度进行动态监测，其中，当监测到的同轴度不满足要求时，对托圈的四部分之间的位置关系进行调整； 在预组装的托圈满足平面度和耳轴的同轴度要求后，对各个部分之间的被焊接部分做标记； 拆除托圈支撑工装并将所述四部分运输至安装现场； 在安装现场重新将所述四部分组装到位并执行焊接，以完成托圈的制造，其中，在安装现场进行组装和焊接的过程中利用激光准直仪动态监测耳轴的同轴度，并根据监测结果实时调整组装和焊接操作。
2.如权利要求I所述的大型托圈制造方法，其特征在于，所述托圈工装包括 两个定位板，分别被安装在两个耳轴座的内侧止口处，每个定位板具有止口孔，并且该止口孔与耳轴座的耳轴同轴； 托圈支撑件，其两端分别与定位板的止口孔形成过渡配合的子母扣。
3.如权利要求2所述的大型托圈制造方法，其特征在于，每个定位板止口孔与托圈的耳轴的同轴度被控制在φΟ. I mm以内。
4.如权利要求I所述的大型托圈制造方法，其特征在于，在预组装托圈时，使托圈的内径按照图纸尺寸扩大预定值对所述四个部件进行对装。
5.如权利要求4所述的大型托圈制造方法，其特征在于，在安装现场重新组装托圈时，同样使托圈的内径按照图纸尺寸扩大所述预定值对所述四个部件进行对装。
6.如权利要求I所述的大型托圈制造方法，其特征在于，在焊接过程中，如果两侧耳轴的同轴度在水平方向或竖直方向超过同轴度要求的一半时，则调整焊缝工艺以保证同轴度要求。
7.如权利要求I或4所述的大型托圈制造方法，其特征在于在预组装时，保证托圈的内径尺寸与理论值之差在+15_至_8_的范围内。
8.如权利要求I所述的大型托圈制造方法，其特征在于，所述方法还包括在完成焊接后对托圈进行加热，以对焊缝进行去应力退火处理。
9.如权利要求4所述的大型托圈制造方法，其特征在于，所述预定值为大约6mm。
10.如权利要求I所述的大型托圈制造方法，其特征在于，所述方法还包括在焊接之前对焊缝进行除锈和预热。
11.如权利要求I所述的大型托圈制造方法，其特征在于，所述方法还包括在预组装时对扇形段的垂直度和高度差进行监测。
12.如权利要求I或6所述的大型托圈制造方法，其特征在于，所述同轴度要求为(p0.5mm。
13.如权利要求I所述的大型托圈制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括在安装现场组装托圈之前，架设用于放置托圈的平台，并保证平台的水平度。
14.如权利要求I所述的大型托圈制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括在安装现场组装托圈之后，在两个耳轴座的侧边线上固定定位块。
15.如权利要求I所述的大型托圈制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括在安装现场组装托圈之后利用连接板在托圈的对接焊缝处加固连接。
全文摘要
本发明公开了一种大型托圈制造方法，所述托圈被制造成包括传动侧耳轴座、非传动侧耳轴座、出钢侧扇形段和加料侧扇形段，所述制造方法包括将四部分预组装，在预组装时利用托圈支撑工装将两个耳轴座连接为一体，并使用激光准直仪对托圈的两侧耳轴同轴度进行动态监测，当监测到的同轴度不满足精度要求时，对托圈的四部分之间的位置关系进行调整；在预组装的托圈满足平面度和同轴度精度要求后，对各个部分之间的焊接部分做标记；拆除托圈支撑工装并将所述四部分运输至安装现场；重新组装各部分并执行焊接，以完成托圈的制造，其中，在安装现场进行组装和焊接的过程中利用激光准直仪动态监测耳轴座的同轴度，并实时调整组装和焊接操作。
文档编号B23K31/02GK102806427SQ20121029558
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者马利永, 吴玉军, 张庆魁, 齐文学, 李光军, 陈学明, 孟凡亮 申请人:莱芜钢铁集团有限公司