環(huán)吊環(huán)形軌道彎制工藝研究

賈國(guó)棟，張生磊

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

環(huán)形起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱環(huán)吊)是核島內(nèi)重要的大型吊裝設(shè)備，主要用來吊裝核島內(nèi)蒸發(fā)器等大型、重型設(shè)備,其中環(huán)軌是環(huán)吊重要的零部件之一，其固定在承軌梁上，常承受著設(shè)備重量和重物及吊裝時(shí)的沖擊載荷，而且軌道直接與車輪接觸、摩擦、被滾壓，承受著一定的接觸應(yīng)力和嚴(yán)重的磨損。因此，環(huán)軌要求具有良好的工作性能和較高的硬度。

1 環(huán)形軌道的技術(shù)要求

1.1 軌道材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能

KP140軌道為從俄羅斯進(jìn)口的熱軋重軌，制造材料為K63，其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表1、表2所示。

表1 K63的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

表2 K63的力學(xué)性能

1.2 軌道的技術(shù)要求

2 環(huán)形軌道彎制工藝研究

通過查閱相關(guān)資料得知，彎管常用兩種方法：冷彎和熱彎。因得知軌道材料K63含碳量較高(0.53%～0.73%)、塑性差、硬度較高，而且橫截面積大，冷彎成型比較困難，因此，采用熱彎方法比較可行。

目前國(guó)內(nèi)還沒有專用的彎制軌道設(shè)備，因此，對(duì)現(xiàn)有的彎管機(jī)進(jìn)行部分改造用來彎制軌道。因軌道的截面呈“工”字形狀，根據(jù)軌道形狀對(duì)彎管機(jī)夾頭部分進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了專用的裝卡工裝，用來裝卡、固定軌道。

現(xiàn)有的熱煨彎管機(jī)的主要工藝配置有中頻加熱線圈、推進(jìn)裝置、夾頭、冷卻裝置、搖臂、變速箱、控制盤和變壓器等，其工作原理是在利用中頻加熱線圈將鋼管加熱的同時(shí)推進(jìn)裝置向前推動(dòng)，搖臂牽引鋼管轉(zhuǎn)動(dòng)，冷卻裝置采用水冷或風(fēng)冷方法來降低鋼管的溫度，使彎管定型。該加工方法主要通過調(diào)整彎管機(jī)的加熱溫度、推進(jìn)速度和冷卻速度來控制其質(zhì)量。

根據(jù)彎管機(jī)的彎制原理，在彎制過程中，我們可以通過調(diào)整、優(yōu)化彎管機(jī)部分參數(shù)(加熱溫度、推進(jìn)速度和冷卻速度)完成環(huán)形軌道彎制。

2.1 加熱溫度

加熱的目的是降低工件的強(qiáng)度，提高工件的塑性，工業(yè)中頻彎管一般是利用電磁感應(yīng)原理將鋼管加熱到Ac3點(diǎn)以上溫度(一般為800 ℃～1 100 ℃)后施加外力使鋼管發(fā)生塑性變形。根據(jù)KP140軌道材料(K63)的化學(xué)成分，查閱相關(guān)資料可知其Ac3點(diǎn)溫度約為760 ℃。因軌道截面為不規(guī)則形狀，并且中頻電感應(yīng)加熱存在“集服”現(xiàn)象，導(dǎo)致工件受熱不均，而且電感應(yīng)加熱不保溫，因此需要比較長(zhǎng)的加熱時(shí)間。經(jīng)過試驗(yàn)，加熱一定時(shí)間后，檢查軌頂、軌腰、軌底三處比較有代表性的測(cè)溫點(diǎn)，平均溫度達(dá)到850 ℃就可將鋼軌完全熱透，從而提高鋼軌的塑性，采用較小的推動(dòng)力完成軌道彎制。

2.2 推進(jìn)速度

彎制速度由加熱功率決定，如果采用大的加熱功率，加熱速度快，容易導(dǎo)致表面溫度高、心部溫度低，溫度不均勻，需要較大的推動(dòng)力，而且彎制后軌道變形較大；如果采用小功率加熱器，加熱速率慢，生產(chǎn)效率低下，因此選擇合理的加熱功率和變形速度十分重要。結(jié)合材料的特性和彎管機(jī)加熱功率，通過試驗(yàn)，根據(jù)加熱時(shí)間不斷地調(diào)整推進(jìn)速度，使加熱部位溫度均勻后再進(jìn)行彎制，最終確定的推進(jìn)速度為2 000 mm/h。

2.3 冷卻速度

鋼軌加熱溫度達(dá)到850 ℃，組織完全奧氏體化，如果在空氣中自然冷卻，冷卻速度較慢，冷卻后鋼軌表面硬度降低，耐磨性較差，不能滿足使用要求。因此彎制過程中有必要提高冷卻速度，保證彎制后的鋼軌硬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。常用冷卻方法有水冷和風(fēng)冷兩種方法，中頻彎管一般采用噴霧冷卻，因材料K63含碳量約0.63%，屬于高碳鋼，水冷容易產(chǎn)生裂紋，因此選用風(fēng)冷定型方法。

因冷卻速度與鋼軌的組織和性能有直接的關(guān)系，選擇合適的冷卻速度十分重要。冷卻速度的選擇原則是使噴風(fēng)后的軌面硬度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗(yàn)表明：在噴風(fēng)器與鋼軌的噴射距離固定后，冷卻速度與噴風(fēng)壓力有關(guān)。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，加熱后選擇壓力為0.2 MPa～0.3 MPa風(fēng)機(jī)(冷卻速度可達(dá)2 ℃/s～3 ℃/s)，吹風(fēng)時(shí)間應(yīng)大于180 s。鋼軌溫度下降到350 ℃，轉(zhuǎn)到定型區(qū)，自然冷卻到室溫。這樣加熱、推進(jìn)、冷卻同時(shí)進(jìn)行，完成整根軌道的彎制。

3 環(huán)形軌道的檢測(cè)

軌道彎制完畢，為了驗(yàn)證工藝的可行性，對(duì)軌道進(jìn)行了外形尺寸和力學(xué)性能兩方面的檢驗(yàn)。

3.1 尺寸檢測(cè)

因彎制后的軌道半徑較大，用常規(guī)方法無法測(cè)量出圓弧半徑，本次檢測(cè)采用平臺(tái)放樣法，即在加工平臺(tái)上放樣來檢查軌道半徑和傾斜度。具體放樣如圖1所示，以左側(cè)為原點(diǎn)，每隔500 mm選取一個(gè)點(diǎn)，檢查軌道底部?jī)?nèi)側(cè)圓弧尺寸。

從圖1可以看出，圓弧半徑通過檢查各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度值來測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表3所示，數(shù)據(jù)符合圖紙要求。傾斜度通過檢查軌道底面與平臺(tái)之間的間隙來判斷,即用厚度為1.5 mm鋼板塞入軌道底部與平臺(tái)之間，通過其間隙和深度來判斷傾斜度是否符合要求。

圖1 軌道放樣檢查

表3 各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度值測(cè)量結(jié)果

3.2 性能檢測(cè)

因軌道頂面為主要工作面，因此在軌道彎制前后分別在軌道頂面處取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。軌道彎制前、后力學(xué)性能如表4所示。

表4 軌道彎制前、后力學(xué)性能

從表4數(shù)據(jù)看出，軌道彎制后各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)(除延伸率外)同彎制前數(shù)據(jù)相比有所下降，但符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

本單位采用中頻感應(yīng)加熱彎制軌道最早應(yīng)用是在剛性料耙起重機(jī)回轉(zhuǎn)小車的環(huán)形軌道上，經(jīng)過多年的試驗(yàn)和改進(jìn)，熱彎制軌道工藝逐步成熟。為了滿足圖紙和標(biāo)準(zhǔn)要求，取KP140軌道樣品在彎管機(jī)上進(jìn)行了多次試驗(yàn)，通過優(yōu)化彎管機(jī)的參數(shù)完成了環(huán)軌彎制，經(jīng)過檢驗(yàn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均符合要求，最終掌握了彎制KP140軌道的工藝方法。電感應(yīng)加熱法具有加熱效率高、速度快、勞動(dòng)條件好、操作簡(jiǎn)便、成本低、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),是一種既能保證質(zhì)量又安全經(jīng)濟(jì)的加工方法。KP140重軌彎制成功，降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期，為環(huán)吊設(shè)計(jì)制造國(guó)產(chǎn)化提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，意義重大。