環吊環形軌道彎制工藝研究

賈國棟，張生磊

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

環形起重機(以下簡稱環吊)是核島內重要的大型吊裝設備，主要用來吊裝核島內蒸發器等大型、重型設備,其中環軌是環吊重要的零部件之一，其固定在承軌梁上，常承受著設備重量和重物及吊裝時的沖擊載荷，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力和嚴重的磨損。因此，環軌要求具有良好的工作性能和較高的硬度。

1 環形軌道的技術要求

1.1 軌道材料的化學成分和力學性能

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

表1 K63的化學成分(質量分數)

表2 K63的力學性能

1.2 軌道的技術要求

2 環形軌道彎制工藝研究

通過查閱相關資料得知，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。

目前國內還沒有專用的彎制軌道設備，因此，對現有的彎管機進行部分改造用來彎制軌道。因軌道的截面呈“工”字形狀，根據軌道形狀對彎管機夾頭部分進行了改造，設計了專用的裝卡工裝，用來裝卡、固定軌道。

現有的熱煨彎管機的主要工藝配置有中頻加熱線圈、推進裝置、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推進裝置向前推動，搖臂牽引鋼管轉動，冷卻裝置采用水冷或風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整彎管機的加熱溫度、推進速度和冷卻速度來控制其質量。

根據彎管機的彎制原理，在彎制過程中，我們可以通過調整、優化彎管機部分參數(加熱溫度、推進速度和冷卻速度)完成環形軌道彎制。

2.1 加熱溫度

加熱的目的是降低工件的強度，提高工件的塑性，工業中頻彎管一般是利用電磁感應原理將鋼管加熱到Ac3點以上溫度(一般為800 ℃～1 100 ℃)后施加外力使鋼管發生塑性變形。根據KP140軌道材料(K63)的化學成分，查閱相關資料可知其Ac3點溫度約為760 ℃。因軌道截面為不規則形狀，并且中頻電感應加熱存在“集服”現象，導致工件受熱不均，而且電感應加熱不保溫，因此需要比較長的加熱時間。經過試驗，加熱一定時間后，檢查軌頂、軌腰、軌底三處比較有代表性的測溫點，平均溫度達到850 ℃就可將鋼軌完全熱透，從而提高鋼軌的塑性，采用較小的推動力完成軌道彎制。

2.2 推進速度

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，容易導致表面溫度高、心部溫度低，溫度不均勻，需要較大的推動力，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。結合材料的特性和彎管機加熱功率，通過試驗，根據加熱時間不斷地調整推進速度，使加熱部位溫度均勻后再進行彎制，最終確定的推進速度為2 000 mm/h。

2.3 冷卻速度

鋼軌加熱溫度達到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準要求。常用冷卻方法有水冷和風冷兩種方法，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，水冷容易產生裂紋，因此選用風冷定型方法。

因冷卻速度與鋼軌的組織和性能有直接的關系，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后的軌面硬度滿足標準要求。試驗表明：在噴風器與鋼軌的噴射距離固定后，冷卻速度與噴風壓力有關。結合生產實踐經驗，加熱后選擇壓力為0.2 MPa～0.3 MPa風機(冷卻速度可達2 ℃/s～3 ℃/s)，吹風時間應大于180 s。鋼軌溫度下降到350 ℃，轉到定型區，自然冷卻到室溫。這樣加熱、推進、冷卻同時進行，完成整根軌道的彎制。

3 環形軌道的檢測

軌道彎制完畢，為了驗證工藝的可行性，對軌道進行了外形尺寸和力學性能兩方面的檢驗。

3.1 尺寸檢測

因彎制后的軌道半徑較大，用常規方法無法測量出圓弧半徑，本次檢測采用平臺放樣法，即在加工平臺上放樣來檢查軌道半徑和傾斜度。具體放樣如圖1所示，以左側為原點，每隔500 mm選取一個點，檢查軌道底部內側圓弧尺寸。

從圖1可以看出，圓弧半徑通過檢查各點對應的高度值來測量，測量結果如表3所示，數據符合圖紙要求。傾斜度通過檢查軌道底面與平臺之間的間隙來判斷,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 各點對應的高度值測量結果

3.2 性能檢測

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行力學性能試驗。軌道彎制前、后力學性能如表4所示。

表4 軌道彎制前、后力學性能

從表4數據看出，軌道彎制后各項力學性能指標(除延伸率外)同彎制前數據相比有所下降，但符合標準要求。

4 結論

本單位采用中頻感應加熱彎制軌道最早應用是在剛性料耙起重機回轉小車的環形軌道上，經過多年的試驗和改進，熱彎制軌道工藝逐步成熟。為了滿足圖紙和標準要求，取KP140軌道樣品在彎管機上進行了多次試驗，通過優化彎管機的參數完成了環軌彎制，經過檢驗，各項數據均符合要求，最終掌握了彎制KP140軌道的工藝方法。電感應加熱法具有加熱效率高、速度快、勞動條件好、操作簡便、成本低、質量穩定等優點,是一種既能保證質量又安全經濟的加工方法。KP140重軌彎制成功，降低了成本，縮短了生產周期，為環吊設計制造國產化提供了實驗依據，意義重大。