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硬质合金氧-乙炔高温钎焊辅助设备

发布时间:2018-02-08 23:13 阅读

硬质合金氧-乙炔高温钎焊辅助设备
一、工件分析:
1.    工件结构形状/尺寸/接头形式:
油井钻头(中空管),总长约1200mm,管外径200-300mm,壁厚约50mm。在钻头端部堆焊硬质合金刀片。
2.    接头部位材质/表面状况:
钻头本体材质预估为含较高铬镍的高强度高韧性合金钢,屈服强度就为550MPa以上。焊接表面机械加工并清洁。焊前还有火焰进行表面活化。
刀片预计为粉未冶金(烧结)状态,硬度HRC55以上。
3.    焊后要求/服役条件:
 
4.    特别说明/参考案例:
现用采用氧-乙炔弱氧化性火焰进行高温钎焊,使用硬钎料。预热温度300-400度(应为450度以内,免开475度合金脆化温度区间)。焊接时使用手工焊炬,手工堆焊。预热时采用液化石油气进开放式火焰预热。现有焊接特点:
1、   手工焊接:效率低、劳动强度大,焊接质量依赖于焊工技术水平高低;但设备入极少,工艺灵活;适用于少量生产及修配场合。
2、   液化石油气开放式火焰预热:热利用率极低,预热成本高,不易进行温度的精细控制,现场劳动条件差,另外存在爆炸的安全隐患;优点是基本无设备投入也不依赖电源,适合于野外作业及维修等场合。
二、推荐方案:
针对贝克公司生产现场条件,我们建议:
1.    焊接操作:若焊接工作量不太多可以使用现有氧-乙炔钎焊的成熟工艺;如果焊接工作量大,焊接工序的产品成为生产瓶颈时,可以考虑使用其他热源来实现高效焊接,如高频感应加热,高温炉中钎焊等。
2.    预热方式:现在预热方式的热利用率太低,效率低/时间长,成本也较高;建议采用电预热及保温,可以制作一加热槽,可以控制热量以对流及传导方式的散失。
加热时将工件局部/整体放入其中,热电偶检测温度,加热精度±10度内,若加热槽整体尺寸不太大,发热丝功率50KVA以内就可以,350度的预热时间应该在20分钟左右,进线配16mm2以上三相380V。
焊接操作:
1、   最简单的方法是预热完后取出焊接,过程用红外测温度检测温度范围,确定焊接操作即可。但劳动条件改善不大。
2、   较好的办法是预热及焊接都在炉中进行,焊接过程相对衡温,焊接质量好,操作时人在炉外通过操作口进行操作,操作难度略大一点,但劳动条件会大有改善,故效率应该还会提高一些。
3.    新预热/工作方案、简图及说明
1、  模块化设计,制作标准刚性工作平台。
2、  定芯滚轮架,一组无动力,工作台长度内可以任意安装以适应不用长度工件回转需要;一组交流变频调速(固定于工作台一端),转速可数显精确调整,操作端脚踏进行正/反/停控制。也可以在焊接时配合焊接操作速度自动回转
3、  预热槽,可安装天工作平台任意位置上。长度约700mm,断面形装“U”形,两端开口(配盖),顶盖可开。内部装30KVA左右发热丝,暂定3相380V供电,工作部位安装10mm炉底板。加热温度100-400度可调,加热过程自动控制。控制精度±20度。
4、  焊接操作工作部位高度按现有高度设计,焊接辅助用品(焊丝,焊剂,合金等)用桶盒置于预热箱槽前部操作者正前方,方便取用。
5、  操作时开顶盖,半封闭式操作,自由度和现在完全相同;建议不开顶盖设计工件窗,在箱内封闭式焊接,氧-乙炔燃烧的余气通过特定通风口定向排出,焊接质量及劳动条件都会大有改善,热利用率也是最高,但操作的舒适性可能会有所降低。这点要看现场操作者的建议而定。
6、  可设计焊接操作辅助(移动)支架,以辅助焊接运动,使焊接过程更稳定有效。减少火焰离开焊接区时间,以获得较好的中性火焰保护,减少内部缺陷。

三、新旧预热方案对比:
 
比较项目 液化石油气开方式预热 电加热槽预热
焊接质量:温度精细控制 控制精度较低 ±20度以内
生产效率:升温速度 较慢 30-50KVA功率,做好防散热措施,可做到20分钟左右完成预热工件
生产成本:液化石油气VS电 较贵 较低(散热少,热利用率高)
节能/环保:热利用率 极低 较高
安全性:火灾/爆炸/触电 火灾/爆炸隐患 触电隐患
劳动保护: 开放式加热,现场劳动条件差 封闭/半开放式,控制对流散热,劳动条件较好
设备投入 极少 有一定投入
生产管理 无法量化 能量化管理
     

二版改进:
一、预热炉:
1.    炉胆内空尺寸1500x500x500,外包2.0冷扎板,内胆采用8mm板焊接成,背部型材加强。炉外形尺寸约1700x800x800mm。
2.    炉内加装三角轨道及移动小车,设计承载1.5吨。
3.    炉门口安装约200长小放置台,引出移动轨道。门为左右两侧对开。
4.    箱式电炉,一端开口,其余封100mm左右隔热层,发热丝功率约50KVA,三相四线进线,请配不小于16mm2进线及90A以上三相断路器及漏电保护装置(或直接用有断路功能的漏电保护器选稍大一些的120A以上就好)。如果进线较长请加大线径。
5.    设计最高加热温度400摄氏度。
二、焊接辅助回转机构(滚轮架)。

1.    一个动力滚轮架,高度固定,转速可调,最高转速约7转/分钟,启动/正/反转脚踏控制,设计承载1.5吨,电机外部加装工业防护罩。
2.    滚轮外径150,安装间距170,厚20,表面滚花,链轮传动,安装防倾倒装置。
3.    一个无动力滚轮架,高度可调(M20螺杆侧拉,螺杆千斤顶方式),设计承载1.5吨。
4.    安装支架,电炉为独立安装,8#槽钢制作钢性支架附于电炉侧,表面加工安装三角轨道,用于装载动力滚轮架及无动力滚轮架,两滚轮架均能延轨道移动。8吋工件中心离地高度约500mm。支架导轨总长约2000mm。
5.    炉及支架安装吊环以便吊装。
6.    以上尺寸数据单位均为mm。
三、温控及电控
1.    进线三相四线制,三相380V,温控:安装K型工业热电偶及不小于500摄氏度的温控器,90A左右三相固态继电器控制加热。其余控制线路为直线24V。
过程控制采用三菱fx1s-30mt PLC编程控制,操作界面为5.7吋触摩屏,设计预约加热、预热时间控制等功能,程序也转移给贝克石油,预留二次扩展接口。 



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