一種提高鋼管內(nèi)壁硬度的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁感應(yīng)加熱領(lǐng)域，尤其涉及一種提高鋼管內(nèi)壁硬度的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼管被廣泛應(yīng)用油、氣、物料等的輸送，因此鋼管內(nèi)壁的硬度和耐磨性直接決定了鋼管的使用壽命。為提高金屬材料的力學(xué)性能，通?？梢圆捎锰砑雍辖鹪睾蜔崽幚韮煞N方法。生產(chǎn)過(guò)程中為降低成本，兩種方法常常結(jié)合使用。而熱處理又可分為常規(guī)燃?xì)鉅t加熱和感應(yīng)加熱兩種類型，感應(yīng)加熱的優(yōu)勢(shì)在于加熱效率高、加熱速度快，可以顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量和加快生產(chǎn)節(jié)奏，因此越來(lái)越受到鋼鐵等生產(chǎn)企業(yè)的重視。
[0003]對(duì)于鋼管的感應(yīng)加熱，較為常見的是對(duì)從鋼管外壁對(duì)其進(jìn)行加熱處理，提高其機(jī)械性能。這種方法設(shè)備及工藝較為簡(jiǎn)單，可以滿足普通熱處理的要求，在生產(chǎn)中也得到了廣泛的應(yīng)用。而本專利所涉及的內(nèi)壁感應(yīng)加熱及熱處理，由于受鋼管內(nèi)部空間的限制以及電磁場(chǎng)本身的特性，必須對(duì)相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)才能達(dá)到工藝設(shè)定的要求。另一方面，鋼管的使用壽命除了與鋼管熱處理后的硬度有關(guān)以外，還取決于淬硬層深度。淬硬層深度與加熱溫度及冷卻強(qiáng)度、冷卻時(shí)間均密切相關(guān)，必須對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行精確控制。為解決這一問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種鋼管內(nèi)壁加熱及冷卻的裝置和方法，即線圈由多匝螺線管式銅管繞制而成，并布置于鋼管內(nèi)部。在設(shè)備設(shè)計(jì)制造及使用過(guò)程中，控制相關(guān)設(shè)備及工藝參數(shù)于合理的范圍之內(nèi)，使加熱過(guò)程高效、穩(wěn)定、可控。生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱后的鋼管，立即對(duì)其進(jìn)行噴水淬火冷卻，從而提高其硬度耐磨性，最終提高鋼管產(chǎn)品的使用壽命O
[0004]中國(guó)專利CN200710024745.1及CN200710024746.6US5495094涉及鋼管、石油油井管和鉆桿中頻感應(yīng)加熱熱處理方法，其加熱及淬火冷卻部位均位于鋼管外側(cè)，是一種常規(guī)的鋼管熱處理方法。專利CN201010509532.X是一種無(wú)縫鋼管校直淬火裝置，包括感應(yīng)加熱裝置、上料裝置、鋼管轉(zhuǎn)送裝置、鋼管校直裝置、鋼管淬火裝置。鋼管通過(guò)校直上輥與校直下輥之間，通過(guò)校直上輥與校直下輥的反復(fù)旋轉(zhuǎn)對(duì)工件進(jìn)行校直，校直的同時(shí)冷卻液噴口噴出水簾對(duì)鋼管進(jìn)行淬火。上述專利除了與本發(fā)明專利的線圈安裝位置及噴水方式不同之夕卜，并不涉及具體的工藝控制參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種提高鋼管內(nèi)壁硬度的方法及裝置，用于鋼管內(nèi)壁熱處理以提高其硬度和耐磨性。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種提高鋼管內(nèi)壁硬度的方法，采用掃描式感應(yīng)淬火工藝，對(duì)整個(gè)鋼管內(nèi)壁進(jìn)行熱處理，將感應(yīng)線圈放置于鋼管，鋼管相對(duì)于感應(yīng)線圈發(fā)生旋轉(zhuǎn)及相對(duì)移動(dòng);在鋼管與感應(yīng)線圈發(fā)生相對(duì)移動(dòng)過(guò)程中，感應(yīng)線圈通電加熱，加熱后立即對(duì)加熱后鋼管進(jìn)行噴水冷卻;加熱頻率選擇在500Hz?2000Hz范圍之內(nèi)；鋼管相對(duì)于感應(yīng)線圈的移動(dòng)速度介于3mm/s?6mm/s之間，鋼管旋轉(zhuǎn)速度5rpm?20rpm。
[0008]進(jìn)一步，所述感應(yīng)線圈位置固定不動(dòng)，鋼管相對(duì)于感應(yīng)線圈發(fā)生旋轉(zhuǎn)及相對(duì)移動(dòng)；或者，鋼管相對(duì)不動(dòng)而僅做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)地，感應(yīng)線圈相對(duì)于鋼管發(fā)生移動(dòng)。
[0009]優(yōu)選的，所述感應(yīng)線圈前端安裝有冷卻噴水環(huán)，冷卻噴水環(huán)在鋼管內(nèi)壁上產(chǎn)生的冷卻噴水帶寬度范圍在150mm?250mm之間。
[0010]優(yōu)選的，所述感應(yīng)線圈兩端安裝有滑輪及滾動(dòng)軸承。
[0011]本發(fā)明一種提高鋼管內(nèi)壁硬度的裝置，其包括，工作平臺(tái)，其上設(shè)有鋼管夾持移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);感應(yīng)線圈，設(shè)置于所述工作平臺(tái)上方，其內(nèi)設(shè)有硅鋼片，感應(yīng)線圈前后兩端分別安裝滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承外側(cè)設(shè)滑輪;冷卻噴水環(huán)，設(shè)置于所述感應(yīng)線圈前端滾動(dòng)軸承外側(cè)面，冷卻噴水環(huán)沿周向均勻設(shè)置若干噴水孔，噴水孔與噴水環(huán)軸線成一角度;冷卻水系統(tǒng)，通過(guò)冷卻水管路連接冷卻噴水環(huán);供電電源，通過(guò)連接母排電連接感應(yīng)線圈。
[0012]優(yōu)選的，所述感應(yīng)線圈為螺線管線圈，線圈總高度介于90mm?150mm之間，且由至少3匝以上空心銅管繞制而成，內(nèi)部通有冷卻水。
[0013]優(yōu)選的，所述感應(yīng)線圈外表面與鋼管內(nèi)壁間隙在5mm?15mm之間。
[0014]本發(fā)明感應(yīng)線圈通過(guò)連接母排連接電源，通電后線圈在鋼管內(nèi)壁感應(yīng)產(chǎn)生電流，從而加熱鋼管。噴水環(huán)與冷卻系統(tǒng)連接后，在加熱后鋼管上噴水，起到快速冷卻的作用。
[0015]鋼管加熱過(guò)程中，與線圈相對(duì)移動(dòng)的同時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加熱結(jié)束后鋼管沿軸向和周向上均有較好的溫度均勻性。
[0016]為了便于線圈與鋼管之間可以自由發(fā)生相對(duì)移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，選擇線圈位置固定不動(dòng)，鋼管相對(duì)于線圈發(fā)生旋轉(zhuǎn)及相對(duì)移動(dòng)。線圈兩端安裝有滑輪及滾動(dòng)軸承，便于加熱過(guò)程中線圈與鋼管之間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)及鋼管旋轉(zhuǎn)時(shí)減小摩擦。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018]與常規(guī)熱處理或不處理鋼管相比，本發(fā)明利用感應(yīng)加熱的集膚效應(yīng)，加熱過(guò)程中鋼管內(nèi)壁溫度高，外壁溫度低，形成一個(gè)溫度梯度。通過(guò)噴水冷卻后，達(dá)到提高內(nèi)壁硬度和耐磨性的目的，同時(shí)外壁基本保持原有基體組織的韌性和強(qiáng)度等機(jī)械性能。另外通過(guò)利用本發(fā)明，一方面可以得到比常規(guī)熱處理方法更深的淬硬層深度，提高鋼管的使用壽命;另一方面也可以提高加熱效率，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]本發(fā)明主要針對(duì)鋼管內(nèi)壁進(jìn)行感應(yīng)加熱及噴水淬火處理以改善組織、提高耐磨性和使用壽命。在處理的過(guò)程中如果可以在獲得較深的淬硬層深度的同時(shí)，進(jìn)一步提高加熱系統(tǒng)的加熱效率，則可以很好地提高鋼管產(chǎn)品的性價(jià)比，提高其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，為此對(duì)加熱過(guò)程中的參數(shù)進(jìn)行精確控制是至關(guān)重要的。本實(shí)施例中要求對(duì)規(guī)格為Φ 800mm、壁厚16mm、長(zhǎng)6000mm的鋼管進(jìn)行熱處理，鋼管材質(zhì)為Q345。要求把鋼管內(nèi)壁從室溫快速加熱至950度，鋼管內(nèi)壁以下1mm處溫度達(dá)到850度，隨后噴水淬火冷卻至室溫，平均冷