大规格螺栓中频热处理的设备和采用其的热处理方法.pdf

本发明公开了大规格螺栓中频热处理的设备和采用其的热处理方法。大规格螺栓中频热处理的设备包括中频炉作业台，与所述中频炉作业台电连接的冷却水装置，所述的冷却水装置与中频电源柜相连接，其中，所述冷却水装置设有冷却水阀门，用于调整水压；所述中频电源柜设有逆变器开关；所述中频炉作业台包括一推杆装置、一固定部件、一进料区、一出料口、一中频炉膛和一根轨道，其中，所述推杆装置与固定部件活动连接。本发明既能快捷地加热到大规格螺栓钢材所需的温度，又不使温度过高产生过热甚至过烧现象，而且达到大规格螺栓整体综合机械性能指标，且设备易操作，省电，对大规格螺栓的综合机械性能的稳定性及一次合格率都有提高。

权利要求书
1.  一种大规格螺栓中频热处理的设备，其特征在于，其包括中频炉作业台，与所述中频炉作业台电连接的冷却水装置，所述的冷却水装置与中频电源柜相连接，其中，所述冷却水装置设有冷却水阀门，用于调整水压；所述中频电源柜设有逆变器开关；其特征在于：所述中频炉作业台包括一推杆装置、一固定部件、一进料区、一出料口、一中频炉膛和一根轨道，其中，所述推杆装置与固定部件活动连接；
所述进料区与所述推杆装置相邻，所述中频炉膛紧挨着所述进料区，所述进料区与所述中频炉膛直通连接；
所述轨道从所述固定部件起铺设至所述中频炉膛止；
所述出料口设在所述中频炉膛一端口处；
所述中频炉膛内设有加热区与预冷区，所述加热区紧挨着所述预冷区，所述预冷区靠近所述出料口。

2.  按照权利要求1所述的大规格螺栓中频热处理的设备，其特征在于：所述中频炉膛为封闭炉膛。

3.  按照权利要求1所述的大规格螺栓中频热处理的设备，其特征在于：所述预冷区长度为120mm。

4.  一种热处理方法，其特征在于，其采用如权利要求1-3任意一项所述的大规格螺栓中频热处理的设备实现，其包括如下步骤：
S1、开启电源总开关，打开冷却水阀门，调整水压，逆变器水压为0.1～0.15MPa,感应圈为0.2MPa；
S2、打开逆变器开关，打开中频炉体工作开关，推杆操作时间设定2′30″～3′30″，然后，启动输送带，在轨道上放置待处理的大规格螺栓，调整推杆行程，使之与所述大规格螺栓匹配；
S3、调整中频电压达到550V～750V；
S4、待中频炉的炉膛温度升至800℃以上，开始放入待热处理的大规格螺栓；
S5、热处理完毕，关输送带，把中频电压调至最小，关中频炉体工作开 关，关逆变器开关，关电源总开关，待中频炉的炉膛内冷却后，关冷却水阀门。

5.  按照权利要求4所述的热处理方法，其特征在于：所述推杆操作时间设定为2′55″。

6.  按照权利要求4所述的热处理方法，其特征在于：所述中频电压为700V。

说明书大规格螺栓中频热处理的设备和采用其的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种大规格螺栓中频热处理的设备和采用其的热处理方法。
背景技术
风力发电紧固件中小规格螺栓的热处理工艺基本成熟，一般采用的都是网带炉，它最大的优点是操作简单、大批量生产，但针对大规格螺栓(M56以上的螺栓)该工艺显现出下列之缺陷。在网带炉上对大规格螺栓进行热处理，一方面，由于钢材本身的淬透性影响，要想淬透钢材，获得理想的综合机械性能，就需要在淬火介质的选择及浓度调配上下功夫，在现有的技术水平及检测手段下，淬火介质浓度的调配有很大的困难，浓度高了，工件淬不透，机械性能偏低；浓度低了，工件极易开裂报废，如此重淬及报废都极大地提高了成本。此外，在成本增加的同时，还影响了产品的交货期，对公司的信誉造成负面影响；另一方面，网带炉其本身的功率是很大的，一般在700KW以上(大规格螺栓热处理用网带炉)，能耗大成本高。
现有的中频技术可以解决螺栓对热处理后综合机械性能的要求，然而，在常规的中频加热处理工艺中，螺栓整体要达到此综合机械性能的要求，则要求螺栓前后直径一样，即仅适用于双头螺栓。六角头螺栓因其多了一个六角头部分，普通的感应圈通不过，加大感应圈尺寸又会造成螺栓杆部与六角头温度相差极大，六角头温度过高，从而使得螺栓整体不能满足综合机械性能的要求。
综上，现有技术中无论是采用网带炉还是采用中频技术对螺栓进行热处理，会存在能耗大成本高及螺栓整体的综合机械性能不达标的缺陷。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术存在的缺点提出的，其所解决的技术问 题是提供既利用中频感应加热的低能耗，且又能满足螺栓综合机械性能要求的一种大规格螺栓中频热处理的设备和采用其的热处理方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种大规格螺栓中频热处理的设备，其特点在于，其包括中频炉作业台，与所述中频炉作业台电连接的冷却水装置，所述的冷却水装置与中频电源柜相连接，其中，所述冷却水装置设有冷却水阀门，用于调整水压；所述中频电源柜设有逆变器开关；其特征在于：所述中频炉作业台包括一推杆装置、一固定部件、一进料区、一出料口、一中频炉膛和一根轨道，其中，所述推杆装置与固定部件活动连接；
所述进料区与所述推杆装置相邻，所述中频炉膛紧挨着所述进料区，所述进料区与所述中频炉膛直通连接；
所述轨道从所述固定部件起铺设至所述中频炉膛止；
所述出料口设在所述中频炉膛一端口处；
所述中频炉膛内设有加热区与预冷区，所述加热区紧挨着所述预冷区，所述预冷区靠近所述出料口。
上述结构的中频炉作业台的中频炉膛内，设有加热区和预冷区的两级感应加热方式，进料则利用可调节距离的推杆装置及可控的推杆操作时间，以满足不同长度的大规格螺栓的热处理需要，同时也保证了大规格螺栓整体温度的一致。
较佳地，所述中频炉膛为封闭炉膛。
较佳地，所述预冷区长度为120mm。
一种热处理方法，其特点在于，其采用所述的大规格螺栓中频热处理的设备实现，其包括如下步骤：
S1、开启电源总开关，打开冷却水阀门，调整水压，逆变器水压为0.1～0.15MPa,感应圈为0.2MPa；
S2、打开逆变器开关，打开中频炉体工作开关，推杆操作时间设定2′30″～3′30″，然后，启动输送带，在轨道上放置待处理的大规格螺栓，调 整推杆行程，使之与所述大规格螺栓匹配；
S3、调整中频电压达到550V～750V；
S4、待中频炉的炉膛温度升至800℃以上，开始放入待热处理的大规格螺栓；
S5、热处理完毕，关输送带，把中频电压调至最小，关中频炉体工作开关，关逆变器开关，关电源总开关，待中频炉的炉膛内冷却后，关冷却水阀门。
较佳地，推杆时间设定为2′55″。当推杆操作时间设定为该值时，可调整推杆的行程，使之与大规格螺栓匹配(例如M64×480螺栓)，将其推到第6根螺栓，则第1根螺栓的六角头部刚好进入炉膛末端的预冷区，使六角头部处于降温阶段其杆部还在加热，保证了螺栓整体温度的一致，避免六角头部温度过高造成的过热甚至过烧现象。
较佳地，所述中频电压为700V。通过控制中频电压及推杆操作时间，达到既加热大规格螺栓整体温度至淬火所需温度，又能满足大规格螺栓整体综合机械性能指标。
热处理方法而言，按照上述步骤再加之实现该方法的设备-中频感应加热炉对大规格螺栓进行热处理，既利用中频感应加热的低能耗(功率不超过190KW，加上回火网带炉不超过500KW)，又达到大规格螺栓整体温度的一致，从而使如下综合机械性能指标得到满足。
性能测试：材质为42CrMoA，等级为10.9级，符合GB/T3098.1-2000。
其中：硬度32～39HRC；
抗拉强度≥1040MPa；
屈服强度≥940MPa；
延伸率≥9％；
断面收缩率≥48％；
-40℃的低温冲击≥27J。
中频炉其工作原理是根据变压器互感应的理论，在次级绕组(既工件) 内的感应电势的有效值(用E2表示)与频率及交变磁通的最大值两个参数有关，在这个感应电势E2的作用下，工件所形成的闭合回路中,便有涡流产生并通过，涡流的数值大小与感应电势E2成正比，与工件回路的阻抗成反比，在工件的阻抗已确定的情况下，则发热与感应电势成比例。中频炉由于没有导磁的物体存在，所以磁力线必须经过空气闭合，但空气的磁阻很大，会减少有效的磁通量，为了获得必需的感应电势，就要求增加磁力线的切割速度，这就要求增加感应线圈电流的频率，来达到发热效果显著的目的。在实际生产情况下大规格螺栓中感应电流的流动，也会形成磁场，其方向与感应器的磁场相反，两个磁场叠加会削弱整个作用，而随着被削弱的磁场向工件内部深入分布并不断产生电流，而电流的去磁作用又促使大规格螺栓中感应的电场强度和电流密度自表面向中心剧烈减少，电流的频率愈高，这种现象也愈显著，这就是集肤效应作用的结果。
由于集肤效应的原因，涡流发热随着电流频率的升高，只局限在工件的表层，工件中心的热量由表层传导进来，加热时间将拉长，电效率不再上升。因此，本发明人根据上述中频技术的原理，结合对大规格螺栓热处理性能的要求，设计制作了本申请中频炉在大小及功率上选择的是大容积(例如，用于处理M56及M64螺栓)、小功率(最大输出功率250KW,实际使用时为180KW)炉型，其特点是易操作，省电耗，对大规格螺栓的综合机械性能的稳定性及一次合格率都有提高，与网带炉生产相比较，从环保节能及产品综合机械性能的保证来看都是相当理想的。
本发明的积极进步效果在于：
采取的工艺完全按照传统中频工艺实施，调整合适的中频电压，正确的推杆操作加热时间，再配置本申请的大规格螺栓中频热处理方法的设备，使工件既能快捷地加热到钢材所需的Ac3以上30～50℃，又不使温度过高产生过热甚至过烧现象，而且达到大规格螺栓整体综合机械性能指标。中频炉膛采用整体封闭式设计，并且在炉膛出料口之前特地留有一段预冷区(本申请的设备为120mm)，大规格螺栓进料时，六角头在前，到达出料口前时， 有一段时间停留，此时大规格螺栓的六角头恰好停在所设的预冷区的区段内，而靠后的杆部还在加热区的区段内，那么六角头部则无加热，处于降温阶段，从而达到既加热螺栓整体温度至淬火所需温度，又保证了螺栓整体温度的一致，避免六角头部温度过高造成的过热甚至过烧现象。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
附图说明
图1为本发明一实施例的热处理方法的流程图。
图2为本发明一实施例的大规格螺栓中频热处理设备的中频炉生产作业台示意图。
附图标注说明：
推杆装置20
固定部件30
进料区40
出料口50
中频炉膛60
加热区61
预冷区62
轨道80
螺栓70
六角头71
杆部72
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常 规方法和条件，或按照商品说明书选择。
先以本公司生产的M64×480螺栓为例，对本发明的具体实施方式进行描述。
图1示出了本发明热处理方法。如图1所示，本发明热处理方法主要包括五个步骤：
步骤1001、开启电源总开关(图中未示出)，打开冷却水阀门(图中未示出)，调整水压，逆变器水压为0.1～0.15MPa,感应圈为0.2MPa；
步骤1002、打开逆变器开关(图中未示出)，打开炉体工作开关(图中未示出)，推杆20操作时间设定2′30″～3′30″，然后，启动输送带(图中未示出)，在轨道30上放置废螺栓，调整推杆行程，使之与螺栓70匹配；
步骤1003、加大中频电压(图中未示出)，直至中频电压达到550V～750V；
步骤1004、待中频炉膛60温度升至800℃以上，开始放入待热处理的大规格螺栓；
步骤1005、生产完毕，关输送带，把中频电压调至最小，关炉体工作开关，关逆变器开关，关电源总开关，待中频炉膛内冷却后，关冷却水阀门。
此外，通过大量的实验表明，当优选推杆操作时间设定为2′55″，优选中频电压为700V时，就能达到既加热螺栓整体温度至淬火所需温度，又保证了螺栓整体温度的一致，进而满足螺栓整体综合机械性能指标。
如图2所示，中频炉作业台包括一推杆装置20、一固定部件30、一进料区40、一出料口50、一中频炉膛60、一根轨道80和输送带装置(图中未示出)，该推杆装置与固定部件活动连接，该进料区与推杆装置相邻，该中频炉膛紧挨着进料区，该轨道从固定部件起铺设至中频炉膛止，该出料口设在中频炉膛一端口处；该中频炉膛内设有加热区61与预冷区62，该预冷区靠近所述出料口。
本设备生产过程中的控制简介：
在叙述中仍然以生产M64×480螺栓为例：开启电源(图中未示出)，调整好冷却水压(图中未示出)，设定推杆20时间为2′55″后，到时开启炉 门(图中未示出)，启动推杆装置，推动推杆向前，通过推杆将整根M64×480螺栓送入轨道80，使M64×480螺栓顺序进入中频炉膛60内加热位置，然后推杆缩回，炉门关闭，M64×480螺栓开始加热，直至下一个2′55″，推到第6根螺栓70时，第1根螺栓的六角头71刚好进入炉膛末端的预冷区62，预冷区长度为120mm，第1根螺栓的杆部72处在加热区61。
上述结构的大规格螺栓中频热处理方法设备，中频炉作业台的中频炉膛内，设有加热区和预冷区的两级感应加热方式，进料则利用可调节距离的推杆装置及可控的推杆操作时间，以满足不同长度的大规格螺栓的热处理需要，同时也保证了大规格螺栓整体温度的一致，进而达到大规格螺栓综合性能的要求。