一种具有一体化锻造耳轴的焊接渣包及其制造方法与流程

本发明涉及冶金热态物料转运设备，尤其涉及一种具有一体化锻造耳轴的焊接渣包及其制造方法。

背景技术：

1、焊接渣包又称熔渣罐，是钢铁、有色金属冶炼等行业中不可或缺的热态物料转运设备，通过罐体两侧对称设置的耳轴结构与天车吊钩配合，实现满载数十至上百吨高温熔渣的吊运与倾翻作业。耳轴作为渣包最核心的承力部件，其结构可靠性直接决定设备的运行安全性与整体使用寿命。

2、目前行业内渣包耳轴普遍采用分体式装配结构，主要分为过盈配合与焊接连接两种实现形式。如图1所示为典型的过盈配合式耳轴结构，其中6为分体式耳轴，7为焊接固定于渣包壳体外壁的耳块座，耳轴6通过过盈压装方式装配于耳块座7的内孔中；焊接连接式结构则将耳轴直接或通过过渡件焊接至罐体外壁。

3、上述分体式结构在长期重载、高温、交变冲击工况下存在普遍存在以下技术问题：

4、其一，过盈配合结构的配合界面易产生微动磨损与塑性变形，导致耳轴松动，松动后在高应力集中作用下失效进程加速，且现场无法修复，易造成整个渣包提前报废；

5、其二，焊接连接结构的焊接热影响区易形成组织弱化并伴随残余应力，在交变载荷作用下易萌生疲劳开裂，成为新的结构薄弱环节。

6、综上，传统分体式耳轴结构的根本缺陷在于存在“耳轴-耳块”或“耳轴-罐体”的机械或冶金连接界面，该界面在极端工况下是易发失效薄弱点，制约了渣包向更大承载容量、更高可靠性方向发展。因此，亟待一种从设计根源上削弱此薄弱环节的创新耳轴结构。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有一体化锻造耳轴的焊接渣包及其制造方法，用于解决现有分体式耳轴结构因存在机械或焊接连接界面，在重载高温工况下易出现耳轴松动、界面疲劳开裂，进而导致渣包可靠性不足、服役寿命受限的技术问题。

2、本发明的技术方案具体如下：第一方面，本发明提供一种具有一体化锻造耳轴的焊接渣包，包括渣包壳体、自上而下依次间隔设于渣包壳体外壁的上环板和中环板，以及对称设置于渣包壳体两侧的耳轴承载结构，所述耳轴承载结构为整体模锻成型的一体化耳轴锻件；所述一体化耳轴锻件包括向外悬伸的圆柱形耳轴部以及用于传递载荷的耳块部，所述耳轴部与耳块部为材质连续、金属流线完整的金属整体，二者之间无机械配合界面与焊接界面；所述耳块部通过焊接连接结构固定于渣包壳体的外侧壁。

3、进一步地，所述耳块部为圆盘形法兰结构或多边形厚板结构，其朝向渣包壳体的端面轮廓与渣包壳体外侧安装区域的外形相适配。

4、进一步地，所述耳块部朝向渣包壳体的端面上设置有放射状分布或网格状分布的加强筋。

5、进一步地，所述一体化耳轴锻件采用合金调质钢制成，所述合金调质钢为35crmo、42 crmo或40 cr。

6、进一步地，所述耳块部的外缘开设有焊接坡口，所述焊接连接结构采用全熔透焊缝；所述耳块部的径向尺寸大于耳轴部的直径，焊接热影响区局限于耳块部的实体范围内，不延伸至耳轴部的圆柱受力表面。

7、进一步地，所述一体化耳轴锻件位于上环板与中环板之间；所述焊接连接结构包括两块对称布置的耳轴块筋板；两块耳轴块筋板焊接于上环板与中环板之间，且两块所述耳轴块筋板均与渣包壳体的外侧壁焊接固定；所述耳块部的上下端面分别与上环板、中环板的相对侧面焊接固定，所述耳轴块筋板与渣包壳体的焊接处为全熔透焊缝；所述耳块部的两侧边沿分别与两块耳轴块筋板的相对侧边沿焊接固定；所述渣包壳体、上环板、中环板、两块耳轴块筋板与耳块部共同围合形成封闭空间，所述加强筋位于封闭空间内；所述中环板上对应封闭空间的位置开设有透气孔。

8、第二方面，本发明提供上述一体化耳轴锻件的制造方法，包括以下步骤：

9、s1.下料与加热：选取合金调质钢坯料，加热至始锻温度；

10、s2.模锻成形：将加热后的坯料放入模具中进行模锻，一次成形出具有耳轴部和耳块部（22）雏形的锻件毛坯，使金属锻造流线沿主受力方向连续分布；

11、s3.调质处理：对模锻后的锻件毛坯进行淬火加高温回火的调质处理，获得调质组织；

12、s4.粗加工：对调质后的锻件进行粗切削加工，去除调质变形余量并预留精加工余量；

13、s5.精加工：对粗加工后的锻件进行精切削加工，成型出耳轴部外圆、端面以及耳块部的焊接坡口。

14、第三方面，本发明提供上述具有一体化锻造耳轴的焊接渣包的装配方法，包括以下步骤：

15、s01.备料：制备精加工后的一体化耳轴锻件、自带上环板与中环板的渣包壳体，以及配套的耳轴块筋板；

16、s02.坡口加工：在各部件的焊接连接位置加工焊接坡口；

17、s03.定位点固：将耳轴块筋板定位点固在上环板、中环板与渣包壳体之间，再将一体化耳轴锻件的耳块部对位点固，组成箱型承载结构雏形；

18、s04.焊接成型：对焊接坡口预热后施焊，形成全熔透焊缝，完成各部件的固定连接；

19、s05.去应力处理：对焊接区域进行局部去应力退火处理。

20、进一步地，步骤s04中采用多层多道埋弧自动焊工艺进行焊接。

21、进一步地，步骤s02中，耳轴块筋板与渣包壳体的对接焊缝加工为x型坡口，外侧坡口角度为17°，内侧坡口角度为53°；耳轴块筋板与耳块部对接的端面上开设有单侧坡口，坡口开设于外侧，角度为10°，内侧留钝边；所述耳块部与耳轴块筋板对接的端面上开设有u型坡口，坡口角度为10°，坡口根部设置r25过渡圆弧；耳块部与上环板、中环板的角接焊缝加工为对称x型坡口，内外侧坡口角度均为40°，钝边厚度10mm。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

23、1.消除分体连接薄弱界面：耳轴部与耳块部为整体模锻成型的金属整体，二者材质连续、金属流线完整，无机械配合界面与焊接界面，可避免传统分体结构因连接界面引发的微动磨损、耳轴松动、界面疲劳开裂等缺陷，提升结构长期运行的可靠性。

24、2.隔离焊接热影响区与高应力承载区：耳块部径向尺寸大于耳轴部直径，将焊接作业区域从传统高应力的耳轴根部转移至相对低应力的耳块部实体范围内，焊接热影响区不延伸至耳轴部的圆柱受力表面，可避免焊接热损伤区域与高应力承载区叠加，降低疲劳失效风险；同时沿用成熟焊接连接工艺，配合差异化坡口设计，进一步提升焊缝质量与结构抗疲劳性能，实施难度可控，焊缝质量易于保证。

25、3.优化载荷传递均匀性：上环板、中环板与耳轴块筋板组成的箱型连接结构，配合耳块部朝向壳体侧的加强筋，可分散承载载荷，降低局部应力集中，使载荷传递路径更均匀稳定，可适配70～80吨级及以上重载渣包的使用需求。

26、4.锻件组织性能均匀稳定：整体模锻成形使金属锻造流线沿主受力方向连续分布，锻件内部组织致密，综合力学性能均匀，适配重载、交变冲击的冶金服役工况。

1.一种具有一体化锻造耳轴的焊接渣包，包括渣包壳体（1）、自上而下依次间隔设于渣包壳体（1）外壁的上环板（4）和中环板（5），以及对称设置于渣包壳体（1）两侧的耳轴承载结构，其特征在于：所述耳轴承载结构为整体模锻成型的一体化耳轴锻件（2）；所述一体化耳轴锻件（2）包括向外悬伸的圆柱形耳轴部（21）以及用于传递载荷的耳块部（22），所述耳轴部（21）与耳块部（22）为材质连续、金属流线完整的金属整体，二者之间无机械配合界面与焊接界面；所述耳块部（22）通过焊接连接结构固定于渣包壳体（1）的外侧壁。

2.根据权利要求1所述的具有一体化锻造耳轴的焊接渣包，其特征在于：所述耳块部（22）为圆盘形法兰结构或多边形厚板结构，其朝向渣包壳体（1）的端面轮廓与渣包壳体（1）外侧安装区域的外形相适配。

3.根据权利要求2所述的具有一体化锻造耳轴的焊接渣包，其特征在于：所述耳块部（22）朝向渣包壳体（1）的端面上设置有放射状分布或网格状分布的加强筋（23）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有一体化锻造耳轴的焊接渣包，其特征在于：所述一体化耳轴锻件（2）采用合金调质钢制成，所述合金调质钢为35 crmo、42 crmo或40cr。

5.根据权利要求1中所述的具有一体化锻造耳轴的焊接渣包，其特征在于：所述耳块部（22）的外缘开设有焊接坡口，所述焊接连接结构采用全熔透焊缝；所述耳块部（22）的径向尺寸大于耳轴部（21）的直径，焊接热影响区局限于耳块部（22）的实体范围内，不延伸至耳轴部（21）的圆柱受力表面。

6.根据权利要求3所述的具有一体化锻造耳轴的焊接渣包，其特征在于：所述一体化耳轴锻件（2）位于上环板（4）与中环板（5）之间；所述焊接连接结构包括两块对称布置的耳轴块筋板（3）；两块耳轴块筋板（3）焊接于上环板（4）与中环板（5）之间，且两块所述耳轴块筋板（3）均与渣包壳体（1）的外侧壁焊接固定；所述耳块部（22）的上下端面分别与上环板（4）、中环板（5）的相对侧面焊接固定，所述耳轴块筋板（3）与渣包壳体（1）的焊接处为全熔透焊缝；所述耳块部（22）的两侧边沿分别与两块耳轴块筋板（3）的相对侧边沿焊接固定；所述渣包壳体（1）、上环板（4）、中环板（5）、两块耳轴块筋板（3）与耳块部（22）共同围合形成封闭空间，所述加强筋（23）位于封闭空间内；所述中环板（5）上对应封闭空间的位置开设有透气孔。

7.一种用于制造权利要求1至6中任一项所述焊接渣包的一体化耳轴锻件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种权利要求1至6中任一项所述具有一体化锻造耳轴的焊接渣包的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的具有一体化锻造耳轴的焊接渣包的装配方法，其特征在于：步骤s04中采用多层多道埋弧自动焊工艺进行焊接。

10.根据权利要求8所述的具有一体化锻造耳轴的焊接渣包的装配方法，其特征在于：步骤s02中，耳轴块筋板（3）与渣包壳体（1）的对接焊缝加工为x型坡口，外侧坡口角度为17°，内侧坡口角度为53°；