專利名稱：成型卡圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鋼制成型卡圈，這種成型卡圈用于連接在待連接端上具有凸緣之類的部件，其中，該成型卡圈至少具有部分地呈錐形向里彎的側(cè)壁和焊接點(diǎn)。
例如在文獻(xiàn)DE 30 38 491 C2、US 3 498 649、US 3 964 773、FR 1 016 629和該申請人編輯的樣本“NORMA錐形法蘭的連接”1979和1988年以及“帶錐形法蘭的NORMA成型卡圈”，1996年11月公開的這類已知的成型卡圈是用鐵素體或純奧氏體鋼通過純冷成型，然后焊接而成。但這種鋼不耐高溫，或具有太高的熱膨脹系數(shù)22·10-6至18·10-6m/m℃(對奧氏體耐熱鋼而言)，這樣高的熱膨脹系數(shù)在受熱時導(dǎo)致夾緊力損失，從而導(dǎo)致連接部位的不密封性。例如在大型柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪增壓器時目前都是采用鐵素體的鑄造材料作外殼，這種材料由于其組織結(jié)構(gòu)在20℃至600℃范圍內(nèi)具有一個隨溫度變化的熱膨脹系數(shù)10·10-6至14·10-6m/m℃。所以，用鐵素體或純奧化體鋼制成的這些已知的成型卡圈以其具有太高的熱膨脹系數(shù)而不適用于連接在高達(dá)750℃的溫度范圍內(nèi)工作的這種渦輪增壓器的外殼部件或別的在被連接端帶凸緣的部件，因為連接部位隨溫度的不斷增加會變得不密封。不密封的連接部位例如在柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪增壓器時會導(dǎo)致嚴(yán)重的功率損失。
此外，不密封的、或松的連接意味著這樣的安全危險一個這樣裝配的渦輪增壓器由于松的外殼連接而可爆裂，從而可導(dǎo)致人員傷害。
本實用新型旨在提出一種上述那類的成型卡圈。這種卡圈可用鐵素體、珠光體鑄造材料適用于通流熱氣的部件，并可在高達(dá)750℃的溫度范圍內(nèi)滿足對密封性和穩(wěn)定性提出的種種要求。
根據(jù)本實用新型，這個目的是這樣實現(xiàn)的采用馬氏體鋼，這種鋼在溫度為20℃至750℃時此鐵素體鑄造材料的熱膨脹系數(shù)至少小0.3·10-6m/m℃。
馬氏體鋼的優(yōu)點(diǎn)是，即使在很高溫度時，例如在通流熱氣的部件的連接部位如渦輪增壓器的外殼部件產(chǎn)生這樣高的溫度時也具有高的硬度并因而也能承受作用在連接部位上的大的力而不變形。此外，由于根據(jù)本實用新型選擇熱膨脹系數(shù)成型卡圈的膨脹比用鐵素體鑄造材料制成的用于部件連接的成形卡圈的膨脹小一些。所以通過成型卡圈作用到被連接部件的凸緣上的夾緊力隨連接部位的溫度的增加而增加，因此，不但由于成型卡圈的較小的變形，而且由于它隨溫度增加而增加的夾緊力，從而保證了部件的連接及其連接的密封性。所以在成型卡圈用于連接通流熱流體的部件時，特別是用于連接渦輪增壓器外殼部件或其連接管接頭時，不但避免了上述危險，而且還能避迄今為止法蘭用螺紋的費(fèi)事的連接方式，或避免附加使用帶有許多螺絲穿過孔的鎖緊環(huán)。
達(dá)到要求性能的鋼除了作為主成分的鐵外由下列重量百分比的成分組成碳到0.45％、硅到2.0％、錳到2.0、磷到0.04％、硫到0.04％、鉻15％到20％、鎳1％到8％、鉬到2.5％、釩到0.5％、鋁到0.1％、鈷到0.1％、銅到0.4％、鉛到0.4％、硒到0.1％、碲到0.1％、鈦到0.5％、鎢到0.1％、鋯到0.05％、氧到0.01％、氮到0.01％、鉍到0.1％、硼到0.001％、鈮到0.05％。
對鋼來說，最好控制最高值碳0.4％、硅0.5％、錳0.8％和鉬2.0％；以及控制最低值鎳1.0％、鉬0.3％和釩0.25％。
成型卡圈的一種有利的結(jié)構(gòu)在于它具有至少一個以環(huán)形式向后彎曲的夾緊箍和在該夾緊箍上焊接的端段；每個環(huán)都穿過一根螺栓，相鄰環(huán)中的螺栓借助于一個用其螺桿穿過環(huán)中的槽的帶頭的夾緊螺栓連接；每個夾緊箍的里側(cè)上至少焊接一個軸向橫截面大致呈帽形的圓環(huán)段，其側(cè)壁設(shè)置有加固件；兩個相鄰螺栓的一個具有一個大致呈滴狀的橫截面，該橫截面兩邊的夾角大致為直角，其中，夾角的一邊大致徑向向外朝離開卡圈圓周方向延伸，而另一邊則沿卡圈的周圍方向延伸；包住橫截面大致呈滴狀的螺栓的環(huán)的形狀與該橫截面配合；夾緊螺栓頭支承在離開卡圈圓周延伸的配合環(huán)的一邊上。這樣一種成型卡圈由于其造型而可承受例如在直徑達(dá)500毫米以上的成型卡圈時可能出現(xiàn)的很高的軸向力，但還由于成型的圓環(huán)段的分離構(gòu)成及其用一個夾緊箍連接而在圓周方向具有足夠的柔韌性，以便精確配合被連接部件上凸緣之類的直徑。夾緊螺栓頭支承在面向它的與一根螺栓的滴形橫截面的環(huán)配合的一邊上具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即在此環(huán)中構(gòu)成的大致等于夾緊螺栓的直徑的寬度比在夾緊螺栓頭通過該槽時小，所以環(huán)能經(jīng)受較高的夾緊力。這樣同時保證了夾緊螺栓頭大面積地支承在環(huán)的大致徑向的一邊上而不用它的邊承受荷載。
本實用新型成型卡圈的另一種結(jié)構(gòu)在于這種成型卡圈具有至少一個環(huán)形段，該環(huán)形段帶有環(huán)的形式向后彎的并焊接在環(huán)形段上的端段；每個環(huán)都有一根螺栓穿過，相鄰環(huán)中的螺栓借助于一個用其螺桿穿過環(huán)中的帶頭的夾緊螺栓連接；每個環(huán)形段軸向橫截面大致呈帽形，且側(cè)壁具有加固件；兩個相鄰螺栓之一具有一個大致呈滴狀的橫截面，該橫截面兩邊的夾角大致為直角，其中夾角的一邊大致徑向向外離開卡圈圓周延伸，而另一邊則沿卡圈圓周方向延伸；包住橫截面大致呈滴形的螺栓的環(huán)的形狀與該橫截面配合，且夾緊螺栓頭支承在配合環(huán)的離開圓周方向延伸的邊上。如果小一些的連接力可通過成型卡圈作用到被連接的部件上時，這種結(jié)構(gòu)不用分開的環(huán)形段。
最好通過在上述側(cè)壁上焊接的鋼板來構(gòu)成加固件，這種鋼板保證側(cè)壁的很高的抗彎剛度。
在夾緊螺栓頭和支承其上的環(huán)之間可放一個直徑大于螺栓頭直徑的墊片。這樣一個墊片不但方便夾緊螺栓的夾緊，而且還減少了夾緊螺栓頭與環(huán)的支承在該螺栓頭上的一邊之間的單位面積壓力。
根據(jù)本實用新型，成型卡圈用的材料為一種預(yù)先調(diào)質(zhì)的帶鋼的形式，在成型和焊接后，焊接部位進(jìn)行感應(yīng)回火，使結(jié)構(gòu)均勻化。通過預(yù)先調(diào)質(zhì)達(dá)到鋼的最佳工藝性能，最好焊接部位在控制冷卻后進(jìn)行感應(yīng)回火，以減小或避免焊接部位范圍內(nèi)形成裂紋的危險。
在感應(yīng)回火處理時，可進(jìn)行少于5分鐘的短時間擺動退火，這種退火最好在AC1-溫度左右進(jìn)行，這樣，焊接區(qū)可達(dá)到最佳的組織結(jié)構(gòu)。
下面結(jié)合一些優(yōu)選實施例的附圖來詳細(xì)說明本實用新型及其諸多改進(jìn)。其中


圖1表示本實用新型的成型卡圈第一實施例的側(cè)視圖；圖2表示
圖1的剖面II-II；圖3表示圖2相同的視圖，但放大比例，且成型卡圈處于夾緊狀態(tài)，即它已將一個渦輪增壓器示出的一段外殼部件的兩個凸緣連接在一起；
圖4表示本實用新型的成型卡圈第二實施例的相當(dāng)于圖3的視圖。
圖1至圖3所示的成型卡圈由兩個大致呈半圓形的夾緊箍1，四根螺栓2、3、兩個帶頭的夾緊螺栓4、兩個墊片5、兩個大致呈半圓形的圓環(huán)段6和在圓環(huán)段6兩端的卡圈的整個圓周上分布的鋼板8形式的加固件組成。
每一個夾緊箍1具有一個呈環(huán)形9、10向后彎曲的并在夾緊箍1外面用凸焊11焊接的端段。每個環(huán)9、10都穿過一根螺栓2、3。相鄰環(huán)9、10中的螺栓2、3分別具有一個圍繞相應(yīng)螺栓9、10最大部分延伸的槽，一個夾緊螺栓4用其螺桿穿過該槽，并連接相鄰環(huán)9、10的螺栓2、3。其中螺栓2具有一個徑向的無螺紋的通孔，而螺栓3則具有一個徑向的螺紋孔，夾緊螺栓4的螺紋桿穿過該徑向螺紋孔。相鄰螺栓2、3的一根螺栓2具有一個大致呈滴狀的橫截面，該橫截面兩邊的一個夾角大致為直角。其中，夾角一邊大致徑向向外離開卡圈圓周方向延伸，另一邊則沿卡圈的圓周方向延伸。包住該螺栓2的環(huán)9的形狀與該螺栓2的橫截面配合，且夾緊螺栓4的頭通過一個墊圈5支撐在該環(huán)9離開卡圈圓周延伸的一邊上，所以該夾緊螺栓4的頭通過墊圈5大面積地支撐在與該螺栓頭面對的該環(huán)9的一邊上，并通過這一邊支撐在螺栓2上。所以，在夾緊螺栓頭通過環(huán)9的槽延伸并直接支撐在螺栓2上的情況中，環(huán)9中構(gòu)成的槽可具有一個大致相當(dāng)于夾緊螺栓4螺桿直徑的較小的寬度，因此，該環(huán)9承受一個高的夾緊力，該夾緊力等于環(huán)10的夾緊力。
在每個夾緊箍1的內(nèi)側(cè)上通過在整個圓周上分布的焊點(diǎn)12焊接了一個軸向橫截面大致呈帽形的圓環(huán)段6，該圓環(huán)段6的側(cè)壁13具有沿圓周方向延伸的并在軸向沿相反方向內(nèi)凸出的凸緣14，所以圓環(huán)段6的橫截面大致相當(dāng)于一個帶帽沿的帽子。這種凸緣14提高了側(cè)壁13的剛度。
此外，側(cè)壁13設(shè)置有鋼板8形式的加固板。鋼板8一方面與側(cè)壁13的凸緣14焊接，另一方面借助于一條焊絲接在夾緊箍1的內(nèi)側(cè)上。根據(jù)這種方式，鋼板8附加地增加了側(cè)壁13的剛度，兩個通過成型卡圈連接的部件15、16的連接部位在承受高的軸向荷載時產(chǎn)生軸向彎曲。這兩個被連接的部件在這里是指柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪增壓器的外殼部件，這種外殼部件用鐵素體的鑄造材料制成，并經(jīng)受高達(dá)750℃的溫度。外殼部件15、16分別具有帶截錐形的、在兩個外殼部件15、16連接狀態(tài)中兩邊背靠的凸緣17、18，而凸緣17、18的相向的兩邊則用一個波紋狀的環(huán)形金屬密封19進(jìn)行密封，該密封在這里作為O型密封圈示意示出。圓環(huán)段6的側(cè)壁13的斜率相當(dāng)于凸緣17和18的截錐形邊的斜率。圓環(huán)段6的內(nèi)直徑D(
圖1)在成型卡圈夾緊狀態(tài)中也稍大于凸緣17、18的外直徑。凸緣14的內(nèi)直徑d在成型卡圈夾緊的狀態(tài)中也稍大于凸緣17、18外部的軸向連接的部件15、16的外直徑。
但這種成型卡圈不但適用于連接渦輪增壓器的外殼部件，而且也適用于連接其他的部件，例如帶有相當(dāng)于凸緣17、18的凸緣的管，特別是有很熱的流體(液體、氣體或蒸汽)流通的溫度高達(dá)750℃的部件。
夾緊箍1和圓環(huán)段6用的鋼為馬氏體鋼，并在環(huán)境溫度20℃至750℃時具有至少比鐵素體鑄造材料小0.3·10-6m/m℃的熱膨脹系數(shù)。所以成型卡圈至少到750℃溫度時比由它連接的部件15、16的膨脹小，并因而保證了至少到這個溫度范圍時這兩個部件的牢固連接。
夾緊箍1具有大約3毫米的厚度和大約30毫米的寬度。圓環(huán)段6的鋼板和鋼板8同樣具有大約3毫米的厚度。直徑D可為350至550毫米的范圍。鋼板8大約以15°沿圓周方向延伸。
下面借助于夾緊箍1和圓環(huán)段6的實施例來詳細(xì)說明用在高達(dá)750℃的溫度的影響下的特殊用途的用馬氏體鋼按本實用新型焊接的成型卡圈。
夾緊箍1和圓環(huán)段6以及鋼板8所用材料的主成分鐵按下表重量百分比例混合其它的元素
這種混合料在高爐中溶化、澆鑄并軋制成帶鋼。這種熱軋寬帶鋼進(jìn)一步輾軋、分割(成窄的帶鋼)、預(yù)調(diào)質(zhì)和倒緣(倒角)。在兩個軋制道次之間分別進(jìn)行材料退火。在預(yù)調(diào)質(zhì)后，窄帶鋼進(jìn)行一次平整，即通過輕微的冷變形軋制到最終尺寸。
平整的窄帶鋼借助于多次沖壓和彎曲過程制成成型卡圈的夾緊箍1和環(huán)形段6。同樣，鋼板8用平整的窄帶鋼沖壓而成。然后通過凸焊點(diǎn)11把環(huán)9、10連接到夾緊箍1上，并將夾緊箍1放在一個保溫爐中。在這里夾緊箍1在稍微超過馬氏體起始溫度在2000℃至350℃到感應(yīng)回火保溫。
由于短時間的擺動退火-少于五分鐘-最好在AC1-溫度(鐵碳平衡圖的鐵素體和奧氏體范圍之間的分界線)擺動退火，焊接引起的太多的溶解的碳以純碳化物析出。這種純碳化物對容許的拉應(yīng)力荷載的減小即使在高溫時也產(chǎn)生相反的作用，從而提高材料的耐熱強(qiáng)度。
以上表第一方案的熱拉力試樣為例，在下表中對一個爐子調(diào)質(zhì)的試樣在不同溫度時的0.2％伸長極限和一個用擺動退火的感應(yīng)調(diào)質(zhì)的試樣的0.2％伸長極限進(jìn)行對比。
環(huán)形段6用窄帶鋼成型并滾軋到要求的直徑。在另一次焊接操作中，帶圓環(huán)段6的預(yù)成形的焊接的和回火的夾緊箍1與帶有夾緊箍1和圓環(huán)段6的鋼板8連接。在焊接過程后進(jìn)行另一次回火處理，以避免形成裂紋和使焊接組織細(xì)密化。
然后將單獨(dú)用鋼制作的螺栓2、3分別插入相應(yīng)的環(huán)9和10中，并通過環(huán)邊緣的短段20的徑向壓入越過螺栓2、3兩端軸向固定在環(huán)9、10中。然后可將夾緊螺栓4插入螺栓2、3中。
在圖4所示本實用新型的成型卡圈的實施例中取消了夾緊箍1。代替該夾緊箍的是，圓環(huán)段6a在其端上同樣設(shè)置有如第一實施例那樣的環(huán)9、10和插入該環(huán)中的螺栓2、3。此外，取消了第一實施側(cè)壁13a的凸緣14。加固件也是作成鋼板8a，該鋼板8a在整個圓環(huán)段6a外部延伸并焊接在該圓環(huán)段上。鋼板8a的平面垂直于圓環(huán)段6a外部延伸并焊接在該圓環(huán)段上。鋼板8a的平面垂直于圓環(huán)段6a的圓周方向。在圓環(huán)段6a的圓周方向內(nèi)均勻分布設(shè)置了多塊鋼板8a，加固件不用鋼板8a也可用從圓環(huán)6a的帶材徑向向外壓出的加強(qiáng)筋，并同樣也象鋼板8a那樣分布在整個圓環(huán)段6a上。
圖4的成型卡圈的制作按
圖1至圖3成型卡圈的相同方式進(jìn)行，其中，圓環(huán)段6a同樣象第一實施例的夾緊箍1那樣進(jìn)行制作，并與鋼板8a焊接。在鋼板8a焊接后也進(jìn)行一次回火處理，以避免裂紋形成和使焊接組織細(xì)密化。
其他的變型例如可這樣進(jìn)行只用一個夾緊箍1和多于兩個圓環(huán)段6，或只用一個圓環(huán)段6a和只用一個鎖緊裝置代替兩個圓環(huán)段6a，該鎖緊裝置具有兩個螺栓2和3、兩個環(huán)9和10以及夾緊螺栓4，并在鎖緊裝置徑向?qū)γ嬖O(shè)置一個彎曲部位，在該彎曲部位上凸緣13a中斷。
本實用新型的成型卡箍連接特別用在渦輪增壓器和排氣設(shè)備時比現(xiàn)有的螺紋法蘭連接大量節(jié)省材料和安裝時間，因而相應(yīng)降低費(fèi)用。
權(quán)利要求1.一種在被連接端上具有凸緣(17、18)之類的部件(15、16)的連接用的鋼制成型卡圈，這種成型卡圈具有至少部分地呈錐形向里彎曲的側(cè)壁(13；13a)和焊接點(diǎn)(11、12)，其特征在于，采用奧氏體鋼，這種鋼在環(huán)境溫度20℃至750℃時比鐵素體鑄造材料的熱膨脹系數(shù)至少小0.3·10-6m/m℃。
2.按權(quán)利要求1的成型卡圈，其特征在于，所用的鋼除了作為主成分的鐵外由重量百分比的下列成分組成碳到0.45％、硅到2.0％、錳到2.0、磷到0.04％、硫到0.04％、鉻15％到20％、鎳1％到8％、鉬到2.5％、釩到0.5％、鋁到0.1％、鈷到0.1％、銅到0.4％、鉛到0.4％、硒到0.1％、碲到0.1％、鈦到0.5％、鎢到0.1％、鋯到0.05％、氧到0.01％、氮到0.01％、鉍到0.1％、硼到0.001％、鈮到0.05％。
3.按權(quán)利要求2的成型卡圈，其特征在于，鋼中的最高含量碳0.4％、硅0.5％、錳0.8％和鉬2.0％；最低含量鎳1.0％、鉬0.3％和釩0.25％。
4.按權(quán)利要求1～3的成型卡圈，其特征在于，該成型卡圈具有至少一個夾緊箍(1)，該夾緊箍帶有一個呈環(huán)形(9、10)向后彎曲的并在該夾緊箍(1)上焊接的端段；每個環(huán)(9、10)都穿過一根螺栓(2、3)，相鄰環(huán)(9、10)中的螺栓(2、3)借助于一個用其螺桿穿過環(huán)(9、10)中的槽的帶頭的夾緊螺栓(4)連接；每個夾緊箍(1)的內(nèi)側(cè)上至少焊接一個軸向橫截面大致呈帽形的圓環(huán)段6，其側(cè)壁(13)設(shè)置有加固件(8)；兩個相鄰螺栓(2、3)的一個具有一個大致呈滴狀的橫截面，該橫截面兩邊的夾角大致為直角，其中夾角的一邊大致徑向向外離開卡圈圓周方向延伸，而另一邊則沿卡圈的圓周方向延伸；包住大致呈滴狀橫截面的螺栓(2)的環(huán)(9)的形狀與該橫截面配合；夾緊螺栓頭支承在離開卡圈圓周延伸的配合環(huán)(9)的一邊上。
5.按權(quán)利要求1～3的成型卡圈，其特征在于，該成型卡圈具有至少一個圓環(huán)段(6a)，該圓環(huán)段帶有環(huán)(9、10)形狀向后彎曲的并在該圓環(huán)段(6a)上焊接的端段，每個環(huán)(9、10)都穿過一根螺栓，相鄰環(huán)(9、10)中的螺栓(2、3)借助于一個用其螺桿穿過環(huán)(9、10)中的槽的帶頭的夾緊螺栓(4)連接；每個環(huán)形段(6a)的軸向橫截面大致呈帽形并具有加固件(8a)的側(cè)壁(13a)；兩個相鄰螺栓(2、3)的一個螺栓(2)具有一個大致呈滴狀的橫截面，該橫截面兩邊的夾角大致為直徑，其中，夾角的一邊大致徑向向外離開卡圈圓周延伸，而另一邊則沿卡圈的圓周方向延伸，包住大致呈滴狀橫截面的螺栓(2)的環(huán)(9)的形狀與該橫截面配合，夾緊螺栓頭支承在離開卡圈圓周延伸的配合環(huán)(9)的一邊上。
6.按權(quán)利要求4或5的成型卡圈，其特征在于，加固件(8；8a)由焊接在上述側(cè)壁(13；13a)上的鋼板構(gòu)成。
7.按權(quán)利要求4～6的成型卡圈，其特征在于，在夾緊螺栓頭和支承它的環(huán)(9)之間放一個直徑大于螺栓頭直徑的墊片(5)。
專利摘要本實用新型涉及一種在被連接端上具有凸緣之類的部件的連接用的鋼制成型卡圈。這種成型卡圈具有至少部分地呈錐形向里彎的帶焊接點(diǎn)(11、12)的側(cè)壁(13),為了提高連接的承載能力,采用奧氏體鋼,這種鋼材在環(huán)境溫度20℃至750℃的范圍內(nèi)比鐵素體鑄造材料的熱膨脹系數(shù)至少小0.3·10
文檔編號C22C38/44GK2365436SQ9920160
公開日2000年2月23日 申請日期1999年1月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月7日
發(fā)明者H·－J·克賴珀, C·D·韋斯海特 申請人:拉斯慕森有限公司, 亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司