阅读说明：本技术 航天用超大型环件轧制过程中温度补偿的方法及专用装置 (Method and special device for temperature compensation in rolling process of extra-large ring for spaceflight ) 是由 马叙 李冠国 马轲 丁燕红 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种航天用超大型环件轧制过程中温度补偿的方法及专用装置,属于环轧领域,具体做法为：在超大型环件轧制过程中,由工件外侧放置的红外温度传感器监测环件表面温度并输出温度信号,当红外温度传感器输出的温度值低于设定的最低轧制温度时,环件轧制的进给速度降低,环绕在环件附近的电磁感应加热器开始工作,对环件进行感应加热,从而对环轧温度进行补偿；当红外温度传感器输出的温度值高于设定的最高轧制温度时,电磁感应加热器停止工作,温度补偿工作结束,环件轧制恢复原来的进给速度。通过这种方法使环件温度始终保持在轧制温度范围内,从而提高产品的质量。(The invention discloses a method and a special device for temperature compensation in the rolling process of an ultra-large ring piece for spaceflight, belonging to the field of ring rolling and comprising the following specific steps: in the rolling process of the ultra-large ring, an infrared temperature sensor arranged on the outer side of a workpiece monitors the surface temperature of the ring and outputs a temperature signal, when the temperature value output by the infrared temperature sensor is lower than the set lowest rolling temperature, the feeding speed of the rolling of the ring is reduced, an electromagnetic induction heater surrounding the ring starts to work, the ring is inductively heated, and therefore the ring rolling temperature is compensated; when the temperature value output by the infrared temperature sensor is higher than the set highest rolling temperature, the electromagnetic induction heater stops working, the temperature compensation work is finished, and the original feeding speed of the ring rolling is recovered. By the method, the temperature of the ring piece is always kept within the rolling temperature range, so that the quality of the product is improved.)

航天用超大型环件轧制过程中温度补偿的方法及专用装置

技术领域

本发明属于环轧领域，更具体的说，涉及一种航天用超大型环件轧制过程中温度补偿的方法。

技术背景

环轧也被称为辗环和扩孔，属于塑性成形技术。通过使用环形膨胀装置中的高速旋转辊来连续加压环坯，环坯在转动过程中逐渐减小壁厚。环轧具有生产效率高，精度高，质量高，成本节约和高效率等许多技术和经济优势，节约能源和减少材料，以及带来的低生产成本。目前大型环件由于其良好的力学性能而被广泛的应用于风电设备制造、核反应堆、航空航天等工业制造的各个领域中，其中在航天领域应用的更为广泛。

但是由于大型环件轧制时间较长，在轧制后期环件的温度达不到轧制的要求，从而影响产品质量。所以在轧制过程中对环件进行温度补偿是不可或缺的。而在轧制过程中对环件进行二次加热又会浪费时间和能源，同时环件的半成品的尺寸较大，对加热炉尺寸的要求也较高，较难实现，所以需要我们寻求一种新的对轧制中的环件进行温度补偿的方法。

发明内容

本发明为了解决现有的技术不足，提供一种航天用超大型环件轧制过程中温度补偿的方法。

本发明为了实现上述目的，采取以下技术方案。

一种航天用超大型环件轧制过程中温度补偿的方法，包括以下几个步骤：

(1)在轧制开始前，在环件外侧放置红外温度传感器，实时监测环轧过程中环件的温度；

(2)在轧制过程中，当监测的温度值低于设定的最低轧制温度时，环轧的进给速度降低，环绕在环件周围的电磁感应加热器开始工作，对环件进行温度补偿；

(3)当监测到的温度值高于设定的最高轧制温度时，电磁感应加热器停止工作，环轧的进给速度恢复到原定的值，温度补偿结束。

更进一步的步骤(1)中的红外温度传感器可以实时输出温度信号，并且其测量的误差在±1％之间。

更进一步的红外温度传感器输出的温度信号可以在显示器上实时显示出来。

更进一步的步骤(2)所述的环轧进给速度降低到其中R_D为驱动辊半径，R为环件瞬时外径，r为环件瞬时内径，R_M芯辊半径，n_D＝wD/2π，w_D为角速度。

更进一步的步骤(2)所述的电磁感应加热器可以随着环件直径的增大而运动，电磁感应加热器的加热线圈与环件表面的距离是固定的。

更进一步的电磁感应加热器的加热频率fc＝4×10⁸ρ/μa²，其中ρ为材料的电阻率，单位为欧姆/厘米，μ为材料的工件的相对导磁率，a为材料的厚度。

更进一步的电磁感应加热器的加热功率＝(千克/小时生产能力)x(千瓦小时/千克)x(效率因素)，其中(千瓦每小时/千克)为热容量，指把材料加热到特定的温度所需的总能量。

一种航天用超大型环件轧制过程中温度补偿的方法的装置，包括横向设置的“工”字形轨道，安装在该“工”字形导轨上可以沿轨道横向自由移动的电磁感应加热器，以及安装在电磁感应加热器上的测距装置；电磁感应加热器由C型加热线圈和安装在C型加热线圈上部的电机及信号处理器模块组成，c形加热线圈通过连杆和电机及信号处理器模块连接在一起，电机及信号处理器模块顶部设有卡具，卡具卡接在“工”字形轨道上；该卡具上有滑轮，在电机的带动下转动，从而带动电磁感应加热器沿“工”字形轨道移动；测距装置固定在电磁感应加热器C型加热线圈的内侧，通过测距装置上设有的红外探头测量其与环形工件侧面的距离并将测量得到的数据传输给线圈上部的电机及信号处理器模块，用于控制电机的开关的开闭，使得电磁感应加热器和环形工件之间的距离保持恒定。

进一步的，“工”字形轨道的两端固定在地面上的第一支架和第二支架上。第一支架和第二支架与“工”字形轨道连接处通过螺栓固定在一起。

进一步的，卡具为顶部开口的C形结构，用于卡接在“工”字形轨道上。

本发明的有益效果是：本发明通过电磁感应加热器对超大型环件轧制过程的环件温度进行快速补偿，从而使环件的温度始终在轧制温度范围内，减小环件因轧制温度达不到要求而带来的缺陷，提高产品质量。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为电磁感应加热器与轧机及环件的位置关系简图。

图3为环件在轧机上的固定连接示意图。

图中1.第一支架，2.第二支架，3.“工”字形轨道，4.c形加热线圈，5.电机及信号处理器模块，6.卡具，7.测距装置，8.环件，9.驱动辊，10.芯辊，11.锥辊。

具体实施方式

参见附图1，本发明对环件轧制中的温度补偿方法是：(1)在轧制开始前，在环件外侧放置红外温度传感器，实时监测环轧过程中环件的温度；红外温度传感器可以实时输出温度信号，并且其测量的误差在±1％之间，该温度信号可以在显示器上实时显示出来。

(2)在轧制过程中，当监测的温度值低于设定的最低轧制温度时，环轧的进给速度降低，环绕在环件周围的电磁感应加热器开始工作，对环件进行温度补偿；

本发明中，环轧进给速度降低到其中R_D为驱动辊半径，R为环件瞬时外径，r为环件瞬时内径，R_M芯辊半径，n_D＝w_D/2π，w_D为角速度。

(3)当监测到的温度值高于设定的最高轧制温度时，电磁感应加热器停止工作，环轧的进给速度恢复到原定的值，温度补偿结束。

本发明对不同直径的环件进行温度补偿时，电磁感应加热器可以随着环件直径的变化进行调整，均应确保电磁感应加热器的加热线圈与环件表面的距离固定。

本发明电磁感应加热器的加热频率f_c＝4×10⁸ρ/μa²，其中ρ为材料的电阻率，单位为欧姆/厘米，μ为材料的工件的相对导磁率，a为材料的厚度。电磁感应加热器的加热功率＝(千克/小时生产能力)x(千瓦小时/千克)x(效率因素)，其中(千瓦每小时/千克)为热容量，指把材料加热到特定的温度所需的总能量。

本发明中对环件轧制过程中的温度补偿通过加热装置实现，参见附图2，该加热装置由安装在轧机上方的“工”字形导轨3，安装在“工”字形导轨3上的可以沿轨道横向自由移动的电磁感应加热器，以及安装在电磁感应加热器上的测距装置7。同时参见附图3，安装在轧机上的环件通过驱动辊、芯辊、锥辊夹持固定，并通过驱动辊带动旋转。本发明装置的“工”字形轨道3的两端固定在地面上的第一支架1和第二支架2上，两支架与“工”字形轨道3连接处通过螺栓固定在一起，方便拆卸；本发明中的电磁感应加热器由C型加热线圈4和安装在C型加热线圈4上部的电机及信号处理器模块5组成，c形加热线圈4通电后形成涡流，对轧机上的环件进行加热，c形加热线圈4通过连杆和电机及信号处理器模块5连接在一起，电机及信号处理器模块5顶部设有卡具6，并使电磁感应加热器通过卡具6卡接在“工”字形轨道上。本发明中的卡具6为顶部开口的C形结构，用于卡接在“工”字形轨道3上。该卡具6上有滑轮，可以在电机的带动下转动，从而带动电磁感应加热器沿“工”字形轨道3移动；本发明的测距装置7固定在电磁感应加热器C型加热线圈4的内侧，通过测距装置上设有的红外探头测量其与环形工件侧面的距离并将测量得到的数据传输给线圈上部的电机及信号处理器模块5，用于控制电机的开关的开闭，使得电磁感应加热器和环形工件之间的距离保持恒定。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1：一种航天用2219铝合金大型环件轧制过程中温度补偿的方法。

环件的轧制参数如下表所示：

具体的温度补偿过程如下：

(1)将尺寸为3770mm*2570mm*480mm的坯料加热到510℃后放到轧机上，在轧制开始前，在坯料外侧放置红外温度传感器，实时监测轧制过程中环件的温度。

(2)在轧制过程中，当监测到环件温度低于450℃时，芯辊的进给速度开始降低，电磁感应加热器开始工作，开始对环件进行温度补偿。

(3)在温度补偿过程中，当检测到环件温度高于520℃时，电磁感应加热器停止工作，温度补偿结束，芯辊恢复原定的进给速度。

步骤(1)中红外温度传感器的测量误差在±5.2℃之间。

步骤(2)中的进给速度降低到0.2mm/s。

步骤(2)中电磁加热器的加热频率为50Hz。

步骤(2)中电磁感应加热器的加热功率为1000Kw。

通过在轧制过程中的温度补偿，质量有了显著提高，缺陷明显减少。

实施例2：一种航天用TA1铝合金大型环件轧制过程中温度补偿的方法。

环件的轧制参数如下所示：

具体的温度补偿过程如下：

(1)将尺寸为3200mm*2400mm*410mm的坯料加热到1320℃后放到轧机上，在轧制开始前，在坯料外侧放置红外温度传感器，实时监测轧制过程中环件的温度。

(2)在轧制过程中，当监测到环件温度低于1100℃时，芯辊的进给速度开始降低，电磁感应加热器开始工作，开始对环件进行温度补偿。

(3)在温度补偿过程中，当检测到环件温度高于1320℃时，电磁感应加热器停止工作，温度补偿结束，芯辊恢复原定的进给速度。

步骤(1)中红外温度传感器的测量误差在±13.2℃之间。

步骤(2)中的进给速度降低到0.15mm/s。

步骤(2)中电磁加热器的加热频率为100Hz。

步骤(2)中电磁感应加热器的加热功率为800Kw。

通过在轧制过程中的温度补偿，质量有了显著提高，缺陷明显减少。