一种应用于悬索桥的调质索夹制造方法

摘要

一种应用于悬索桥的调质索夹制造方法，包括：1）.浇铸带有试棒的索夹坯料；将索夹坯料在去应力退火后，进行正火和回火处理，粗加工；2）.将索夹坯料表面进行打磨、检验处理；3）.对试棒进行化学成分检测，制定热处理工艺；4）.在索夹坯料的主缆孔内固定支撑体；5）.将索夹坯料轴向竖直摆放在调质处理炉内，使索夹坯料不与其它任何零件重叠、接触；6）.对索夹坯料进行淬火热处理，温度为890～910℃，时间为3h，用淬火油冷却；对索夹坯料进行高温回火热处理，温度为640～660℃，时间为4h，用空气冷却；7）.将试棒取下，对试棒进行力学性能检验；将检验合格的试棒所对应索夹坯料进行探伤检测及精加工处理，直至成品。

权利要求

1. 一种应用于悬索桥的调质索夹制造方法，该方法包括以下工艺流程：

1）. 采用模具将低碳合金钢浇铸成带有试棒的索夹坯料；将浇铸成型的索夹坯料在去应力退火后，进行正火和回火处理，并进行粗加工；

2）. 将步骤1）粗加工得到的索夹坯料表面进行打磨、检验处理，消除索夹坯料的表面缺陷；

3）. 对步骤2）得到的索夹坯料所携带的试棒进行化学成分检测，根据检测结果制定对应的热处理工艺；

4）. 在索夹坯料的主缆孔内固定支撑体，防止索夹坯料在热处理工艺中变形；

5）. 将步骤4）的索夹坯料轴向竖直摆放在调质处理炉内，使索夹坯料不与其它任何零件重叠、接触；

6）. 启动调质处理炉，对炉内的索夹坯料进行淬火热处理，加热温度为890～910℃，加热时间为3h，淬火冷却介质采用淬火油；待淬火热处理完成后，启动调质处理炉，对炉内的索夹坯料进行高温回火热处理，加热温度为640～660℃，加热时间为4h，高温回火冷却介质采用空气；

7）. 将步骤6）调质处理得到的索夹坯料所携带的试棒取下，对试棒进行力学性能检验；将检验合格的试棒所对应的索夹坯料进行探伤检测及精加工处理，直至成品。

2.根据权利要求1所述应用于悬索桥的调质索夹制造方法，其特征在于：步骤1）中的试棒截面厚度大于索夹坯料截面的最大厚度。

3.根据权利要求1所述应用于悬索桥的调质索夹制造方法，其特征在于：步骤1）中的试棒布置在索夹坯料浇道以外的位置上。

4.根据权利要求3所述应用于悬索桥的调质索夹制造方法，其特征在于：所述试棒的布置位置靠近索夹坯料的螺栓孔。

5.根据权利要求1所述应用于悬索桥的调质索夹制造方法，其特征在于：步骤4）的支撑体截面为多边形结构，支撑体以内接于圆的方式固定在索夹坯料的主缆孔内。

6.根据权利要求5所述应用于悬索桥的调质索夹制造方法，其特征在于：所述支撑体的各角点焊固定在索夹坯料上。

7.根据权利要求5所述应用于悬索桥的调质索夹制造方法，其特征在于：所述支撑体为实心或空心结构；所述支撑体的截面呈五边形、六边形、七边形、八边形或九边形形状。

8.根据权利要求1所述应用于悬索桥的调质索夹制造方法，其特征在于：步骤3）的化学成分检测是采用直读光谱仪完成的。

9.根据权利要求1所述应用于悬索桥的调质索夹制造方法，其特征在于：步骤7）的索夹坯料在进行探伤检测之前将表面氧化皮去除干净。

说明书

一种应用于悬索桥的调质索夹制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及悬索桥的构件，具体是一种应用于悬索桥的调质索夹制造方法。

背景技术

[0002] 在悬索桥的结构中，索夹是主缆和吊索之间的连接件，用作将桥面的静载及动载传递给主缆，是重要的受力构件，其可靠与否直接关系到整个桥梁的安全。

[0003] 目前，悬索桥的索夹普遍采用低碳合金钢铸造而成，其成型的热处理工艺为正火+回火处理，以此消除铸造成型的索夹坯料内部应力，降低材料硬度，该索夹的受力强度与其壁厚值及成型材料的强度档次成正比。然而，近年来悬索桥的设计、建设朝着大跨度迈进，这就要求应用于悬索桥的索夹受力强度也要随之提高，以确保悬索桥的安全。为了提高索夹的受力强度，常规的做法是，增加索夹的壁厚、并选用高强度等级的成型材料，该方法虽能起到一定的提高受力强度作用，但其也存在严重的缺陷不足：1.结构臃肿，不仅不利于搬移、运输，而且在悬索桥上的安装操作麻烦，在主缆上的锁紧可靠性差；2.无论是增加壁厚、还是选用高强度等级的成型材料，都势必使索夹的制造成本大幅增加，进而导致悬索桥的建设成本高昂；3.一味的增加索夹壁厚，会使热处理工艺无法有效消除索夹坯料的内部应力，进而导致索夹坯料的内部组织结构不够均匀，产生疏松，在应用过程中易变形、开裂，带来极大的安全隐患。

[0004] 为了使工件具有良好的综合机械性能，现有技术中公开了对工件进行淬火+高温回火的调质处理工艺，通过调质处理工艺能够有效消除工件的内部应力，取得预期的力学性能。但是，应用于悬索桥的索夹在铸造成型时要求其具有良好的流动性和可焊性，基于此特性，索夹一般是采用低碳合金钢成型的，而低碳合金钢的含碳量低，在热处理手册中被归纳于渗碳钢或碳氮共渗钢，其热处理参数与渗碳处理工艺息息相关，若对其进行调质处理，则很难找到合适的调质处理相关参数，因而，成型材质的选择制约了调质处理工艺在悬索桥索夹上的应用。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，通过反复探索、试验，将调质处理工艺可靠、有效的应用在低碳合金钢的加工成型上，进而提供一种应用于悬索桥的调质索夹制造方法，通过该方法获得综合机械性能良好、安全可靠性高的高强度索夹。

[0006] 本发明采用的技术方案是，一种应用于悬索桥的调质索夹制造方法，该方法包括以下工艺流程：

[0007] 1）. 采用模具将低碳合金钢浇铸成带有试棒的索夹坯料；将浇铸成型的索夹坯料在去应力退火后，进行正火和回火处理，并进行粗加工；

[0008] 2）. 将步骤1）粗加工得到的索夹坯料表面进行打磨、检验处理，消除索夹坯料的表面缺陷；

[0009] 3）. 对步骤2）得到的索夹坯料所携带的试棒进行化学成分检测，根据检测结果制定对应的热处理工艺；

[0010] 4）. 在索夹坯料的主缆孔内固定支撑体，防止索夹坯料在热处理工艺中变形；

[0011] 5）. 将步骤4）的索夹坯料轴向竖直摆放在调质处理炉内，使索夹坯料不与其它任何零件重叠、接触；

[0012] 6）. 启动调质处理炉，对炉内的索夹坯料进行淬火热处理，加热温度为890～910℃，加热时间为3h，淬火冷却介质采用淬火油；待淬火热处理完成后，启动调质处理炉，对炉内的索夹坯料进行高温回火热处理，加热温度为640～660℃，加热时间为4h，高温回火冷却介质采用空气；

[0013] 7）. 将步骤6）调质处理得到的索夹坯料所携带的试棒取下，对试棒进行力学性能检验；将检验合格的试棒所对应的索夹坯料进行探伤检测及精加工处理，直至成品。

[0014] 步骤1）中的试棒截面厚度大于索夹坯料截面的最大厚度。

[0015] 步骤1）中的试棒布置在索夹坯料浇道以外的位置上。优选的，所述试棒的布置位置靠近索夹坯料的螺栓孔。

[0016] 步骤4）的支撑体截面为多边形结构，支撑体以内接于圆的方式固定在索夹坯料的主缆孔内。所述支撑体的各角点焊固定在索夹坯料上。优选的，所述支撑体为实心或空心结构；所述支撑体的截面呈五边形、六边形、七边形、八边形或九边形形状。

[0017] 步骤3）的化学成分检测是采用直读光谱仪完成的。

[0018] 步骤7）的索夹坯料在进行探伤检测之前将表面氧化皮去除干净。

[0019] 本发明的有益效果是：上述方法可靠、有效的将调质处理工艺应用在低碳合金钢成型的索夹上，该方法不仅操作简单，而且成品的索夹内部组织晶粒细化、结构均匀，使内部应力被有效消除，得到综合机械性能良好的索夹；该方法通过调质处理工艺对索夹的力学性能进行可靠提升，索夹的壁厚能够合理确定，杜绝了传统以增厚、提高成型材料强度档次来提升受力强度的方法所存在的缺陷，制成的索夹具有制造成本低、力学性能优异、受力强度高、安全可靠等特点，进而确保悬索桥的安全。

附图说明

[0020] 图1是索夹坯料在调质处理前的一种支撑结构示意图。

[0021] 图2是支撑好的索夹坯料在调质处理炉内的一种摆放示意图。

[0022] 图3是调质处理的淬火热处理流程图。

[0023] 图4是调质处理的高温回火热处理流程图。

具体实施方式

[0024] 本发明包括以下顺序的工艺流程：

[0025] 1）. 设计索夹的成型模具，该索夹成型模具携带有试棒成型的子模具，试棒成型的子模具必须要远离索夹成型模具上的浇道位置，因而试棒成型的子模具处在索夹成型模具的螺栓孔位置附近，而且要求试棒成型子模具的模腔内径大于索夹成型模具的最大模腔宽度；采用前述模具将ZG20Mn的低碳合金钢浇铸成带有试棒的索夹坯料，成型的索夹坯料轴向长度为1m，最薄壁处（通常为主缆孔的孔壁）的厚度为0.015m，成型索夹坯料上的试棒处在索夹坯料的螺栓孔位置附近（参见图1，试棒Ⅱ），且试棒的截面厚度大于索夹坯料截面的最大厚度；将浇铸成型的索夹坯料在去应力退火后，进行常规的正火和回火处理，以细化组织内部的晶粒，得到均匀的组织结构，并对索夹坯料进行粗加工，使索夹坯料的加工面光洁度达Ra6.3；

[0026] 2）. 将步骤1）粗加工得到的索夹坯料非加工表面进行打磨处理，光洁度达Ra100，并对索夹坯料的表面进行检验，所有表面按GB/T9444《铸钢件磁粉检测》1级标准执行，加工面按GB/T7233.1《一般用途铸钢件超声波探伤》1级标准执行，消除索夹坯料的表面缺陷，严格控制调质处理前的铸造质量，减少内部及外部缺陷；

[0027] 3）. 由于C、Mn等合金元素对调质处理后的力学性能有直接影响，需要对步骤2）得到的索夹坯料进行化学成分检测，鉴于该检测会损伤索夹坯料的本体，因而对索夹坯料所携带的试棒进行化学成分检测，该试棒由于是与索夹坯料为一体结构，且它的直径大于索夹坯料截面的最大厚度，所以试棒的化学成分足以代表索夹坯料的化学成分，试棒的化学成分检测是采用直读光谱仪完成的，检测结果参见表1；

[0028] 表1 索夹坯料所携带的试棒化学成分检测结果

[0029]

[0030] 透过表1可以清楚看出，索夹坯料所携带试棒的各化学成分实际值均在标准值的范围内，根据该检测结果制定对应的热处理工艺；

[0031] 4）. 为了防止索夹坯料在热处理工艺中发生不规则的变形，需在索夹坯料的主缆孔内固定支撑体（参见图1，支撑体Ⅰ），该支撑体为空心结构，截面呈六边形形状，支撑体的各角在索夹坯料上点焊，支撑体以内接于圆的方式固定在索夹坯料的主缆孔内；

[0032] 5）. 将步骤4）的索夹坯料轴向竖直摆放在调质处理炉内（参见图2），使索夹坯料不与其它任何零件重叠、接触，确保索夹坯料的绝大部分面能与空气接触，进而使各个面所受温度能达到调质处理工艺的要求；

[0033] 6）. 启动调质处理炉，对炉内的索夹坯料进行淬火热处理，加热温度为900℃，加热时间为3h，淬火冷却介质采用淬火油（参见图3）；待淬火热处理完成后，启动调质处理炉，对炉内的索夹坯料进行高温回火热处理，加热温度为650℃，加热时间为4h，高温回火冷却介质采用空气（参见图4）；整个调质处理过程要严格控制加热时间与温度（前述的淬火温度根据试棒化学成分的检测结果，在890～910℃范围内确定合理的具体值；同理，高温回火的温度在640～660℃范围内合理确定），淬火热处理的冷却介质和高温回火热处理的冷却介质能有效防止因冷却速度过快而出现的淬裂现象；

[0034] 7）. 将步骤6）调质处理得到的索夹坯料所携带的试棒取下，对试棒进行力学性能检验，检验结果参见表2；

[0035] 表2 索夹坯料所携带的试棒力学性能检验结果

[0036]

[0037] 透过表2可以清楚的看出，本发明制成的调质索夹坯料力学性能实测值完全满足标准值的要求；将该试棒所对应的索夹坯料的表面氧化皮去除干净，并对其进行探伤检测，及后续的常规精加工处理，直至成品。

[0038] 上述步骤4）中的支撑体除了采用空心结构外，还可以采用实心结构，其截面形状除了选用六边形外，还可以选用五边形、七边形、八边形或九边形等，支撑体的边数越少在索夹坯料上固定越方便，但对索夹坯料的支撑效果越有限，反之。