專利名稱：鋼結構組件火焰加熱后的冷卻方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼結構組件火焰加熱后的冷卻方法，屬于鋼結構件消除和矯正結構變形方法類。
背景技術：
鋼結構零件和組合部件在制作完成以后，由于在加工過程中存在著不均勻的內應力，均會產生不可預見的變形。由于這種不可預期的變形既不符合鋼結構件設計要求，又會對它的最終使用性能產生不可預期的危害性使用結果。因此，為了將上述不可預期的變形控制在鋼結構件預期的允許設計范圍內，采用火焰加熱——水冷卻方法是目前鋼結構加工行業慣用的常規矯正方式。
長期以來，大多數企業一直使用上述方法來進行鋼結構組件的矯正，但經本課題研究人員的多年觀察分析，認為這種常規方法的最大缺陷是不僅浪費水資源，而且矯正后產生的廢水也較多，易造成環境污染；同時由于采用水冷卻矯正，往往使鋼結構件的組合縫隙中存在積水，這種留存在縫隙中的積水，極易造成零件生銹，即使在涂覆防銹涂層以后，也會從內部生銹，從而影響鋼結構件正常使用和使用壽命。
為了克服傳統的火焰加熱——水冷卻鋼結構件變形矯正方法的上述缺陷，不少企業開始采用火焰加熱——風冷卻的方式進行鋼結構組件的變形矯正。但經分析觀察表明這種火焰加熱——風冷卻矯正變形方式，雖然避免了水冷卻矯正存在的浪費水資源、影響環境、易造成構件生銹等缺陷，但又存在矯正效率極為低下的缺陷，即采用火焰加熱——風冷卻方法，將鋼結構組件加熱冷卻到相同溫度所需要的時間是水冷所化時間的30倍以上。
因此，尋求一種更為科學合理，既保證理想的矯正效果，又能避免水資源浪費和環境污染的鋼結構組件的火焰加熱后的冷卻矯正方法，已經成為鋼結構件生產工序中的緊要課題。
發明內容
本發明的目的旨在提供一種更為科學、合理的，適用于鋼結構組件火焰加熱后的冷卻矯正方法，希望其既具有良好的快速冷卻矯正效果，同時又可節省水資源，而且又可減少和避免環境污染。
這種鋼結構組件火焰加熱后的冷卻矯正方法，其特征在于所述的冷卻介質是常溫下的霧化水；其冷卻方式是通過噴槍將引入槍體內腔的水體霧化，而后將這水霧按3ml/s～7ml/s的輸出流量、每次連續噴霧4～8的方法對火焰加熱處進行間歇性噴霧冷卻。
所述噴槍出口處的間隙在0～2mm，且可實現無級調整。
根據以上技術方案提出的這種鋼結構組件火焰加熱——水霧冷卻矯正變形新工藝，與目前該工序中普遍采用的火焰加熱——水冷卻工藝及火焰加熱——風冷卻工藝相比較，其優點是1、與傳統水冷卻工藝相比其用水量僅為水冷卻方法用水量的1％以內，而且正是由于采用霧化水冷卻，可以十分有效地防止在鋼結構組件縫隙處的有害積水的產生，這對于鋼結構組件的后序防銹和防銹涂覆材料的較長期有效性發揮十分有利。與采用風冷卻工藝相比較，在同等加熱溫度條件下，使加熱構件冷卻至40℃的常溫工作條件的所需時間可以縮短80％以上，這又為提高完成鋼結構組件火焰加熱后的冷卻矯正工效創造了有利條件。
具體實施例方式
本項目申請人——株洲電力機車廠的主導產品是電力機車，本廠在加工機車頂蓋的鋼結構組件時必須要對這類鋼結構組件進行火焰加熱后的冷卻處理。其原因在于這類板狀框架式鋼結構組件，在前期制作完成以后均存在不均勻內應力，都或多或少地產生了不是所預期的變形，因此必須采用火焰加熱后的冷卻工藝處理。在采用本發明所述的火焰加熱——水霧冷卻矯正工藝之前，本廠一直采用水冷卻，而后又采用過風冷卻工藝。由于存在浪費水資源，形成環境污染和工效低等原因，經幾年探索才摸索出這套火焰加熱——水霧冷卻矯正工藝。
所述的這種鋼結構組件火焰加熱——水霧冷卻方法，其發明的核心在于將冷卻介質由傳統方法的液態流動水體或風，改變成常溫下的霧化水。其具體方法是在高壓風作用下，通過通用的油漆噴槍將引入槍體貯液腔內的水體霧化，而后將該水霧按3ml/s～7ml/s的流量輸出，并按每次連續噴霧4-8秒對火焰加熱處進行間歇性噴霧冷卻，直到完成整個鋼結構組件的火焰加熱——水霧冷卻矯正工序。
為了達到理想的噴霧冷卻效果，所述噴槍的噴出口的縫隙在0～10mm，且可以實現無級調整，其調整范圍在0ml/s～10ml/s。
在最終完全實現上述這種火焰加熱——水霧冷卻工藝的過程中，本課題的研究人員為使水霧冷卻達到最佳效果，對噴霧風壓，噴槍流量、噴霧時間等參數進行了探討。經多次試驗對比以后確認采用上述水霧冷卻工藝以油漆噴槍為水霧發生器，以工廠現有的0.5Mpa管道壓縮空氣為動力源。實踐表明所選噴槍最大流量平均為9.8ml/s；該噴槍可以調整水管與風管之間的間隙0～2mm，形成一個0～20平方毫米的霧化噴口，使噴霧量達到最佳狀態，其水霧流量以3ml/s～7ml/s為佳；每次噴霧應少于5秒為最佳。
通過實踐表明采用上述噴霧冷卻方法對鋼結構組件進行火焰加熱后的冷卻矯正，與傳統水冷卻相比，其用水量可節省99％，幾乎不產生外排廢水，而且基本上可以控制鋼結構組件間隙中的有害積水產生。
此外，對于采用水霧矯正冷卻與采用風冷方式和水冷方式的冷卻效果進行對比，其對比結果見表1～表3。
一、在鋼結構組件加熱至500～700℃時，通過風冷冷卻到100℃，40℃所需時間(見表1)表1
二、在鋼結構組件加熱至500～700℃時，通過水冷卻到100℃，40℃時所需時間(見表2)
表2
三、在鋼結構組件加熱至500-700℃時，通過水霧冷卻到100℃、40℃時所需時間(見表3)表3
從上述對比試驗可以看出在鋼結構組件加熱至500-700℃，用風冷方式將其冷卻至100℃、40℃時的平均耗時分別在20.4秒和36.8秒左右，用水冷方式冷卻到40℃時平均的耗時則為2.2秒左右；甩水霧方法冷卻至100℃、40℃時的平均耗時分別有4.1秒和6.8秒左右。其結果表明，水冷速度最快，水霧冷卻次之，風冷最慢；顯然從節水、環保、以及經濟效益來判斷，最經濟合理的冷卻方法則是水霧冷卻。
此外，通過本發明申請人使用水霧冷卻和風冷冷卻兩種方法對本廠鋼結構組件——機車頂蓋冷卻矯正變形的考核數據如下(見表4)表4
根據近年開始進行水霧冷卻矯正工藝以來，追蹤機車鋼結構組件——頂蓋的平面質量變化可以看出，在熟練操作本工藝方法以來后，機車頂蓋平面度優于采用風冷工藝的加工結果，已批量達到設計藍圖對平面度的要求。對于鋼結構組件目前普遍采用的火焰加熱——水冷卻工藝，火焰加熱——風冷卻工藝而言，本發明專利提出的新工藝確是一種更科學更合理的工藝，不僅能節省大量水資源，減輕或消除水對環境的污染，也為減輕鋼結構件的表面銹蝕，尤其是隱藏性銹蝕找到一種解決方案，因此可視為也是一種經濟實用的新工藝方法。
在工廠的具體實施過程中，這種霧化水由壓力源、水箱和噴槍等組成，所述的壓力源可由壓力不小于0.5Mpa的有壓氣瓶或空壓機提供，并通過輸送管讓其與噴槍、水箱組成一個霧化水發生裝置。但是特別重要的是該裝置中的噴槍中由過氣道和過水道同心組成的噴出口的間隙是一種可實現無級調整的相對滑動調節結構，其調節范圍在0～2mm。
權利要求
1.一種鋼結構組件火焰加熱后的冷卻矯正方法，其特征在于所述的冷卻介質是常溫下的霧化水；由噴槍按3ml/s～7ml/s的輸出流量、每次連續噴霧4-8秒對火焰加熱處實現間歇性噴霧冷卻。
2.如權利要求1所述的一種鋼結構組件火焰加熱后的冷卻矯正方法，其特征在于所述的霧化水是由不低于0.5Mpa的壓力空氣源、與噴出口可實現無級調整的噴槍噴出口及噴槍內的輸出水體共同形成。
3.如權利要求1所述的一種鋼結構組件火焰加熱后的冷卻矯正方法，其特征在于所述噴槍出口處的縫隙在0～2mm，且可實現無級調整。
全文摘要
本發明介紹的一種鋼結構組件火焰加熱后的冷卻矯正方法，其特征在于所述的冷卻介質是常溫下的霧化水；由噴槍將引入槍體內腔的水體霧化，而后將這水霧按3ml/s～7ml/s的輸出流量、每次連續噴霧4～8秒的方法，對火焰加熱處進行間歇性噴霧冷卻。與傳統水冷卻工藝相比，不僅其用水量僅為水冷卻方法用水量的1％以內，而且由于采用霧化水冷卻，可以十分有效地防止在鋼結構組件縫隙處的有害積水的產生，這對于鋼結構組件的后序防銹和防銹涂覆材料的較長期有效性發揮十分有利；同時與采用風冷卻工藝相比較，在同等加熱溫度條件下，使加熱構件冷卻至40℃的常溫工作條件的所需時間可以縮短80％以上，這又為提高完成鋼結構組件火焰加熱后的冷卻矯正工效創造了有利條件。
文檔編號C21D1/52GK1693488SQ20051003136
公開日2005年11月9日 申請日期2005年3月24日 優先權日2005年3月24日
發明者毛軍明, 陽名佳, 郭建勛 申請人:中國南車集團株洲電力機車廠