专利名称：钢结构组件火焰加热后的冷却方法
技术领域：
本发明涉及一种钢结构组件火焰加热后的冷却方法，属于钢结构件消除和矫正结构变形方法类。
背景技术：
钢结构零件和组合部件在制作完成以后，由于在加工过程中存在着不均匀的内应力，均会产生不可预见的变形。由于这种不可预期的变形既不符合钢结构件设计要求，又会对它的最终使用性能产生不可预期的危害性使用结果。因此，为了将上述不可预期的变形控制在钢结构件预期的允许设计范围内，采用火焰加热——水冷却方法是目前钢结构加工行业惯用的常规矫正方式。
长期以来，大多数企业一直使用上述方法来进行钢结构组件的矫正，但经本课题研究人员的多年观察分析，认为这种常规方法的最大缺陷是不仅浪费水资源，而且矫正后产生的废水也较多，易造成环境污染；同时由于采用水冷却矫正，往往使钢结构件的组合缝隙中存在积水，这种留存在缝隙中的积水，极易造成零件生锈，即使在涂覆防锈涂层以后，也会从内部生锈，从而影响钢结构件正常使用和使用寿命。
为了克服传统的火焰加热——水冷却钢结构件变形矫正方法的上述缺陷，不少企业开始采用火焰加热——风冷却的方式进行钢结构组件的变形矫正。但经分析观察表明这种火焰加热——风冷却矫正变形方式，虽然避免了水冷却矫正存在的浪费水资源、影响环境、易造成构件生锈等缺陷，但又存在矫正效率极为低下的缺陷，即采用火焰加热——风冷却方法，将钢结构组件加热冷却到相同温度所需要的时间是水冷所化时间的30倍以上。
因此，寻求一种更为科学合理，既保证理想的矫正效果，又能避免水资源浪费和环境污染的钢结构组件的火焰加热后的冷却矫正方法，已经成为钢结构件生产工序中的紧要课题。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种更为科学、合理的，适用于钢结构组件火焰加热后的冷却矫正方法，希望其既具有良好的快速冷却矫正效果，同时又可节省水资源，而且又可减少和避免环境污染。
这种钢结构组件火焰加热后的冷却矫正方法，其特征在于所述的冷却介质是常温下的雾化水；其冷却方式是通过喷枪将引入枪体内腔的水体雾化，而后将这水雾按3ml/s～7ml/s的输出流量、每次连续喷雾4～8的方法对火焰加热处进行间歇性喷雾冷却。
所述喷枪出口处的间隙在0～2mm，且可实现无级调整。
根据以上技术方案提出的这种钢结构组件火焰加热——水雾冷却矫正变形新工艺，与目前该工序中普遍采用的火焰加热——水冷却工艺及火焰加热——风冷却工艺相比较，其优点是1、与传统水冷却工艺相比其用水量仅为水冷却方法用水量的1％以内，而且正是由于采用雾化水冷却，可以十分有效地防止在钢结构组件缝隙处的有害积水的产生，这对于钢结构组件的后序防锈和防锈涂覆材料的较长期有效性发挥十分有利。与采用风冷却工艺相比较，在同等加热温度条件下，使加热构件冷却至40℃的常温工作条件的所需时间可以缩短80％以上，这又为提高完成钢结构组件火焰加热后的冷却矫正工效创造了有利条件。
具体实施例方式
本项目申请人——株洲电力机车厂的主导产品是电力机车，本厂在加工机车顶盖的钢结构组件时必须要对这类钢结构组件进行火焰加热后的冷却处理。其原因在于这类板状框架式钢结构组件，在前期制作完成以后均存在不均匀内应力，都或多或少地产生了不是所预期的变形，因此必须采用火焰加热后的冷却工艺处理。在采用本发明所述的火焰加热——水雾冷却矫正工艺之前，本厂一直采用水冷却，而后又采用过风冷却工艺。由于存在浪费水资源，形成环境污染和工效低等原因，经几年探索才摸索出这套火焰加热——水雾冷却矫正工艺。
所述的这种钢结构组件火焰加热——水雾冷却方法，其发明的核心在于将冷却介质由传统方法的液态流动水体或风，改变成常温下的雾化水。其具体方法是在高压风作用下，通过通用的油漆喷枪将引入枪体贮液腔内的水体雾化，而后将该水雾按3ml/s～7ml/s的流量输出，并按每次连续喷雾4-8秒对火焰加热处进行间歇性喷雾冷却，直到完成整个钢结构组件的火焰加热——水雾冷却矫正工序。
为了达到理想的喷雾冷却效果，所述喷枪的喷出口的缝隙在0～10mm，且可以实现无级调整，其调整范围在0ml/s～10ml/s。
在最终完全实现上述这种火焰加热——水雾冷却工艺的过程中，本课题的研究人员为使水雾冷却达到最佳效果，对喷雾风压，喷枪流量、喷雾时间等参数进行了探讨。经多次试验对比以后确认采用上述水雾冷却工艺以油漆喷枪为水雾发生器，以工厂现有的0.5Mpa管道压缩空气为动力源。实践表明所选喷枪最大流量平均为9.8ml/s；该喷枪可以调整水管与风管之间的间隙0～2mm，形成一个0～20平方毫米的雾化喷口，使喷雾量达到最佳状态，其水雾流量以3ml/s～7ml/s为佳；每次喷雾应少于5秒为最佳。
通过实践表明采用上述喷雾冷却方法对钢结构组件进行火焰加热后的冷却矫正，与传统水冷却相比，其用水量可节省99％，几乎不产生外排废水，而且基本上可以控制钢结构组件间隙中的有害积水产生。
此外，对于采用水雾矫正冷却与采用风冷方式和水冷方式的冷却效果进行对比，其对比结果见表1～表3。
一、在钢结构组件加热至500～700℃时，通过风冷冷却到100℃，40℃所需时间(见表1)表1
二、在钢结构组件加热至500～700℃时，通过水冷却到100℃，40℃时所需时间(见表2)
表2
三、在钢结构组件加热至500-700℃时，通过水雾冷却到100℃、40℃时所需时间(见表3)表3
从上述对比试验可以看出在钢结构组件加热至500-700℃，用风冷方式将其冷却至100℃、40℃时的平均耗时分别在20.4秒和36.8秒左右，用水冷方式冷却到40℃时平均的耗时则为2.2秒左右；甩水雾方法冷却至100℃、40℃时的平均耗时分别有4.1秒和6.8秒左右。其结果表明，水冷速度最快，水雾冷却次之，风冷最慢；显然从节水、环保、以及经济效益来判断，最经济合理的冷却方法则是水雾冷却。
此外，通过本发明申请人使用水雾冷却和风冷冷却两种方法对本厂钢结构组件——机车顶盖冷却矫正变形的考核数据如下(见表4)表4
根据近年开始进行水雾冷却矫正工艺以来，追踪机车钢结构组件——顶盖的平面质量变化可以看出，在熟练操作本工艺方法以来后，机车顶盖平面度优于采用风冷工艺的加工结果，已批量达到设计蓝图对平面度的要求。对于钢结构组件目前普遍采用的火焰加热——水冷却工艺，火焰加热——风冷却工艺而言，本发明专利提出的新工艺确是一种更科学更合理的工艺，不仅能节省大量水资源，减轻或消除水对环境的污染，也为减轻钢结构件的表面锈蚀，尤其是隐藏性锈蚀找到一种解决方案，因此可视为也是一种经济实用的新工艺方法。
在工厂的具体实施过程中，这种雾化水由压力源、水箱和喷枪等组成，所述的压力源可由压力不小于0.5Mpa的有压气瓶或空压机提供，并通过输送管让其与喷枪、水箱组成一个雾化水发生装置。但是特别重要的是该装置中的喷枪中由过气道和过水道同心组成的喷出口的间隙是一种可实现无级调整的相对滑动调节结构，其调节范围在0～2mm。
权利要求
1.一种钢结构组件火焰加热后的冷却矫正方法，其特征在于所述的冷却介质是常温下的雾化水；由喷枪按3ml/s～7ml/s的输出流量、每次连续喷雾4-8秒对火焰加热处实现间歇性喷雾冷却。
2.如权利要求1所述的一种钢结构组件火焰加热后的冷却矫正方法，其特征在于所述的雾化水是由不低于0.5Mpa的压力空气源、与喷出口可实现无级调整的喷枪喷出口及喷枪内的输出水体共同形成。
3.如权利要求1所述的一种钢结构组件火焰加热后的冷却矫正方法，其特征在于所述喷枪出口处的缝隙在0～2mm，且可实现无级调整。
全文摘要
本发明介绍的一种钢结构组件火焰加热后的冷却矫正方法，其特征在于所述的冷却介质是常温下的雾化水；由喷枪将引入枪体内腔的水体雾化，而后将这水雾按3ml/s～7ml/s的输出流量、每次连续喷雾4～8秒的方法，对火焰加热处进行间歇性喷雾冷却。与传统水冷却工艺相比，不仅其用水量仅为水冷却方法用水量的1％以内，而且由于采用雾化水冷却，可以十分有效地防止在钢结构组件缝隙处的有害积水的产生，这对于钢结构组件的后序防锈和防锈涂覆材料的较长期有效性发挥十分有利；同时与采用风冷却工艺相比较，在同等加热温度条件下，使加热构件冷却至40℃的常温工作条件的所需时间可以缩短80％以上，这又为提高完成钢结构组件火焰加热后的冷却矫正工效创造了有利条件。
文档编号C21D1/52GK1693488SQ20051003136
公开日2005年11月9日 申请日期2005年3月24日 优先权日2005年3月24日
发明者毛军明, 阳名佳, 郭建勋 申请人:中国南车集团株洲电力机车厂