CN105018694B - 大型复杂锻件淬火用旋转立式喷水淬火设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型复杂锻件淬火用旋转立式喷水淬火设备，适用于大型封头类、饼类、带锥度筒体类锻件淬火，其特征在于设计了一系列仿形且可更换的内部喷水系统和支撑垫铁；设备有一个通用平台，结合不同类型的锻件，可更换不同的内部喷水系统及支撑垫铁，具有很强的针对性。设备操作简单、运行稳定、节能高效。

Description

大型复杂锻件淬火用旋转立式喷水淬火设备

技术领域

本发明涉及的是一种大型旋转立式喷水淬火设备，尤其涉及一种用于大型封头类、饼类、带锥度筒体类锻件淬火工艺的旋转立式喷水淬火设备，属于金属材料热处理领域。

背景技术

随着我国能源需求的持续增长，对核电、石化容器设备的需求也更加迫切。由于核反应堆单堆容量的增加及加氢裂化装置、加氢裂化脱硫装置等设备工作效率的提高，锻件向大型化方向发展。为了容器安全性和经济性方面考虑，应尽量减少组焊、连接的焊缝长度，锻件向整体化方向发展。

在容器锻件的生产中，作为最后一道工序的性能热处理是保障其力学性能和质量的关键之一，而淬火过程中获得均匀、快速的冷却速率对于保证锻件高强度、高韧性的性能要求尤为重要。

核电、石化容器锻件中有很多大型封头类、饼类、带锥度筒体类锻件，由于功能不同，锻件尺寸、形状、壁厚等参数变化较大，其淬火方式目前普遍采用的是水槽浸没式淬火，但现有工艺技术至少存在以下几方面缺陷：

(1)为改善锻件内腔的冷却效果，封头类锻件以开口端向下或向上入水淬火，需要在锻件内腔水域设置附加的排气或搅动装置；饼类锻件平放入水淬火，需要在锻件下方设置附加的排气装置。

(2)水槽内部的水利用率较低，不能完全有效参与锻件冷却。

(3)由于锻件尺寸各异，而水槽尺寸和附加冷却装置尺寸相对固定，淬火时不同尺寸锻件的针对性不强。

(4)淬火时在锻件表面形成的蒸气膜减慢锻件冷却速率，难以保证锻件(尤其是厚截面锻件)全截面的组织均匀性和性能稳定性。

(5)淬火时，锻件、附加冷却装置等均置于水面以下，操作难度大。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，提供一种适用于大型封头类、饼类、带锥度筒体类大型复杂锻件淬火用旋转立式喷水淬火设备，以使锻件获得均匀快速的冷却速率，达到提高锻件组织均匀性和性能稳定性的目的。

本发明的技术方案是这样的：一种大型复杂锻件淬火用旋转立式喷水淬火设备，包括一槽体，工件、承载系统、内喷水系统、外喷水系统均置于所述槽体中，所述承载系统承载工件，所述内喷水系统置于所述工件内侧，包括一内储水圆筒，所述内储水圆筒上套设一可转动的内配水环，所述内配水环连通在所述内储水圆筒与内喷水管之间，所述内储水圆筒中的水通过内配水环通向内喷水管，所述内喷水管上设置有多个喷嘴，所述喷嘴朝向工件内表面，所述内喷水管与工件仿形且可更换；所述外喷水系统置于所述工件外侧，包括外喷水管，所述外喷水管上也设置有多个喷嘴，所述喷嘴朝向工件外表面。

优选的，所述承载系统，包括工作台、垫铁和定位块，所述垫铁固定于工作台上，根据工件结构类型和尺寸调整垫铁高度，所述定位块置于垫铁上，所述工件置于垫铁顶部，由垫铁定位。

优选的，所述外喷水系统，包括外储水圆筒、外配水环、外支撑管和外喷水管，所述外储水圆筒上可转动的套设所述外配水环，所述外配水环连通在所述外储水圆筒与外支撑管之间，外支撑管端部连接所述外喷水管，所述外储水圆筒中的水通过外配水环、外支撑管通向外喷水管，所述外喷水管上设置有多个喷嘴，所述喷嘴朝向工件外表面。

优选的，所述外支撑管与外喷水管之间通过旋转接头连接。

优选的，所述内喷水管为多个，通过内支撑管分布在所述内配水环环周上；所述外喷水管也为多个，通过外支撑管分布在外配水环圆周上。

优选的，所述内喷水管和外喷水管上的喷嘴都是朝向工件表面。

优选的，所述内储水圆筒与外储水圆筒为连通的，且均通过同一套供水装置供水。

由上述本发明提供的技术方案可知，本发明所述的大型旋转立式喷水淬火设备可以根据不同类型的锻件，更换不同的内部喷水装置，具有很强的针对性；淬火过程中冷却水的利用率高且工件各部位冷速均匀；结合水量、水压的调控，可实现不同的冷却速率(对厚截面锻件尤其有利)；在淬火过程中通过喷水可破碎形成的蒸气膜，较传统浸没式淬火可大幅度提高工件各处的冷却速率和冷却均匀性；由于喷嘴存在一定偏转角，内、外喷水管的旋转完全依靠水的反作用力来推动，设备操作简单，运行稳定、节能高效。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1所示为本发明的大型旋转立式喷水淬火设备适用于封头类锻件时的示意图。

图2所示为本发明的大型旋转立式喷水淬火设备适用于大型饼类锻件时的示意图。

图3所示为本发明的大型旋转立式喷水淬火设备适用于带锥度筒体类锻件时的示意图。

图中：1.槽体，2.工件，3.工作台，4.垫铁，5.定位块，6.水泵，7.供水管，8.外储水圆筒，9.外配水环，10.外支撑管，11.外喷水管，12.出水孔，13.旋转接头，14.内配水环，15.内支撑管，16.内喷水管，17.内储水圆筒。

具体实施方式

可参照图1所示结构理解本发明提供的大型复杂锻件旋转立式喷水淬火设备，该设备包括槽体1、承载系统、内喷水系统、外喷水系统这样几部分。通过水泵将外部蓄水池中的水由供水管注入到内、外喷水系统中，最终流向内、外喷水管，通过喷水管上均匀分布的喷嘴将水喷向工件2内外表面，实现工件淬火冷却。冷却水最后汇集到槽体底部，通过水泵由水槽下方的出水管抽出，重新回到外部蓄水池，整个冷却系统形成闭环。

具体来讲，所述承载系统包括工作台3、垫铁4和定位块5等，承载系统的主要作用是支撑工件2，并将工件稳定在工作台上，使工件悬空置于槽体1中，以使工件内外表面均能接受到水的喷射，所以承载系统包括工作台、垫铁和定位块，但并不做唯一限制，视工件的结构特点可以有所增减。

所述外喷水系统，是指能够从工件外侧对工件实施喷水的系统，该系统基本包括一供水装置，供水装置包括水泵6、供水管7、外储水圆筒8，水泵通过供水管向储水圆筒中注水；还包括外配水环9和外支撑管10、外喷水管11。外配水环9为一个，套设于外储水圆筒8的外壁上，能够围绕圆筒旋转；在套设外配水环处的外储水圆筒8外壁上具有一圈出水孔12；外配水环9具有一小容腔，容腔的一侧与出水孔12相通，另一侧与外支撑管10相通，能够将供水装置的水接入外支撑管10。外支撑管10一端连接在配水环上，另一端部连接外喷水管11，外喷水管11上设有若干个喷嘴；外喷水管11围绕在工件的外围，可做适应性变形。

进一步讲，外支撑管10和外喷水管11可以设置多组，分布在同一外配水环9上，并且最佳的是，这些外支撑管呈均匀性分布在外配水环9环周上，有利于从四周方向全面、均匀地给工件喷水。并且进一步讲，在外支撑管10上也设置有喷嘴，与喷水管组合共同喷水。较佳的是，外支撑管10和外喷水管11上的喷嘴都存在向心的偏转角，使喷嘴朝向工件表面。

为了使外喷水管11适应工件的外形，能够适应性地改变外喷水管11的喷射角度，有效的措施是采取旋转接头13将外支撑管10与外喷水管11连接，旋转接头13是一活性连接头，当喷水管内水压足够大时，其水压的作用会迫使外喷水管11由竖直状态向水平方向旋转一定角度，朝向工件，达到工作状态。

另一方面，喷嘴喷水产生的切向反作用力会使得配水环9连同外支撑管10、外喷水管11整体围绕圆筒做圆周转动运动，达到对工件外表面均匀冷却的效果，如果外支撑管10和外喷水管11是均匀散布在圆筒周围的，其喷水效果会更好。

所述内喷水系统，是指能够从工件内侧对工件实施喷水的系统，该系统的设计原理与外喷水系统一样，也基本包括一供水装置，该供水装置可以与外喷水系统共用一套，也可独立；还包括内配水环14、内支撑管15、内喷水管16。为了使内、外喷水系统能够通用一套供水装置，可以将内、外储水圆筒设计为连通形式的，内储水圆筒17伸向工件空腔里部，内配水环14套设在内储水圆筒17上，内储水圆筒17上也具有出水孔，内配水环14与出水孔连通。内支撑管15与内配水环14连通，内支撑管15端部连接内喷水管16。内喷水管16上也具有多个喷嘴。较佳的是，内支撑管15和内喷水管16也有多组，分布在内配水环的圆周上。内喷水管16为针对锻件不同形状设计出的仿形结构，且可更换的内部喷水装置。与外喷水系统一样，喷嘴喷水产生的切向反作用力会使得内配水环14连同内支撑管15、内喷水管16整体围绕圆筒做圆周运动，达到对工件外表面均匀冷却的效果，如果内支撑管和内喷水管是均匀散布在圆筒周围的，其喷水效果会更好。

内外喷水系统都设置在槽体内部，槽体底部设置有出水口，喷水系统回流的水通过出水口流出。针对工件性能要求，通过水泵开启数量控制设备进水量、水压，对冷速进行调控。本发明通过内、外旋转喷水以实现工件的均匀冷却。

下面结合附图和优选实施例，详细说明本发明的技术内容、构造特征、达到的效果，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

图1是大型旋转立式喷水淬火设备适用于封头类锻件的示意图，包括槽体1，两组垫铁4置于工作台3上，定位块5置于垫铁上，封头类锻件支撑在垫铁上由定位块定位。工作台可座设于外储水圆筒上，圆筒底部由底板垫设。内储水圆筒与外储水圆筒连通，内储水圆筒穿过工作台伸向工件里侧。外配水环套在外储水圆筒上并连接外支撑管，外支撑管和外喷水管包围在工作台外侧，将工作包围；内配水环套在内储水圆筒上，并且与内支撑管连通；内支撑管和内喷水管连通，并置于工件内侧。开启水泵，水进入内外储水圆筒，通过内、外配水环分别进入内、外喷水管，由内、外喷水管分别从工件内外侧实施喷射，如果喷水管设置多个，并且在水压作用下可旋转，则更加增强喷射效果，使工件内外表面均匀同步受冷。

淬火前，首先根据工件尺寸选择内喷水装置及垫铁型号，调节垫铁间距，安装定位块，之后将定位块与垫铁之间、垫铁与工作台用螺栓固定。

淬火时，工件2首先由起吊工装放置在垫铁上，通过定位块约束工件的位置。开启水泵后冷却水由供水管进入圆筒，并分为两部分。一部分由外配水环流入外支撑管中，经旋转接头进入外喷水管，最后冷却水由均匀分布在外支撑管和外喷管上的喷嘴喷向工件外表面。同时，在水压的作用下外喷水管由竖直状态向水平方向旋转一定角度，达到工作状态。另一方面，喷嘴喷水产生的切向反作用力使得外支撑管、外喷水管连同配水环整体围绕圆筒做匀速圆周运动，达到对工件外表面均匀冷却的效果。另一部分水进入内储水圆筒，经内配水环进入内喷管并由其上均匀分布的喷嘴喷向工件内表面。同时内喷水管喷嘴喷水产生的切向反作用力使得内喷水管、内支撑管连同内配水环整体围绕内储水圆筒做匀速圆周运动，达到对工件内表面均匀冷却的效果。在整个淬火过程中，内、外喷水装置一直处于匀速圆周旋转运动状态。

淬火结束后，水泵停止供水，所有管道内压力下降，内、外喷水系统停止转动，同时外喷水管由于供水压力下降向竖直方向旋转，达到初始状态。

整个淬火设备包围在槽体内，工作台通过圆筒由底板支撑，它们之间通过焊接方式固定。外喷水系统整体为焊接结构，通过配水环与圆筒采用滑动连接方式固定。内储水圆筒穿过工作台与圆筒连通，并通过配水环采用滑动连接方式与内喷水系统固定，内喷水系统整体为焊接结构。

图2所示为本发明的大型旋转立式喷水淬火设备适用于大型饼类锻件时的示意图。本设备用于大型饼类锻件淬火时，将图1中内喷水系统更换为图2中的内喷水系统，并选择合适的垫铁即可，设备的其它操作及运行方式与封头类锻件淬火时相同。

图3所示为本发明的大型旋转立式喷水淬火设备适用于变截面筒体类锻件时的示意图。本设备用于变截面筒体类锻件淬火时，将图1中内喷水装置更换为图3中的内喷水装置，并选择合适的垫铁即可，设备的其它操作及运行方式与封头类锻件淬火时相同。

本发明最重要的创新点在于所述的大型旋转立式喷水淬火设备针对不同锻件形状设计了一系列的内、外喷水系统和支撑垫铁，并通过内部喷水装置和支撑垫铁的组合满足不同锻件的淬火需求。在工件淬火过程中冷却水的利用率高且工件各部位冷速均匀；结合水量、水压的调控，可实现不同的冷却速率(对厚截面锻件尤其有利)；在淬火过程中通过喷水可破碎形成的蒸气膜，较传统浸没式淬火可大幅度提高工件各处的冷却速率和冷却均匀性；封头类锻件淬火时开口端向下放置，在锻件内部不会积蓄水蒸气；饼类锻件淬火时平放，在锻件下方不会积蓄水蒸气；设备的旋转完全依靠水的反作用力来推动，且操作简单，运行稳定、节能高效。

以上所述实施例，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大型复杂锻件淬火用旋转立式喷水淬火设备，其特征在于：所述设备包括槽体、承载系统、内喷水系统、外喷水系统，工件和所述承载系统、内喷水系统、外喷水系统均置于所述槽体中，

所述承载系统承载工件，

所述内喷水系统置于所述工件内侧，包括一内储水圆筒，所述内储水圆筒上套设一可转动的内配水环，所述内配水环连通在所述内储水圆筒与内喷水管之间，所述内储水圆筒中的水通过内配水环通向内喷水管，所述内喷水管上设置有多个喷嘴，所述喷嘴朝向工件内表面，所述内喷水管与工件仿形且可更换；

所述内喷水系统还包括内配水环、内支撑管、内喷水管；所述内配水环连同内支撑管、内喷水管可整体围绕圆筒做圆周运动；

所述内储水圆筒上有出水孔，所述内配水环与内储水圆筒的出水孔连通；所述内支撑管与内配水环连通，内支撑管端部连接内喷水管；

所述外喷水系统置于所述工件外侧，包括外喷水管，所述外喷水管上也设置有多个喷嘴，所述喷嘴朝向工件外表面；

所述外喷水系统，包括外储水圆筒、外配水环、外支撑管和外喷水管，所述外储水圆筒上可转动的套设所述外配水环，所述外配水环连通在所述外储水圆筒与外支撑管之间，外支撑管端部连接所述外喷水管，所述外储水圆筒中的水通过外配水环、外支撑管通向外喷水管，所述外配水环连同外支撑管、外喷水管可整体围绕圆筒做圆周运动，所述外喷水管上设置有多个喷嘴，所述喷嘴朝向工件外表面；

所述外储水圆筒外壁上具有一圈出水孔；所述外配水环具有一小容腔，容腔的一侧与出水孔相通，另一侧与外支撑管相通，所述外支撑管一端连接在配水环上，另一端部连接外喷水管；

所述喷嘴存在向心的偏转角；

所述外支撑管与外喷水管之间通过旋转接头连接，所述旋转接头是一活性连接头；

所述槽体底部设置有出水口，喷水系统回流的水通过出水口流出；

所述工件为封头类锻件时开口端向下放置；所述工件为饼类锻件时平放。

2.根据权利要求1所述的大型复杂锻件淬火用旋转立式喷水淬火设备，其特征在于：所述承载系统，包括工作台、垫铁和定位块，所述垫铁固定于工作台上，根据工件结构类型和尺寸调整垫铁高度，所述定位块置于垫铁上，所述工件置于垫铁顶部，由垫铁定位。

3.根据权利要求1所述的大型复杂锻件淬火用旋转立式喷水淬火设备，其特征在于：所述内喷水管为多个，通过内支撑管分布在所述内配水环环周上；所述外喷水管也为多个，通过外支撑管分布在外配水环圆周上。

4.根据权利要求1或2所述的大型复杂锻件淬火用旋转立式喷水淬火设备，其特征在于：所述内喷水管和外喷水管上的喷嘴都是朝向工件表面。

5.根据权利要求1所述的大型复杂锻件淬火用旋转立式喷水淬火设备，其特征在于：所述内储水圆筒与外储水圆筒为连通的，且均通过同一套供水装置供水。