CN113106229B - 一种消除蒸汽膜的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种消除蒸汽膜的装置及使用方法，包括支撑台、线圈接板、测温摄像头、感应线圈、喷嘴、钢管、冷却喷水器、旋转平台装置、升降装置、水管A、水管B、水泵、控制台、储水箱、工作平台及感应开关；本装置所提供的对钢管经行感应加热的淬火过程中，通过制台，测温摄像头，水泵，喷水器，钢管淬火装置组成闭环系统，实时监测钢管淬火过程的温度来判断淬火过程中蒸汽膜被消除的程度，由控制台控制并调节并控制水泵来控制喷嘴喷出的水压以及水量，从而达到除去淬火过程中产生的蒸汽膜的目的。钢管固定于旋转平台上，且俩者置于升降装置之上，可保证在淬火过程中对钢管内壁各个部位的蒸汽膜进行消除。

Description

一种消除蒸汽膜的装置及使用方法

技术领域

本发明属于金属热处理加工技术领域，具体涉及一种消除蒸汽膜的装置及使用方法。

背景技术

淬火是金属热处理当中一种重要的热处理方法，它是指当刚加热到临界温度以上时，在此基础上保温一段时间，再以大于临界冷却速度经行冷却，以获得马氏体为主的不平衡组织的一种热处理方法。从而提高工件或材料的力学性能-强度、刚度、耐磨性。

在淬火过程中分为三个阶段：蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。蒸汽膜阶段是指刚件或材料进入介质的一瞬间，此时刚件周围的介质立即被汽化，在工件上形成了一层蒸汽膜，随着工件热量的放出蒸汽膜不断增厚直至破裂。沸腾阶段是指蒸汽膜破裂时，工件与介质直接接触，介质在工件表面沸腾，此时会逸出大量气泡从而带走热量，使得工件冷却速度大，此阶段直到工件冷却至介质的沸点为止。对流冷却阶段是指当工件冷却到介质的沸点时，此时只能靠对流的方式经行冷却，此过程中工件的冷却速度甚至慢于蒸汽膜阶段。这三个阶段自然存在，相互关联。

蒸汽膜的存在会严重影响传热过程，会使得冷却速度变慢以及使得工件材料表面冷却不均匀，故若能消除在淬火过程中产生的蒸汽膜就会使得传热效率提高，从而提高工件材料表面的强度、硬度、耐磨性等。

目前针对上述淬火过程中蒸汽膜对淬火带来的影响并没有很好的解决方法，引入电解质，增大工件表面粗糙度或者减少工件尺寸等是目前为止消除蒸汽膜的方法。以及大多数采用在对钢管淬火过程中经行喷水的方法，但此方法没有形成闭环控制，不能有效的除去蒸汽膜。本发明中控制台、测温摄像头、水箱、水泵、淬火平台组成闭环控制系统，可有效解决淬火过程中蒸汽膜的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除蒸汽膜的装置及使用方法，所提供的对钢管经行感应加热的淬火过程中，通过制台、测温摄像头、水泵、喷水器、钢管淬火装置组成闭环系统，实时监测钢管淬火过程的温度来判断淬火过程中蒸汽膜被消除的程度，由控制台控制并调节并控制水泵来控制喷嘴喷出的水压以及水量，从而达到除去淬火过程中产生的蒸汽膜的目的。钢管固定于旋转平台上，且俩者置于升降装置之上，可保证在淬火过程中对钢管内壁各个部位的蒸汽膜进行消除。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种消除蒸汽膜的装置，包括支撑台、线圈接板、测温摄像头、感应线圈、喷嘴、钢管、冷却喷水器、旋转平台装置、升降装置、水管A、水管B、水泵、控制台、储水箱、工作平台及感应开关；

所述工作平台的上表面中心处设置有升降装置，升降装置的升降平台上表面设置有旋转平台装置，旋转平台装置上连接有钢管，升降装置一侧的工作平台上依次设置有测温摄像头和支撑台，且测温摄像头通过支撑架安装于工作平台上，通过摄像头来检测钢管在淬火过程中温度的变化，支撑台通过线圈接板与感应线圈连接，感应线圈套在钢管顶部，感应线圈通过导线与安装于工作平台上的感应开关连接，升降装置另一侧的工作平台上设置有储水箱，储水箱的出水口与水泵的进水口连接，水泵的出水口分别与水管A和水管B一端连接，水管A另一端冷却喷水器连接，水管B另一端与圆柱形喷水器连接，圆柱形喷水器沿轴向安装有若干喷嘴，感应开关、水泵和测温摄像头均与控制台连接，且控制台安装于工作平台上表面处且与水泵正对，通过控制台控制水泵调节圆柱形喷水器喷出水的水量及水压以及控制水泵调节与冷却喷水器的出水量，测温摄像头实时向控制台反馈钢管淬火时的温度。

所述旋转平台装置包括电机A、固定卡盘、主动锥齿轮、环形支架、从动锥齿轮和旋转平台；所述环形支架固定安装于升降平台上表面中心处，且环形支架外侧安装有电机A，电机A输出轴贯穿环形支架与主动锥齿轮连接，环形支架上转动安装有旋转平台，旋转平台下表面中心处一体成型有转轴，转轴上通过键连接有与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮，旋转平台上表面设置有固定卡盘；启动电机A控制带动旋转平台做匀速转动，其转动速度可根据工作需要进行调节。

所述升降装置包括丝杠A、丝杠B、电机B、主动轮、从动轮、锥齿轮Ⅰ、锥齿轮Ⅱ、锥齿轮Ⅲ、锥齿轮Ⅳ以及升降平台；所述电机B固定安装于工作平台上表面处，且电机B两侧对称安装有丝杠A和丝杠B，丝杠A和丝杠B底端分别通过键连接有锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅱ，锥齿轮Ⅰ与锥齿轮Ⅲ啮合，锥齿轮Ⅱ与锥齿轮Ⅳ啮合，且锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅳ通过转动杆进行连接，转动杆与保持架顶部转动安装，保持架底部固定安装在工作平台上，转动架中部安装有从动轮，电机B输出轴末端通过键连接有与从动轮啮合的主动轮，所述丝杠A和丝杠B之间安装有升降平台。

一种消除蒸汽膜的装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：将钢管通过固定卡盘固定在旋转平台上；控制台、水泵、电机A、电机B及测温摄像头通电；启动电机B，通过电机B带动主动轮旋转，进而通过主动轮带动从动轮旋转，从动轮旋转通过主齿轮Ⅱ和锥齿轮Ⅳ带动锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅱ转动，进而带动丝杠A和丝杠B等速转动，使升降平台向上移动，使钢管顶端套在感应线圈内，并且保证圆柱形喷水器位于钢管内，冷却喷水器位于钢管上端面上方；

步骤2：首先将刚管加热，测温摄像头实时检测刚管温度并反馈至控制台，当刚管加热至淬火温度时，此时控制台下达命令给感应开关，使加热后的钢管进入保温节段，保温一段时间后，控制台下达命令给水泵，水泵工作将储水箱内的冷却水经水管A输送至冷却喷水器，通过冷却喷水器对钢管进行冷却，同时冷却水经过水管B输送至圆柱形喷水器，经喷嘴喷出对淬火钢管内壁进行喷水以达到除去蒸汽膜的目的，测温摄像头实时监测钢管外壁温度，若温度达到蒸汽膜破裂后的温度，圆柱形喷水器保持此时的喷水量及水压；若温度高于蒸汽膜破裂后的温度，控制台控制水泵加压，增大喷水量直至温度达到预定值；蒸汽膜阶段导热差冷却慢，当圆柱形喷水器开始工作时，喷嘴喷水将淬火冷却过程中的蒸汽膜除去，此时蒸汽膜消失钢管冷却速度加快，此时温度为蒸汽膜破裂后的温度，由测温摄像头实时检测钢管外壁温度并反馈于控制台以达到对整个过程的精准把握。

本发明的有益技术效果为：

本装置所提供的对钢管经行感应加热的淬火过程中，通过制台，测温摄像头，水泵，喷水器，钢管淬火装置组成闭环系统，实时监测钢管淬火过程的温度来判断淬火过程中蒸汽膜被消除的程度，由控制台控制并调节并控制水泵来控制喷嘴喷出的水压以及水量，从而达到除去淬火过程中产生的蒸汽膜的目的。钢管固定于旋转平台上，且俩者置于升降装置之上，可保证在淬火过程中对钢管内壁各个部位的蒸汽膜进行消除。

本装置中除蒸汽膜的装置为一圆柱水管上接有若干喷嘴，喷嘴喷出的水量及水压大小可由控制台调节控制，此装置结构加工生产简单，造价低。

附图说明

图1本发明消除蒸汽膜的装置结构示意图；

图2本发明消除蒸汽膜的装置的旋转平台装置结构示意图；

图3本发明消除蒸汽膜的装置的升降平台装置结构示意图；

图4本发明消除蒸汽膜的装置的圆柱形喷水器结构示意图；

图5本发明消除蒸汽膜的装置的工作流程图；

1-支撑台；2-线圈接板；3-测温摄像头；4-感应线圈；5-喷嘴；6-钢管；7-冷却喷水器；8-固定卡盘；9-旋转平台；10-水管A；11-水管B；12-水泵；13-控制台；14-储水箱；15-升降平台；16-丝杠A；17-电机A；18-电机B；19-丝杠B；20-工作平台；21-感应开关，22-环形支架，23-主动锥齿轮，24-从动锥齿轮，25-锥齿轮Ⅰ，26-锥齿轮Ⅱ，27-锥齿轮Ⅲ，28-锥齿轮Ⅳ，29-主动轮，30-从动轮，31-转动杆，32-保持架，33-圆柱形喷水器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1至图4所示，一种消除蒸汽膜的装置，包括支撑台1、线圈接板2、测温摄像头3、感应线圈4、喷嘴5、钢管6、冷却喷水器7、旋转平台装置、升降装置、水管A10、水管B11、水泵12、控制台13、储水箱14、工作平台20及感应开关21；

所述工作平台20的上表面中心处设置有升降装置，升降装置的升降平台15上表面设置有旋转平台装置，旋转平台装置上连接有钢管6，升降装置一侧的工作平台20上依次设置有测温摄像头3和支撑台1，且测温摄像头3通过支撑架安装于工作平台20上，通过摄像头来检测钢管6在淬火过程中温度的变化，支撑台1通过线圈接板2与感应线圈4连接，感应线圈4套在钢管6顶部，感应线圈4通过导线与安装于工作平台20上的感应开关21连接，升降装置另一侧的工作平台20上设置有储水箱14，储水箱14的出水口与水泵12的进水口连接，水泵12的出水口分别与水管A10和水管B11一端连接，水管A10另一端冷却喷水器7连接，水管B11另一端与圆柱形喷水器33连接，圆柱形喷水器33沿轴向安装有若干喷嘴5，感应开关21、水泵12和测温摄像头3均与控制台13连接，且控制台13安装于工作平台20上表面处且与水泵12正对，通过控制台13控制水泵12调节圆柱形喷水器33喷出水的水量及水压以及控制水泵12调节与冷却喷水器7的出水量，测温摄像头3实时向控制台13反馈钢管6淬火时的温度。

所述旋转平台装置包括电机A17、固定卡盘8、主动锥齿轮23、环形支架22、从动锥齿轮24和旋转平台9；所述环形支架22固定安装于升降平台15上表面中心处，且环形支架22外侧安装有电机A17，电机A17输出轴贯穿环形支架22与主动锥齿轮23连接，环形支架22上转动安装有旋转平台9，旋转平台9下表面中心处一体成型有转轴，转轴上通过键连接有与主动锥齿轮23啮合的从动锥齿轮24，旋转平台9上表面设置有固定卡盘8；启动电机A17控制带动旋转平台9做匀速转动，其转动速度可根据工作需要进行调节。

所述升降装置包括丝杠A16、丝杠B19、电机B18、主动轮29、从动轮30、锥齿轮Ⅰ25、锥齿轮Ⅱ26、锥齿轮Ⅲ27、锥齿轮Ⅳ28以及升降平台15；所述电机B18和外壳均固定安装于工作平台20上表面处，电机B18位于外壳内，且电机B18两侧对称安装有丝杠A16和丝杠B19，丝杠A16和丝杠B19部分穿出外壳，丝杠A16和丝杠B19底端分别通过键连接有锥齿轮Ⅰ25和锥齿轮Ⅱ26，锥齿轮Ⅰ25与锥齿轮Ⅲ27啮合，锥齿轮Ⅱ26与锥齿轮Ⅳ28啮合，且锥齿轮Ⅰ25和锥齿轮Ⅳ28通过转动杆31进行连接，转动杆31与保持架32顶部转动安装，保持架32底部固定安装在工作平台20上，转动架中部安装有从动轮30，电机B18输出轴末端通过键连接有与从动轮30啮合的主动轮29，所述丝杠A16和丝杠B19之间安装有升降平台15。

如图5所示，一种消除蒸汽膜的装置的使用方法，钢管6具体为45#钢，包括以下步骤：

步骤1：将钢管6通过固定卡盘8固定在旋转平台9上；控制台13、水泵12、电机A17、电机B18及测温摄像头3通电；启动电机B18，通过电机B18带动主动轮29旋转，进而通过主动轮29带动从动轮30旋转，从动轮30旋转通过主齿轮Ⅱ和锥齿轮Ⅳ28带动锥齿轮Ⅰ25和锥齿轮Ⅱ26转动，进而带动丝杠A16和丝杠B19等速转动，使升降平台15向上移动，使钢管6顶端套在感应线圈4内，并且保证圆柱形喷水器33位于钢管6内，冷却喷水器7位于钢管6上端面上方；

步骤2：启动电机A17，通过电机A17带动主动锥齿轮23旋转，主动锥齿轮23通过与其啮合的从动锥齿轮24带动旋转平台9旋转，进而带动钢管6旋转；同时启动感应开关21控制感应线圈4将45#刚管加热至830℃-860℃，测温摄像头3实时检测刚管温度并反馈至控制台13，当钢管6加热温度低于淬火温度时，控制台13控制感应线圈4继续加热；当刚管加热至淬火温度820℃时，钢管6的各项力学性能最佳，此时控制台13下达命令给感应开关21，使加热后的钢管6进入保温节段，保温一段时间后，控制台13下达命令给水泵12，水泵12工作将储水箱14内的冷却水经水管A10输送至冷却喷水器7，通过冷却喷水器7对钢管6进行冷却，同时冷却水经过水管B11输送至圆柱形喷水器33，经喷嘴5喷出对淬火钢管6内壁进行喷水以达到除去蒸汽膜的目的，测温摄像头3实时监测钢管6外壁温度，若温度达到蒸汽膜破裂后的温度，圆柱形喷水器33保持此时的喷水量及水压；若温度高于蒸汽膜破裂后的温度，控制台13控制水泵12加压，增大喷水量直至温度达到预定值；停止工作；对于45#钢管6其淬火温度为820℃，蒸汽膜阶段导热差冷却慢，当圆柱形喷水器33开始工作时，喷嘴5喷水将淬火冷却过程中的蒸汽膜除去，此时蒸汽膜消失钢管6冷却速度加快，此时温度为蒸汽膜破裂后的温度，由测温摄像头3实时检测钢管6外壁温度并反馈于控制台13以达到对整个过程的精准把握。

Claims (4)

1.一种消除蒸汽膜的装置，其特征在于，包括支撑台、线圈接板、测温摄像头、感应线圈、喷嘴、钢管、冷却喷水器、旋转平台装置、升降装置、水管A、水管B、水泵、控制台、储水箱、工作平台及感应开关；

所述工作平台的上表面中心处设置有升降装置，升降装置的升降平台上表面设置有旋转平台装置，旋转平台装置上连接有钢管，升降装置一侧的工作平台上依次设置有测温摄像头和支撑台，且测温摄像头通过支撑架安装于工作平台上，通过摄像头来检测钢管在淬火过程中温度的变化，支撑台通过线圈接板与感应线圈连接，感应线圈套在钢管顶部，感应线圈通过导线与安装于工作平台上的感应开关连接，升降装置另一侧的工作平台上设置有储水箱，储水箱的出水口与水泵的进水口连接，水泵的出水口分别与水管A和水管B一端连接，水管A另一端冷却喷水器连接，水管B另一端与圆柱形喷水器连接，圆柱形喷水器沿轴向安装有若干喷嘴，感应开关、水泵和测温摄像头均与控制台连接，且控制台安装于工作平台上表面处且与水泵正对，通过控制台控制水泵调节圆柱形喷水器喷出水的水量及水压以及控制水泵调节与冷却喷水器的出水量，测温摄像头实时向控制台反馈钢管淬火时的温度。

2.根据权利要求1所述的一种消除蒸汽膜的装置，其特征在于：所述旋转平台装置包括电机A、固定卡盘、主动锥齿轮、环形支架、从动锥齿轮和旋转平台；所述环形支架固定安装于升降平台上表面中心处，且环形支架外侧安装有电机A，电机A输出轴贯穿环形支架与主动锥齿轮连接，环形支架上转动安装有旋转平台，旋转平台下表面中心处一体成型有转轴，转轴上通过键连接有与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮，旋转平台上表面设置有固定卡盘；启动电机A控制带动旋转平台做匀速转动，其转动速度可根据工作需要进行调节。

3.根据权利要求1所述的一种消除蒸汽膜的装置，其特征在于：所述升降装置包括丝杠A、丝杠B、电机B、主动轮、从动轮、锥齿轮Ⅰ、锥齿轮Ⅱ、锥齿轮Ⅲ、锥齿轮Ⅳ以及升降平台；所述电机B固定安装于工作平台上表面处，且电机B两侧对称安装有丝杠A和丝杠B，丝杠A和丝杠B底端分别通过键连接有锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅱ，锥齿轮Ⅰ与锥齿轮Ⅲ啮合，锥齿轮Ⅱ与锥齿轮Ⅳ啮合，且锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅳ通过转动杆进行连接，转动杆与保持架顶部转动安装，保持架底部固定安装在工作平台上，转动架中部安装有从动轮，电机B输出轴末端通过键连接有与从动轮啮合的主动轮，所述丝杠A和丝杠B之间安装有升降平台。

4.根据权利要求1所述的一种消除蒸汽膜的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将钢管通过固定卡盘固定在旋转平台上；控制台、水泵、电机A、电机B及测温摄像头通电；启动电机B，通过电机B带动主动轮旋转，进而通过主动轮带动从动轮旋转，从动轮旋转通过主齿轮Ⅱ和锥齿轮Ⅳ带动锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅱ转动，进而带动丝杠A和丝杠B等速转动，使升降平台向上移动，使钢管顶端套在感应线圈内，并且保证圆柱形喷水器位于钢管内，冷却喷水器位于钢管上端面上方；

步骤2：首先将刚管加热，测温摄像头实时检测刚管温度并反馈至控制台，当刚管加热至淬火温度时，此时控制台下达命令给感应开关，使加热后的钢管进入保温节段，保温一段时间后，控制台下达命令给水泵，水泵工作将储水箱内的冷却水经水管A输送至冷却喷水器，通过冷却喷水器对钢管进行冷却，同时冷却水经过水管B输送至圆柱形喷水器，经喷嘴喷出对淬火钢管内壁进行喷水以达到除去蒸汽膜的目的，测温摄像头实时监测钢管外壁温度，若温度达到蒸汽膜破裂后的温度，圆柱形喷水器保持此时的喷水量及水压；若温度高于蒸汽膜破裂后的温度，控制台控制水泵加压，增大喷水量直至温度达到预定值；蒸汽膜阶段导热差冷却慢，当圆柱形喷水器开始工作时，喷嘴喷水将淬火冷却过程中的蒸汽膜除去，此时蒸汽膜消失钢管冷却速度加快，此时温度为蒸汽膜破裂后的温度，由测温摄像头实时检测钢管外壁温度并反馈于控制台以达到对整个过程的精准把握。

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