[發明專利]一種可在線觀測的高效冷熱疲勞試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201310529456.2
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103575608A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 任學沖;齊冀;殷艷君
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60;G01N25/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種可在線觀測的高效冷熱疲勞試驗裝置，其特征在于冷熱疲勞試驗裝置由可旋轉輪轂（1）、強風裝置(2)、位置成像觀察記錄儀(3)、輻條(4)、感應加熱爐爐體(5)、紅外測溫儀(6)、試樣(7)、冷卻劑容器(8)、傳送帶(9)、無極變頻電動機(10)組成，分為加熱裝置、試樣夾持裝置、傳動裝置、冷卻裝置以及在線觀測裝置五部分；加熱裝置為分段式非完整圓環型環型感應加熱爐；試樣夾持裝置包括旋轉輪轂、輻條；傳動裝置包括傳送帶、無極變頻電動機；在線觀測裝置包括位置成像觀察記錄儀、紅外測溫儀；冷卻裝置即冷卻劑容器；冷熱疲勞試驗裝置的最上方是加熱裝置，采用非完整圓分段式環型感應加熱爐；環型感應加熱爐爐體的入口端部，設置強風裝置、位置成像觀察記錄儀；強風裝置用來干燥試樣，位置成像觀察記錄儀用來對試樣表面進行在線觀察，可對試樣表面進行圖像采集，觀測試樣表面形貌，尤其是對疲勞裂紋的形成及擴展的觀測；環型感應加熱爐爐體的出口端設置紅外測溫儀，用來測量試樣在進入淬火介質前的溫度，以保證達到規定的淬火加熱溫度；環型感應加熱爐爐體的下方，設置淬火冷卻介質容器，用來進行淬火試驗過程；分段式環型感應加熱爐對試樣加熱，入口段溫度可根據試樣尺寸及形狀進行調節，高于目標溫度30-50℃，以提高試樣加熱效率。

2.根據權利要求1所述一種可在線觀測的高效冷熱疲勞試驗裝置，其特征在于環型感應加熱爐爐體的回轉圓心部位，設置可旋轉輪轂，輪轂的前側裝載輻條，輻條對試樣進行夾持，輻條的數量根據實驗需要來確定；輪轂的后側設置皮帶或者飛輪，用來連接傳動裝置，傳動裝置的另一端連接無極變頻電動機，通過電動機的轉動，來實現輪轂帶動輻條，進而帶動試樣在環型感應加熱爐中的轉動。

3.根據權利要求1所述一種可在線觀測的高效冷熱疲勞試驗裝置，其特征在于分段式非完整圓環型環型感應加熱爐溫度控制區域分為2-4段；圓環回轉角度在180-270°之間；環型感應加熱爐的試樣出口側爐段溫度設為目標溫度，試樣入口側爐段溫度要求高于目標溫度30-50℃，以充分利用高溫加熱效果，提高加熱速率，以保證實驗溫度的準確性，加熱爐爐體一側開口，試樣通過可旋轉輪轂帶動的輻條夾持通過開口側進入加熱爐。

4.根據權利要求1或2所述一種可在線觀測的高效冷熱疲勞試驗裝置，其特征在于試樣夾持輻條為套管式可伸縮設計，輻條實際長度根據試樣類型及尺寸進行調節；輻條安裝在輪轂上，輪轂由無極變頻電機驅動，根據加熱爐工況計算試樣在加熱爐中的運動速度，以此來調整輪轂旋轉速度，運動速度為0.15-0.2°/s，以保證試樣在加熱爐中的加熱效果；輪轂上輻條數量為8-30根，以達到最大的試驗效率。

5.根據權利要求1所述一種可在線觀測的高效冷熱疲勞試驗裝置，其特征在于淬火劑容器尺寸及淬火劑深度根據試樣形狀及尺寸確定，淬火時，要使得試樣剛好沒于淬火劑中；淬火劑容器內部設有溶液冷卻裝置，以保障淬火過程中淬火劑溫度不變，淬火劑選擇水或者油作為淬火冷卻介質。

6.根據權利要求1所述一種可在線觀測的高效冷熱疲勞試驗裝置，其特征在于試樣每次淬火結束，在出淬火劑液面后設置強風裝置，對試樣進行吹干；試樣吹干后在進入感應加熱爐之前設有一實驗觀察區，進行試樣的在線觀測；利用位置成像記錄儀進行觀測拍照，記錄熱疲勞裂紋的形核和擴展過程，以及記錄裂紋形貌及測量熱疲勞裂紋擴展速率。

7.如權利要求1所述一種可在線觀測的高效冷熱疲勞試驗裝置的測試方法，其特征在于實驗過程為：

1）試樣安裝與運動調試：

將試樣安裝在輻條支架上，調整支架長度，使所有試樣處于加熱爐內部適當的位置；啟動驅動電機，使試樣運動，保證試樣在加熱爐中的位置處于爐膛中心；

2）淬火槽位置及液面調整：

試樣運動調整好后，根據試樣運動軌跡，確定淬火槽位置及淬火劑液面高度，使試樣能夠完全沒入淬火槽中，同時淬火槽壁不影響試樣的運動；

3）環型感應加熱爐溫度設定：

確定好試樣及淬火槽位置后，使加熱爐開始工作，根據試樣大小，設置環形感應加熱爐試樣出口段溫度設為目標溫度，試樣入口段溫度要求高于設定溫度，保證試樣淬火時的溫度；

4）試樣運動速度調整：

加熱爐溫度設定好后，進行預實驗，利用紅外溫度計測量試樣加熱后進入淬火槽前的溫度，在試樣運動速度滿足0.15-0.2°/s要求的情況下，使試樣溫度達到預定要求，既保證試樣淬火效果，又保證實驗效率。