[發明專利]一種通電熱拉伸試驗裝置及拉伸試驗方法

有效

• 申請號: 201410140121.6
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103900911A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 王望;王永軍;孫寶龍;武偉超
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及材料的熱成形研究領域，具體是一種通電熱拉伸試驗的方法及其裝置。

背景技術

對于一些結構材料來說，在常溫下，它們的成形比較困難且回彈量大，但是若對材料毛坯進行熱成形，則可大大改善其成形性能，回彈、起皺在熱成形中基本可以排除，因此出現了熱輻射加熱、電爐加熱、氧乙炔焰加熱和電阻加熱等各種的材料熱成形法。電阻加熱成形工藝是通過向待加工零件自身通電，加熱到成形溫度而成形的工藝。電阻加熱的優點是加熱速度快、能耗低、加熱均勻等特點，并且工件處在高溫下的時間短，這可以減少氧污染且不需要酸洗清除氧化皮工序，這又可以避免材料受氫污染，同時，電阻加熱可以避免由于傳輸零件而產生的熱量損失。對于鈦合金，由于其材料特性，電阻加熱可以大大的提高其加熱速度。

為了研究材料的熱成形性能，有必要對拉伸試件進行電阻加熱拉伸試驗，電阻加熱拉伸試驗是通過向待加工拉伸試件自身通電，加熱到成形溫度后拉伸試件直到斷裂的試驗。

在對拉伸試件通入直流電流進行單向拉伸試驗時，隨著通電時間的加長，拉伸試件溫度也會不斷的上升，在對材料進行熱成形研究試驗時，一般要求拉伸試件的溫度升高達到一定值時，需要使其大概保持在這一溫度下進行拉伸，目前試驗室中采用的電阻加熱成形方式無法滿足拉伸試件溫度基本保持在一定值的要求，中國專利CN103267685A（一種熱輔助雙向拉伸試驗裝置和方法）提出了利用熱輻射對拉伸試件本身進行加熱，通過這種加熱方式可以獲得拉伸試件的熱成形性能，但是這種加熱方式存在加熱速度慢，能源利用率低、能夠加熱到的溫度低以及拉伸試件受熱不均勻等缺點，拉伸試件受熱不均勻會導致拉伸試件中存在溫度的梯度分布，產生殘余應力，進而不能測量得到拉伸試件的準確熱成形性能。因此，需要一種可以使拉伸試件受熱均勻并且溫度穩定的拉伸試驗方法及其裝置。

發明內容

為了解決在熱拉伸過程中拉伸試件的溫度受熱不均勻問題以及需要使拉伸試件的溫度基本保持在一個穩定的溫度狀態下進行單向拉伸試驗，研究材料在不同溫度狀態下的力學性能，本發明提出了一種通電熱拉伸試驗裝置及拉伸試驗方法。

所述通電熱拉伸試驗裝置包括單向拉伸試驗裝置和溫度控制裝置。所述的溫度控制裝置包括溫度測量單元、功率調節器和電源裝置；所述的單向拉伸試驗裝置包括電子萬能試驗機和夾具。由于電子萬能試驗機為全金屬結構，極易導電，無法滿足加電試驗要求，直接通電試驗，會危及人員及設備安全，必須進行絕緣處理，因此，本發明中也提供了一種能夠滿足通電要求的單向拉伸試驗夾具，本發明裝置中夾具是基于CSS-44100電子萬能試驗機設計的。所述單向拉伸試驗夾具主要包括：上橫梁連接桿、絕緣板、夾持板、銷釘、活動橫梁連接桿。上橫梁連接桿、夾持板和兩塊結構相同的絕緣板裝配組成上夾具；活動橫梁連接桿、夾持板和兩塊結構相同的絕緣板裝配組成下夾具。所述上夾具和下夾具中夾持板位于所述絕緣板的一端，并固定在該兩塊絕緣板之間。連接桿位于所述絕緣板的另一端，并固定在該兩塊絕緣板之間。通過連接桿將所述上夾具和下夾具分別與電子萬能試驗機的上橫梁和活動橫梁連接；溫度控制裝置中電源裝置的正極和負極分別與上夾具的夾持板和下夾具夾持板連通。

所述夾持板的一端為連接端，另一端為拉伸試件的夾持端，在所述夾持端開有“U”形夾口。所述夾口的開口方向與夾持板的上下表面平行。夾口處內表面之間的間距根據所夾持拉伸試件的厚度確定，為1～4mm。

所述溫度控制裝置中的溫度測量單元、功率調節器和電源裝置串聯：溫度測量單元與功率調節器連接以傳遞電信號，功率調節器和電源裝置連接以調節電源的輸出功率。其中溫度測量單元包括紅外測溫感應器和溫度比較器。紅外測溫感應器置于拉伸試件標距區域的正前方以方便監測試件標距區域的溫度，將監測到的拉伸試件溫度傳遞給溫度比較器，通過溫度比較器將所接收到的拉伸試件的當前溫度與設定的溫度閾值進行比較；溫度比較器將所得出的溫度差值轉化為電信號輸出給功率調節器。

所述通電熱拉伸試驗裝置進行拉伸試驗的具體過程是：

第一步，安裝拉伸試件。啟動電子萬能試驗機，根據試驗要求調節活動橫梁與上橫梁之間的距離，通過上夾具和下夾具將拉伸試件的兩端分別與電子萬能試驗機的上橫梁和活動橫梁固連；將電源的正極和負極分別通過電源線與上夾具的夾持板和下夾具的夾持板連通。安放溫度測量單元，并連接溫度測量單元、功率調節器和電源；