[發(fā)明專利]一種原位加熱的熱裂紋測試裝置

有效

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• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN108931421B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 仲紅剛;李曦皓;王彪;張申;張程棟;徐智帥;翟啟杰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 程華

1.一種原位加熱的熱裂紋測試裝置，其特征在于，包括：

拉伸裝置、連接桿、爐體、應(yīng)力傳感器、試棒、熱電偶、保溫層、磁場線圈、發(fā)熱環(huán)、Al₂O₃坩堝、基座、連接夾頭、水冷夾頭以及拉伸裝置導(dǎo)軌支架；

所述拉伸裝置設(shè)置于所述爐體的外左側(cè)，用于拉伸所述試棒；所述應(yīng)力傳感器、所述試棒、所述磁場線圈、所述發(fā)熱環(huán)、所述Al₂O₃坩堝、所述連接夾頭以及所述水冷夾頭設(shè)置于所述爐體的爐腔內(nèi)；所述基座設(shè)置于所述爐體外底部；所述拉伸裝置的下端安裝有拉伸裝置導(dǎo)軌支架，所述拉伸裝置能夠在拉伸裝置導(dǎo)軌支架上左右移動，在滑程任意位置鎖死；所述應(yīng)力傳感器設(shè)置于所述爐體內(nèi)的左爐門旁，通過所述連接桿與所述拉伸裝置相連；所述應(yīng)力傳感器與所述連接夾頭一端螺紋連接，所述連接夾頭另一端與所述試棒螺紋連接，所述拉伸裝置、所述應(yīng)力傳感器與所述試棒同軸度，所述應(yīng)力傳感器用于同步測量所述拉伸裝置所施加的外力；所述水冷夾頭通過夾持方式固定在所述試棒右端，用于準(zhǔn)確控制水流量的大小，控制所述試棒在降溫過程中軸向散熱的快慢；

所述Al₂O₃坩堝為一中空圓柱體，所述中空圓柱體的內(nèi)徑等于試棒直徑，所述試棒設(shè)置于所述中空圓柱體內(nèi)且與所述Al₂O₃坩堝同軸；所述Al₂O₃坩堝外側(cè)套有發(fā)熱環(huán)，所述發(fā)熱環(huán)用于通入電流后，采用電阻發(fā)熱，使被發(fā)熱環(huán)包裹部分的試棒融化；所述發(fā)熱環(huán)外側(cè)包覆有磁場線圈，所述磁場線圈，用于引入磁場擾動金屬液，控制金屬液凝固生成等軸晶，從而研究所述試棒相應(yīng)的熱裂臨界條件；所述磁場線圈外層包裹有保溫層，所述磁場線圈與所述發(fā)熱環(huán)之間也設(shè)置有保溫層；所述熱電偶預(yù)埋在所述Al₂O₃坩堝外壁上，用于同步測量試棒的溫度；

所述試棒加熱熔化之后，所述拉伸裝置啟動后，拉伸試棒，通過調(diào)節(jié)所述發(fā)熱環(huán)的溫度，選擇所述水冷夾頭的水流量大小或控制所述磁場線圈產(chǎn)生磁場，分別得到不同冷速下，不同枝晶生長方向或等軸晶形態(tài)下的所述試棒熱裂的臨界條件。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位加熱的熱裂紋測試裝置，其特征在于，所述拉伸裝置與所述連接桿一端固定，所述連接桿另一端與所述應(yīng)力傳感器螺紋連接；所述拉伸裝置用于主動加載外力，在所述試棒凝固過程中對凝固收縮進(jìn)行限制，使所述試棒產(chǎn)生熱裂紋。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位加熱的熱裂紋測試裝置，其特征在于，所述水冷夾頭由夾具和冷卻水道組成，所述冷卻水道安裝在所述夾具上；所述水冷夾頭與循環(huán)水冷機(jī)相連，用于控制所述試棒在降溫過程中軸向散熱的快慢，當(dāng)無流量或流量小時，試棒徑向散熱大于軸向，柱狀晶沿徑向生長，當(dāng)流量大時，試棒徑向散熱小于軸向，柱狀晶沿軸向生長，確定晶粒不同生長方向的所述試棒熱裂臨界條件。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位加熱的熱裂紋測試裝置，其特征在于，所述原位加熱的熱裂紋測試裝置還包括剛性梁，所述剛性梁水平焊接于爐體右壁上面，且與所述水冷夾頭螺紋連接，用于固定夾頭，保證試棒夾持的水平。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位加熱的熱裂紋測試裝置，其特征在于，所述原位加熱的熱裂紋測試裝置還包括數(shù)據(jù)信號采集控制系統(tǒng)，用于將所述熱電偶、所述應(yīng)力傳感器、所述拉伸裝置和所述水冷夾頭得到的溫度、應(yīng)力、拉伸速率以及冷卻水量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號并全程進(jìn)行采集存儲；所述數(shù)據(jù)信號控制采集系統(tǒng)的采集頻率為100Hz。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位加熱的熱裂紋測試裝置，其特征在于，所述原位加熱的熱裂紋測試裝置的最高加熱溫度為2000℃；升降溫速率范圍為0.01-100K/s；升降溫控溫誤差小于±2k；所述原位加熱的熱裂紋測試裝置的冷態(tài)極限真空度為6.67×10^-3Pa。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位加熱的熱裂紋測試裝置，其特征在于，所述拉伸裝置的最大試驗力為10KN；拉伸速率范圍為0.001-3mm/s；有效拉伸量程為50mm。