[發明專利]一種針對金屬增材制造零件疲勞實驗裝置

在審

• 申請號: 202110771659.7
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113552013A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 虞鋼;邊艷華;李少霞;何秀麗;田崇鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60;G01N3/06;G01N3/04
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

1.一種針對金屬增材制造零件疲勞實驗裝置，其特征在于，包括被測件夾持裝置、激光加熱系統、疲勞狀態監測裝置、測溫系統、冷卻系統和控制系統；

所述被測件夾持裝置包括恒定機械載荷加載裝置和周期機械載荷加載裝置，通過恒定機械載荷加載裝置對被測件進行水平方向的恒定力加載、扭轉載荷加載，通過周期機械載荷加載裝置對被測件進行垂直方向的周期載荷加載；

通過激光加熱系統對被測件的表面進行溫度載荷加載，所述激光加熱系統設置有激光器和折返鏡，激光器安裝在激光器固定架上，激光器發射激光經過折返鏡折射在被測件上；

所述疲勞裂紋監測裝置包括CCD和高速攝影，通過疲勞裂紋監測裝置在線觀測實現裂紋數量和裂紋長度的識別；

通過測溫系統測量溫度信號，通過控制系統對兩種溫度信號處理調節激光加熱系統的工作模式和冷卻系統的工作模式。

2.根據權利要求1所述一種針對金屬增材制造零件疲勞實驗裝置，其特征在于，所述恒定機械載荷加載裝置設置有水平布置的導軌以及兩個動滑塊和兩個靜滑塊，靜滑塊a和靜滑塊b分別安裝固定在導軌的兩端，靜滑塊a上設置有固定板a，靜滑塊b上設置有支撐柱，與靜滑塊a相鄰的動滑塊a上設置有固定板b，被測件的兩端分別固定安裝支撐柱和固定板b上，固定板a上同時固定兩根絲杠，兩根絲杠通過絲杠螺母與固定板b連接；通過絲杠轉動調節固定板a和固定板b之間距離，動滑塊a沿著滑軌運動對被測件加載恒定應變的力，在固定板a和固定板b之間布置有距離傳感器，通過控制系統監測距離傳感器的信號，確定恒力加載值的大小。

3.根據權利要求1所述一種針對金屬增材制造零件疲勞實驗裝置，其特征在于，所述恒定機械載荷加載裝置還設置有立柱、液壓缸以及夾緊環；在零件固定的一端通過夾緊環固定，同時在夾緊環的下端安裝液壓缸，并將液壓缸安裝在立柱上，通過調節液壓缸的伸縮量定量對被測零件施加扭轉載荷。

4.根據權利要求1所述一種針對金屬增材制造零件疲勞實驗裝置，其特征在于，所述周期機械載荷加載裝置包括固定電機架、伺服電機、轉盤、載荷調節桿，固定電機架安裝在與靜滑塊b相鄰的動滑塊b上，固定電機架上安裝伺服電機，伺服電機通過轉軸和轉盤連接，轉盤上設置有載荷調節桿，通過調節載荷調節桿的長度調節周期載荷的大小，通過調節伺服電機的轉速控制被測件周期載荷的加載頻率。

5.根據權利要求4所述一種針對金屬增材制造零件疲勞實驗裝置，其特征在于，所述固定電機架設置為高度可調節式結構，載荷調節桿上設置有U型槽口，并通過螺栓緊固在轉盤上，通過U型槽口調節載荷調節桿的安裝高度，進而調節周期載荷的載荷大小。

6.根據權利要求1所述一種針對金屬增材制造零件疲勞實驗裝置，其特征在于，所述激光加熱系統包括沿垂直方向設置的激光-折返鏡加熱系統和沿水平方向設置的激光-折返鏡加熱系統，通過激光-折返鏡加熱系統分別對被測件水平方向和垂直方向施加溫度載荷；所述激光器設置有激光器a和激光器b，激光器a和激光器b分別相對應安裝在激光器固定架a和激光器固定架b上，激光器a發射激光透過折返鏡a折射到被測件上，激光器b發射激光通過折返鏡b折射到被測件上。

7.根據權利要求1所述一種針對金屬增材制造零件性能的測試裝置，其特征在于，所述測溫系統包括接觸式的熱電偶和非接觸式的熱成像、紅外測溫儀，根據被測件的形狀安裝接觸式熱電偶，通過接觸式熱電偶對被測件的非激光作用區域測溫；同時通過非接觸式熱成像或紅外測溫對激光作用區域測溫。

8.根據權利要求1所述一種針對金屬增材制造零件性能的測試裝置，其特征在于，所述冷卻系統包括電磁閥、冷卻介質流道，冷卻介質流道填充包括冷卻水、冷卻空氣和液氮組成的冷卻介質，在控制系統的控制下，冷卻介質通過冷卻介質流道作用到被測件表面，通過電磁閥的開啟和關閉調節冷卻介質的流量。

9.根據權利要求1所述一種針對金屬增材制造零件性能的測試裝置，其特征在于，所述被測件通過激光熱載荷誘導表面裂紋的產生和擴展，被測件夾持裝置施加機械載荷的大小的與被測件的裂紋擴展速度成正比。