一种热电耦合疲劳试验机及试验方法技术

本发明专利技术公开了一种热电耦合疲劳试验机，包括加热装置、冷却装置、升降装置、控制系统、试样夹具和支架。其中加热装置包括电阻加热炉，温控箱及炉中热电偶；冷却装置为气冷冷却箱；升降装置包括导轨，滑块，导柱，步进电机和丝杆；试样夹具与竖杆相连，竖杆安装在横杆上；支架安装在工作台上，起到安装固定电阻加热炉的作用。本发明专利技术提供的热电偶和疲劳试验机使疲劳试样在受到循环温度造成的热应力的同时，还受到外部交直流电源施加的直流电压或不同种类的交变电压，实验得到的数据比单一受到循环温度载荷的数据更符合实际，更具有市场需求性。本发明专利技术结构简易，运行灵活，效果明显，适用于在疲劳实验领域推广与使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料试验
，具体涉及一种热电耦合疲劳试验机。
技术介绍
我国开展金属热疲劳的研究工作始于50年代后期。由于航空材料研制和仿制工作的迫切需要，1958年北京航空材料研究所参照原苏联航空材料研究院“耐热合金板材热疲劳试验新方法”，在苏联专家指导下设计并制造了我国第一台热疲劳试验机——金属板材热疲劳试验机。1962年制定了“金属与合金板材的热疲劳试验方法”(草案)，1963年，该方法经修订后更名为“金属板材热疲劳试验方法”，作为航空材料研究所所标准推广使用。1992年，在原航空材料研究所所标准基础上制定的我国唯一一部行业以上级别的热疲劳试验方法——“金属板材热疲劳试验方法”〔HB6660-1992〕发布实施，成为国内开展热疲劳试验应用最广泛的试验标准。与定量的热/机械疲劳试验不同，金属的热疲劳试验是一种定性的试验。试验过程中，试样只承受循环温度造成的循环热应力的作用。随着近些年电子技术的迅猛发展，各自新材料制作的电子产品相继出现。在电子器件的疲劳试验中，冷热疲劳性能是目前衡量电子器件疲劳性能中使用最多的指标。然而，在多数电子元器件的工作环境中，除了受到循环温度造成的循环热应力外，还受到各种不同的交变电压带来的影响。金属材料在循环温度载荷和交变电压的共同作用下，其内部的组织和性能会发生很大的变化，电子器件的使用寿命也会大大降低。但是，目前还未有简单有效的试验机能够实现金属材料在循环温度载荷和交变电压的共同作用下的试验。
技术实现思路
本专利技术提供一种热电耦合疲劳试验机。该试验机使试样受到循环温度载荷的同时，还可以通过外部电源给试样施加不同种类的交变电压。技术方案：为达到上述目的，本专利技术可采用如下技术方案：一种热电耦合疲劳试验机，包括冷却装置、位于冷却装置上方的加热装置、升降装置、夹具支架、安装在夹具支架上的试样夹具；所述试样夹具通过导线接入外部交直流电源；所述升降装置包括升降装置支架及在升降装置支架上上下运动的滑块，所述夹具支架固定在滑块上；所述加热装置上下贯穿，滑块的上下运动通过夹具支架带动试样夹具在加热装置内及冷却装置内上下运动。有益效果：相对于现有技术，本专利技术具有的有益效果是，疲劳试样在受到循环温度造成的热应力的同时，还受到外部交直流电源施加的直流电压或不同种类的交变电压，使得实验得到的数据比单一受到循环温度载荷的数据更符合实际，更具有市场需求性。本专利技术的试验机机构紧凑简单便于实现，且适用于大多数金属板材，对试样要求低，易于推广达成产业化。进一步的，还包括工作台、安装在工作台上的加热装置支架；所述加热装置为电阻加热炉，该电阻加热炉安装在加热装置支架上；所述冷却装置为气冷冷却箱；所述升降装置也安装在工作台上。进一步的，试样夹具为铜块，铜块围绕若干导线，导线接入外部交直流电源；通铜块上还设有若干挂钩。进一步的，所述升降装置包括竖直的导轨、滑块、竖直延伸并安装在导轨上的两个导柱、位于两个导柱之间且与导柱平行的丝杆、步进电机；所述丝杆通过步进电机驱动，滑块套在导柱上。进一步的，气冷冷却箱上表面设有供试样夹具进入的放样口。进一步的，还包括控制系统，控制系统包括工控机，显示器，PCI-1245E运动控制卡，端子板，步进电机驱动器。进一步的，步进电机为86型电机，步距角为1.8°，静力矩为4NM。并且，本方明还提供了一种使用上述热电耦合疲劳试验机的试验方法，该试验方法包括以下步骤：(1)、将疲劳试样固定在试样夹具上并通过升降装置下降至加热装置中；(2)、设置试验夹具在加热装置及冷却装置中的循环周期及循环次数；所述循环周期包括加热装置中的加热温度及加热时间及在冷却装置中的冷却温度及冷却时间；(3)、打开外部交直流电源，给试样输入正弦波交流电；(4)、通过试验夹具通过上下移动在加热装置及冷却装置中完成循环周期内规定的加热温度、加热时间、冷却温度、冷却时间；直至完成循环次数。通过上述试验方法，能够利用本专利技术的热电耦合疲劳试验机简单易行的实现疲劳试样在受到循环温度造成的热应力的同时，还受到外部交直流电源施加的直流电压或不同种类的交变电压的试验。附图说明图1为本专利技术热电耦合疲劳试验机的结构示意图；图2为本专利技术试样夹具示意图；图3为适用于本专利技术的试样示意图。具体实施方式本专利技术提供的一种热电耦合疲劳试验机结构示意图如图1所示，包括加热装置、冷却装置、升降装置、控制系统、试样夹具(14)和夹具支架(12)。其中加热装置包括电阻加热炉(11)、温控箱及炉中热电偶；冷却装置为气冷冷却箱(13)；升降系统包括导轨(3)，滑块(4)，导柱(5)，步进电机(6)和丝杆(7)；控制系统包括工控机(2)，显示器，PCI-1245E运动控制卡，端子板，步进电机驱动器及相关控制程序；试样夹具(14)与竖杆(10)进行不可拆卸连接，竖杆(10)通过螺纹连接安装在横杆(8)上；支架(12)和导轨(3)固定在工作台(1)上。所用的电阻加热炉(11)安装在支架(12)上，其中加热炉(11)距离工作台较低的平面200mm。所用的气冷冷却箱(13)上表面设有一放样口用以供试样夹具(14)进入，正面装有一温度显示表，工作温度在-10℃～20℃，通过外部设置温度值可使气冷冷却箱(13)恒定在某一温度。所用的步进电机(6)为86型电机，步距角为1.8°，静力矩为4NM。所用的PCI-1245E运动控制卡插在工控机(2)卡槽中，PCI-1245E运动控制卡的另一端通过电缆与端子板连接，端子板通过电线与步进电机驱动器相连，步进电机驱动器与步进电机(6)相连。所用的夹具(14)包括方形铜块，四根铜制挂钩和若干铜导线(9)，其中铜导线(9)接入外部交直流电源，围绕方形铜块将四个铜制挂钩相连。通过调节外部交直流电源，可以给试样施加直流电压或不同种类的交变电压。挂钩可同时悬挂多组试样，使实验效率大大增加。具体的试验方法的实施例为：以对Sn-3.5Ag钎料钎焊的接头进行热电耦合疲劳试验为例，其中热电耦合疲劳试验机具体操作如下：首先将疲劳试样放上试样夹具(14)，试样夹具(14)及竖杆(10)放入电阻炉(11)中，竖杆(10)通过螺纹连接安装在横杆(8)上；打开温控箱，在温控箱上编写两段程序，第一段为温度200度，时间3分钟；第二段为温度200度，时间2400分钟；打开气冷冷却箱(13)，设置气冷冷却箱工作温度为-5度；打开工控机(2)和显示器，通过在LabView软件上编写好的控制程序，在程序的前面板中输入总循环次数480次，加热温度200度，保温时间3分钟，冷却温度-5度，冷却时间2分钟；打开外部交直流电源，给试样输入正弦波交流电；温控箱开加热并运行程序，通过LabView软件对炉内温度的采集，实时的炉内温度显示在前面板上；当炉内温度达到设定温度200度时，软件开始计时；3分钟(保温时间)后，通过PCI-1245E运动控制卡对步进电机驱动器的控制，步进电机(6)带动丝杆(7)开始转动，滑块(4)开始向下运动进入气冷冷却箱(13)直至设定的位移为止；当到达设定位移时开始计时，2分钟(冷却时间)后，步进电机(6)反向转动带动滑块(4)向上运动回到起点；如此往复实验直至达到设定的循环次数为止。实时的循环次数可以在LabView程序前面板中显示。实验结束后依次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电耦合疲劳试验机，其特征在于：包括冷却装置(13)、位于冷却装置上方的加热装置(11)、升降装置、夹具支架、安装在夹具支架上的试样夹具(14)；所述试样夹具(14)通过导线(9)接入外部交直流电源；所述升降装置包括升降装置支架及在升降装置支架上上下运动的滑块(4)，所述夹具支架固定在滑块(4)上；所述加热装置(11)上下贯穿，滑块(4)的上下运动通过夹具支架带动试样夹具(14)在加热装置(11)内及冷却装置(13)内上下运动。

【技术特征摘要】
1.一种热电耦合疲劳试验机，其特征在于：包括冷却装置(13)、位于冷却装置上方的加热装置(11)、升降装置、夹具支架、安装在夹具支架上的试样夹具(14)；所述试样夹具(14)通过导线(9)接入外部交直流电源；所述升降装置包括升降装置支架及在升降装置支架上上下运动的滑块(4)，所述夹具支架固定在滑块(4)上；所述加热装置(11)上下贯穿，滑块(4)的上下运动通过夹具支架带动试样夹具(14)在加热装置(11)内及冷却装置(13)内上下运动。2.根据权利要求1所述的热电耦合疲劳试验机，其特征在于：还包括工作台(1)、安装在工作台(1)上的加热装置支架(12)；所述加热装置(11)为电阻加热炉，该电阻加热炉安装在加热装置支架(12)上；所述冷却装置(13)为气冷冷却箱；所述升降装置也安装在工作台(1)上。3.根据权利要求1或2所述的热电耦合疲劳试验机，其特征在于：试样夹具(14)为铜块，铜块围绕若干导线(9)，导线(9)接入外部交直流电源；通铜块上还设有若干挂钩。4.根据权利要求3所述的热电耦合疲劳试验机，其特征在于：所述升降装置包括竖直的导轨(3)、滑块(4)、竖直延伸并安装在导轨(3)上的两个导柱(5)、位于两个导柱(5)之间且与导柱平行的丝杆(7)、步进电机(6)；所述丝杆(7)通过步进电机(6)驱动，滑块(4)套在导柱(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏春智，周怡，许祥平，邹家生，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32