一种热疲劳实验方法技术

本发明专利技术提供了一种热疲劳实验方法，包括：前置实验：选取并准备实验设备；根据所述脉冲激光发生器的性能，选择不同的参数组成所有能够满足热疲劳实验目的的工作模式；记录每个工作模式下所述测试样品在实验过程中的温度变化参数；热疲劳实验：选择与前置实验同样的实验设备，根据实验目的选择相应的工作模式作为当前脉冲激光发生器的工作参数，由控制单元控制各实验设备对实际样品进行实验，直到实际样品表面出现规定长度的裂纹时，终止热疲劳实验；对所述实际样品进行清理并分析，评定该实际样品的热疲劳性能。本发明专利技术可以有效利用脉冲激光的加热特点，通过调整其参数及进行参数合理组合，在实验室条件下实现实际工况中的不同循环载荷形式。

An experimental method of thermal fatigue

The present invention provides a thermal fatigue test method, including: pre experiment: select and prepare experimental equipment; according to the performance of the laser pulse generator, the choice of different parameters can meet the purpose of all thermal fatigue experiment mode; mode records for each of the sample temperature change during the experiment parameter test; thermal fatigue experiment equipment selection and pre experiment, according to the corresponding working mode as the working parameters of the current pulse generator, controlled by the control unit of the experimental equipment of experiment on actual samples, until the actual samples appear on the surface of the specified length of crack, the termination of the thermal fatigue test; the actual sample disposal and analysis, thermal fatigue performance assessment of the actual sample. The invention can effectively utilize the heating characteristics of the pulse laser, and through adjusting its parameters and reasonable combination of parameters, different cyclic load forms in actual working conditions can be realized under laboratory conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种热疲劳实验方法
本专利技术涉及材料热疲劳实验领域，特别涉及一种通过前置实验以获取所有实验实现方式，并实现无规则实验过程的热疲劳实验方法。
技术介绍
发动机燃烧室零部件在其运行过程中，受到冷却介质和高频周期性高温燃气作用，同时还伴随着不规则的启动-工作-停机的低频循环变化，所承受的热载荷是一个随时间变化的非均匀温度场。现有的热疲劳实验，都是直接选择一种加热方式并固定一种加热模式对样品加热，直至完成样品的热疲劳实验，这种加热模式不能很好的体现实际环境中温度的变化过程，而且不能再现实际环境中的无规则冷热循环方式，导致产生的实验结果误差较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过前置实验以获取所有实验实现方式，并实现无规则实验过程的热疲劳实验方法。特别地，本专利技术提供一种热疲劳实验方法，包括如下步骤，步骤100，前置实验：选取并准备实验设备，所述实验设备包括与实际样品一致的测试样品、对测试样品进行降温的冷却系统、对测试样品进行加热的脉冲激光发生器、测量测试样品在实验过程中温度变化的测温系统、获取测试样品在实验过程中表面裂纹状态的裂纹观测装置，以及控制试验过程的控制单元；步骤200，根据所述脉冲激光发生器的性能，选择不同的参数组成所有能够满足热疲劳实验目的的工作模式，由控制单元控制所述实验设备在每个工作模式下按实验要求进行依次实验；步骤300，记录每个工作模式下所述测试样品在实验过程中的温度变化参数；步骤400，热疲劳实验：选择与前置实验同样的实验设备，根据实验目的选择相应的工作模式作为当前脉冲激光发生器的工作参数，由控制单元控制各实验设备对实际样品进行实验，直到实际样品表面出现规定长度的裂纹时，终止热疲劳实验；步骤500，对所述实际样品进行清理并分析，评定该实际样品的热疲劳性能。在本专利技术的一个实施方式中，在所述步骤100中，需要对所述测试样品的表面进行研磨，以使其与所述实际样品的表面粗糙度相同。在本专利技术的一个实施方式中，在所述步骤200中，由所述脉冲激光发生器对所述测试样品的表面进行间歇性加热，由所述冷却系统按实验要求对所述测试样品整体进行冷却，所述测温系统持续测量所述脉冲激光发生器的激光照射在所述测试样品表面上光斑中心的温度；重复上述过程，直至完成实验目的。在本专利技术的一个实施方式中，在所述步骤200中，所述脉冲激光发生器的参数包括脉宽、重复率、单脉冲能量、激光作用时间和离焦量。在本专利技术的一个实施方式中，在所述步骤200中，每个工作模式的组成内容包括：选择所述脉冲激光发生器多个水平的单脉冲能量值中的一个，针对该单脉冲能量值在脉宽、单脉冲能量、激光作用时间和离焦量不变的条件下，仅改变脉冲激光重复率，以获取不同激光重复率下样品表面温度-随时间变化曲线。在本专利技术的一个实施方式中，所述表面温度-时间变化曲线的获取方式如下：针对记录的所述温度变化参数，利用数据处理软件筛选出每脉冲最高温度为峰值，连接各峰值得到温度上包络线，取温度上包络线在起始时间时的值作为初始温度，取温度上包络线在激光作用时间内的最高值作为最高温度，计算出此单脉冲能量值下不同脉冲激光重复率时的升温速度；重复上述过程以得到所有单脉冲能量值下的升温速度；利用升温速度可得到其随激光作用总能量密度变化曲线。在本专利技术的一个实施方式中，所述步骤400中，所述控制单元在控制过程中，需要先设定实际样品循环时的最高温度、最低温度和循环次数；当所述脉冲激光发生器将实际样品表面温度加热至最高温度值时，停止所述脉冲激光发生器工作，控制冷却系统对实际样品进行冷却，当实际样品表面温度降到最低温度时，再次启动脉冲激光发生器对实际样品进行加热，重复上述过程至规定的循环次数或所述实际样品表面出现规定长度的裂纹时，终止热疲劳实验。在本专利技术的一个实施方式中，所述步骤400中，包括选择一种以上的工作模式进行组合来模拟实际样品的实际使用环境，再现与使用环境相同的加热环境，冷却环境以及冷热无规律交替循环的方式。在本专利技术的一个实施方式中，所述实验设备包括：工作架，包括激光固定架；激光加热系统，安装在所述激光固定架上，用于加热样品；样品放置座，位于所述激光发生器的下方，包括固定样品的夹持装置，所述夹持装置包括两块相对设置的夹持块，和驱动两块所述夹持块相对运动的动力装置；温度测量装置，用于实时监测样品在实验过程中的温度变化；裂纹观测装置，用于通过图像设备监测样品表面在实验过程中的状态变化；冷却装置，用于降低样品的温度；控制单元，用于控制各部件的实验参数。在本专利技术的一个实施方式中，所述样品放置座还包括倾斜调节结构，所述倾斜调节结构包括固定所述夹持装置的调节台，和调节所述调节台倾斜角度和旋转角度的调节座，所述调节座包括旋转台，和用于插装所述旋转台的插座，以及安装在所述旋转台上调整所述调节台倾斜角度的高度调节杆，所述高度调节杆通过万向节与所述调节台的底面连接，在所述插座上设置有固定插入后旋转台的固定螺栓。本专利技术可以有效利用脉冲激光的加热特点，通过调整其参数(脉宽、重复率、单脉冲能量、脉冲波形、离焦量、脉冲编组等)及进行参数合理组合，在实验室条件下实现实际工况中的不同循环载荷形式(高频、低频、高低频组合循环)。通过对脉冲激光预备实验结果的科学分析，为热疲劳实验的脉冲激光参数的选择提供科学的依据。选择合适的脉冲激光参数，结合不同冷却速率的冷却方式，以提供一种在多层次、多尺度范围内深入研究热疲劳损伤影响因素及机理的实验方法，对于准确快速地开展不同类型的脉冲激光热疲劳实验，具有重要的科学意义及工程价值。附图说明图1是本专利技术一个实施方式的热疲劳实验方法流程示意图；图2为本专利技术一个实施例中前置实验测试的温度-时间曲线；图3为本专利技术一个实施例中前置实验测试的温度-时间曲线分析；图4为本专利技术一个实施例中前置实验结果分析；图5为本专利技术一个实施例中前置实验结果分析；图6为本专利技术一个实施例中实际样品的光斑中心及基体的温度-时间循环曲线；图7为本专利技术一个实施例中实际样品光斑中心区域氧化的表面裂纹形貌图；图8为本专利技术一个实施例中实际样品光斑中心区域去除氧化皮后的表面裂纹形貌图；图9为本专利技术一个实施方式的实验设备结构示意图。具体实施方式本申请采用脉冲激光发生器作为加热源，其产生的激光束具有高功率密度、高时空可控性的特点，更易于实现随时间变化的非均匀温度场分布。如图1所示，本专利技术一个实施方式的热疲劳实验方法，包括如下步骤，步骤100，前置实验：选取并准备实验设备，所述实验设备包括与实际样品一致的测试样品、对测试样品进行降温的冷却系统、对测试样品进行加热的脉冲激光发生器、测量测试样品在实验过程中温度变化的测温系统、获取测试样品在实验过程中表面裂纹状态的裂纹观测装置，以及控制试验过程的控制单元。通过前置实验可以测试所有实验设备是否能够达到实验要求，同时得到所有实验设备的工作性能，以为不同的实验环境提供可调整的性能数据。步骤200，根据所述脉冲激光发生器的性能，选择不同的参数组成所有能够满足热疲劳实验目的的工作模式，由控制单元控制所述实验设备在每个工作模式下按实验要求进行依次实验。在同样的实验设备中，可以组合出多种满足实验条件的工作模式，如降低单脉冲能量，可延长样品达到预定温度的时间；增加重复率可加快样品温度升高速度；延长激光作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热疲劳实验方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤100，前置实验：选取并准备实验设备，所述实验设备包括与实际样品一致的测试样品、对测试样品进行降温的冷却系统、对测试样品进行加热的脉冲激光发生器、测量测试样品在实验过程中温度变化的测温系统、获取测试样品在实验过程中表面裂纹状态的裂纹观测装置，以及控制试验过程的控制单元；步骤200，根据所述脉冲激光发生器的性能，选择不同的参数组成所有能够满足热疲劳实验目的的工作模式，由控制单元控制所述实验设备在每个工作模式下按实验要求进行依次实验；步骤300，记录每个工作模式下所述测试样品在实验过程中的温度变化参数；步骤400，热疲劳实验：选择与前置实验同样的实验设备，根据实验目的选择相应的工作模式作为当前脉冲激光发生器的工作参数，由控制单元控制各实验设备对实际样品进行实验，直到实际样品表面出现规定长度的裂纹时，终止热疲劳实验；步骤500，对所述实际样品进行清理并分析，评定该实际样品的热疲劳性能。

【技术特征摘要】
1.一种热疲劳实验方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤100，前置实验：选取并准备实验设备，所述实验设备包括与实际样品一致的测试样品、对测试样品进行降温的冷却系统、对测试样品进行加热的脉冲激光发生器、测量测试样品在实验过程中温度变化的测温系统、获取测试样品在实验过程中表面裂纹状态的裂纹观测装置，以及控制试验过程的控制单元；步骤200，根据所述脉冲激光发生器的性能，选择不同的参数组成所有能够满足热疲劳实验目的的工作模式，由控制单元控制所述实验设备在每个工作模式下按实验要求进行依次实验；步骤300，记录每个工作模式下所述测试样品在实验过程中的温度变化参数；步骤400，热疲劳实验：选择与前置实验同样的实验设备，根据实验目的选择相应的工作模式作为当前脉冲激光发生器的工作参数，由控制单元控制各实验设备对实际样品进行实验，直到实际样品表面出现规定长度的裂纹时，终止热疲劳实验；步骤500，对所述实际样品进行清理并分析，评定该实际样品的热疲劳性能。2.根据权利要求1所述的热疲劳实验方法，其特征在于，在所述步骤100中，需要对所述测试样品的表面进行研磨，以使其与所述实际样品的表面粗糙度相同。3.根据权利要求1所述的热疲劳实验方法，其特征在于，在所述步骤200中，由所述脉冲激光发生器对所述测试样品的表面进行间歇性加热，由所述冷却系统按实验要求对所述测试样品整体进行冷却，所述测温系统持续测量所述脉冲激光发生器的激光照射在所述测试样品表面上光斑中心的温度；重复上述过程，直至完成实验目的。4.根据权利要求1所述的热疲劳实验方法，其特征在于，在所述步骤200中，所述脉冲激光发生器的参数包括脉宽、重复率、单脉冲能量、激光作用时间和离焦量。5.根据权利要求4所述的热疲劳实验方法，其特征在于，在所述步骤200中，每个工作模式的组成内容包括：选择所述脉冲激光发生器多个水平的单脉冲能量值中的一个，针对该单脉冲能量值在脉宽、单脉冲能量、激光作用时间和离焦量不变的条件下，仅改变脉冲激光重复率，以获取不同激光重复率下样品表面温度-随时间变化曲线。6.根据权利要求5所述的热疲劳实验方法，其特征在于，所述表面温度-时间变化曲线的获取方式如下：针...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞钢，潘斯宁，郑彩云，何秀丽，李少霞，宁伟健，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11