一种热疲劳试验机制造技术

本发明专利技术涉及一种热疲劳试验机，包括工作台(1)、试样装夹台(15)、加热和测温系统、机械系统、冷却系统和可控气氛保护系统，所述加热和测温系统置于工作台(1)上方，冷却系统位于工作台(1)下方，所述的机械系统包括推杆电机(5)，四杆机构(4)、高温连杆(6)及试样装夹台(15)，所述的推杆电机(5)位于加热和测温系统上方，并与伸入加热和测温系统内的高温连杆(6)相连，所述四杆机构(4)连接推杆电机(5)。本发明专利技术适用于各种金属材料，测温精确，加热时温度稳定，解决了试验结果的分散性大，难以保证试验数据的可靠性的问题。试验数据的可靠性的问题。试验数据的可靠性的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种热疲劳试验机


[0001]本专利技术涉及材料试验
，尤其是涉及一种热疲劳试验机。

技术介绍

[0002]金属材料在经受温度的循环变化时，造成材料温度分布不均，其内部会出现循环往复的热应力，引起材料疲劳破坏，这一现象称为热疲劳。材料在热疲劳作用下常常会产生突发的失效破坏行为，具有一定的隐蔽期，安全隐患极大尤其是热疲劳性能差的材料，如果使用不当会造成极其严重的安全事故。
[0003]从上世纪50年代起，我国开始开展金属热疲劳的研究工作，刚开始我国靠引进国外的设备来进行研究，但由于后续工作的迫切需要，我国开始对国外的技术进行仿制。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标准推广使用。1992年航空航天工业部制定颁布了金属板材热疲劳试验方法(HB6660— 1992)，对研制新型的热疲劳试验机提供了技术标准，该方法是我国唯一一部行业以上级别的热疲劳试验方法。其它热疲劳试验方法还包括：热作模具钢热疲劳试验方法(GB/T 15824—2008)。
[0004]目前国内对热疲劳试验方法及热疲劳试验设备也作了不少的研究，目前比较常见的试验方法为乌德霍姆热疲劳试验，试验设备的种类也很多。有的采用高频感应加热的方式，该方式虽然加热快，但由于集肤效应的影响，试样表面温度快速升高，使得试样内、外部温差较大，产生较大热应力，试验效果并不理想，且采用高频感应加热的方式加热温度不可控；有的不能提供统一的冷却环境，随着试验的进行，冷却槽内液体的温度会升高，若冷却环境不一致会使得试验结果产生较大误差；有些设备对冷却过程中产生的水蒸汽没有进行处理，导致水蒸汽进入炉膛内损坏炉膛；有些设备采用在试样表面焊接热电偶的方式来获取试样的表面温度，该方式制作过程繁琐且热电偶容易被腐蚀；有些设备在热疲劳试验过程中没有对试样进行保护，导致试样受到氧化等损害，影响试验结果等等。
[0005]中国专利ZL202110333243.7公开了一种热疲劳试验机及试验方法，热疲劳试验机的特征是包括驱动、加热、冷却、干燥、观测、温度检测、控制系统和机座。驱动系统由步进电机、旋转轴、工作台圆盘、试样装载装置组成；加热系统由超音频感应器、U形感应线圈、循环水槽、潜水泵组成；冷却系统由低温恒温槽、水泵、冷却槽、输送管、喷嘴组成；干燥系统由鼓风机、聚风管组成；观测系统由连续变焦镜头、LED光源、CCD组成；温度检测系统包括传感器和支架；控制系统包括开关、触摸屏、工控机、PLC、试验程序。该专利技术可解决现有疲劳试验机的精度不高、试验速度慢、过程繁琐等问题，但还存在以下问题：
[0006]1、高频感应加热集肤效应明显，升温速度快，升温不均匀，材料热应力大，对疲劳实验结果有影响；
[0007]2、试样裸漏于空气中，试样表面氧化严重，不利于疲劳裂纹扩展的实时观察；
[0008]3、冷却时是由喷嘴从上往下向试样喷射冷却水，导致试样上下冷却不均匀。

技术实现思路

[0009]本专利技术目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种热疲劳试验机，采用电阻炉而不采用高频感应加热，可以更好的模拟实际的工况，可以对材料进行保护气氛和多种气氛环境下的热疲劳实验；可以用于不同形状尺寸的试样；并利用水蒸气收集装置收集试验过程中产生的水蒸气，保护炉膛。
[0010]本专利技术目的可以通过以下技术方案来实现：
[0011]一种热疲劳试验机，包括工作台、试样装夹台、加热和测温系统、机械系统、冷却系统和可控气氛保护系统，所述加热和测温系统置于工作台上方，冷却系统位于工作台下方，所述的机械系统包括推杆电机，四杆机构、高温连杆及试样装夹台，所述的推杆电机位于加热和测温系统上方，并与伸入加热和测温系统内的高温连杆相连，高温连杆和待试验试样均安装在试样装夹台上，所述四杆机构连接推杆电机，所述可控气氛保护系统给加热和测温系统供气。
[0012]进一步地，所述加热和测温系统包括电阻加热炉以及红外测温仪，高温连杆及试样装夹台置于电阻加热炉内，电阻加热炉底部设有孔洞，孔洞的设计是为了方便试样装夹台带动试样进出电阻加热炉和恒温低温槽，实现冷热交替试验，其中推杆电机上下运动时带动滑块前后运动，以实现加热炉下方孔洞的闭合，保证加热过程中炉内的温度稳定。
[0013]进一步地，所述四杆机构包括连杆、滑块以及导轨，所述导轨固定在工作台上，所述推杆电机上下运动时带动滑块沿着导轨前后滑动，开启或闭合电阻加热炉下方孔洞。
[0014]进一步地，所述电阻加热炉置于工作台上，电阻加热炉设有玻璃炉盖，玻璃炉盖为耐高温玻璃，供红外测温仪进行测温。其中所述红外测温仪输出端与控制系统相连。红外测温仪可穿过玻璃炉盖准确获得炉内试样表面温度。
[0015]进一步地，所述试样装夹台上设有多个凸槽，下方设有多个凹槽，侧边设有孔洞，凸槽用于固定棒材试样，凹槽用于放置板材试样，并通过孔洞进行固定。
[0016]进一步地，所述冷却系统包括恒温低温槽以及蒸汽回收箱，所述恒温低温槽处于工作台的正下方并与蒸汽回收箱相连，其中，蒸汽回收箱内还设有排风扇，排风扇安装在蒸汽回收箱与恒温低温槽连接处。
[0017]进一步地，所述可控气氛保护系统包括供气装置以及气管，供气装置通过气管给电阻加热炉的炉膛提供气体，包括保护气氛外，还有工作气氛，氧化性气氛和腐蚀性气氛：SO2，NO，NO2，S2H2，工业废气、天然气等等。
[0018]进一步地，所述热疲劳试验机还包括观测系统，所述观测系统包括相机，相机设有可变焦镜头，变焦镜头的放大倍数为1～100倍。
[0019]进一步地，所述热疲劳试验机还设有支架，所述推杆电机通过支架固定在工作台上。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021](1)试样装夹台可以装夹不同形状、尺寸的试样，适用于各种金属材料。
[0022](2)本专利技术中的测温系统使用红外测温仪进行测温，可以准确获得试样表面温度。而现有技术使用热电偶会导致信号调理复杂，处理不当就会引入误差，导致精度降低；并且热电偶易受腐蚀导致降低精度。
[0023](3)本专利技术中的四杆机构可以在热疲劳试验过程中实现加热炉下方孔洞的闭合，
以此保证在加热时炉内温度的稳定。现有技术使用电磁感应加热方式由于存在集肤效应，对试验结果影响很大；相对于电磁感应加热方式，采用电阻炉加热的方式升温更稳定、温度容易控制、试样受热均匀。
[0024](4)本专利技术中的蒸汽回收装置可以回收在试样冷却过程中产生的水蒸汽，防止水蒸汽通过加热炉下方的孔洞进入到加热炉中，对炉膛造成损坏。
[0025](5)本专利技术中的可控气氛保护系统可以通入不同的保护气防止试验过程中试样氧化对热疲劳性能的影响。同时供气装置可以在加热过程中根据实际工况往炉膛内通入氧化性气氛(如O2，NO等)、腐蚀性气氛(SO2、H2S、HCl等)模拟试样在真实工况下的冷热疲劳过程，获得与真实工况一致的热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热疲劳试验机，其特征在于，包括工作台(1)、试样装夹台(15)、加热和测温系统、机械系统、冷却系统和可控气氛保护系统，所述加热和测温系统置于工作台(1)上方，冷却系统位于工作台(1)下方，所述的机械系统包括推杆电机(5)，四杆机构(4)、高温连杆(6)及试样装夹台(15)，所述的推杆电机(5)位于加热和测温系统上方，并与伸入加热和测温系统内的高温连杆(6)相连，高温连杆(6)和待试验试样均安装在试样装夹台(15)上，所述四杆机构(4)连接推杆电机(5)。2.根据权利要求1所述的一种热疲劳试验机，其特征在于，所述加热和测温系统包括电阻加热炉(8)以及红外测温仪(12)，所述高温连杆(6)及试样装夹台(15)置于电阻加热炉(8)内，电阻加热炉(8)底部设有孔洞。3.根据权利要求2所述的一种热疲劳试验机，其特征在于，所述四杆机构(4)包括连杆(41)，滑块(42)以及导轨(43)，所述导轨(43)固定在工作台(1)上，所述推杆电机(5)上下运动时带动滑块(42)沿着导轨(43)前后滑动，开启或闭合电阻加热炉(8)下方孔洞。4.根据权利要求2所述的一种热疲劳试验机，其特征在于，所述电阻加热炉(8)置于工作台(1)上，电阻加热炉(8)设有玻璃炉盖(9)，玻璃炉盖(9)为耐高温玻璃，供红外测温仪(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：董威威，朱世根，张健康，丁浩，骆祎岚，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：