CN104316555A - 一种含水蒸气的变应力高温时效装置 - Google Patents

Abstract

一种含水蒸气的变应力高温时效装置，包括固定在固定装置(2)上、内有加热电阻丝(8)的高温炉，炉内设有试样夹持装置、炉外包裹有保温层(11)，温度通过温控装置控制，高温炉顶盖和炉底开有孔，炉体上有水蒸气输入口和排出口(3)，输入口通过蒸汽管外接水蒸气发生装置(13)，蒸汽管上设有流量计(12)和水蒸气阀门(14)；试样夹持装置包括：穿出炉顶盖4固定在固定装置上的夹持装置上连杆(5)、夹持装置下连杆(1)、固定重量的磁铁块(15)、电磁铁芯(16)、磁力控制终端(17)和底座(18)，夹持装置下连杆下端与磁铁块固连，磁铁块下方为设在底座上由磁力控制终端控制的电磁铁芯。本发明能够实现时效应力可调又含有水蒸气状态。

Description

一种含水蒸气的变应力高温时效装置

技术领域

本发明涉及一种实验室模拟高温时效试验装置，尤其涉及一种含水蒸气的可变应力时效的新型高温时效试验装置。 

背景技术

高温时效是一种以Larson-Miller公式为桥梁、通过利用更加高的温度加速材料老化来模拟实际工况下材料的老化过程，在分析材料使用状况、判断剩余使用寿命方面都有广泛的应用。现有高温时效装置主要包括：固定在包裹有电阻丝的高温炉内的试样夹持装置，炉子外层包裹有保温材料，内壁为高合金耐热耐腐蚀金属材料可高效传递热量同时具有较高的使用寿命，炉内温度可通过温控装置控制电阻丝的工作来调节。 

现在大多数高温时效装置都是在特定温度下采用恒定的应力来进行模拟试验，这对于长期高温高压水蒸气条件下服役的电厂锅炉用钢来说模拟条件与实际工况相差较远，仍然采用传统高温时效装置所获得的结果与实际结果相差较大。例如，火电厂锅炉长期处于高温高压水蒸气条件下服役，传统的时效装置并不能模拟得到水蒸气条件下的工况；再比如，电厂锅炉蒸汽参数并不是长期不变的，根据实际运行条件需要作出适当的调整，有时候甚至会出现较大的降参数运行，这都是传统时效装置所不能模拟得到的。为了获得与实际工况更为接近的时效试验结果，有必要设计一种时效应力可变、同时含有水蒸气状态的高温时效装置。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种能够实现时效应力可调又含有水蒸气状态的高温时效装置。 

解决上述技术问题，本发明采取如下方案： 

一种含水蒸气的变应力高温时效装置，包括一固定在一固定装置2上、内有加热电阻丝8的高温炉，炉内设有试样夹持装置、炉外包裹有保温层11，炉内壁9为高合金耐热耐腐蚀金属材料，炉内温度通过温控装置控制所述加热电阻丝8调节，其特征是：所述的高温炉的顶盖和炉底开有孔，炉体上开有水蒸气输入口和排出口3，输入口通过蒸汽管外接水蒸气发生装置13，蒸汽管上设有流量计12和水蒸气阀门14；所述的试样夹持装置包括穿出炉顶盖4固定在固定装置2上的夹持装置上连杆5、夹持装置下连杆1、固定重量的磁铁块15、电磁铁芯16、磁力控制终端17和底座18，所述的夹持装置下连杆1下端伸出炉底并与磁铁块15固连，磁铁块15下方为位于炉下方、设在底座18上的电磁铁芯16， 电磁铁芯16由磁力控制终端17控制。 

在上述基础上，本发明还可以做进一步的改进： 

所述的固定装置通过液压调节垂直方向的高度，以此调节磁铁块15与电磁铁芯16间距。 

所述的炉内设有温度计6，温度计6和加热电阻丝8分别接入温控终端7内，设定好温度后可以实现温度的自我调节。 

所述的排出口3设在炉顶盖。 

高温时效炉通过导管与水蒸气发生炉连接，利用阀门和流量计可控制炉内水蒸气的含量；试样夹持装置中间夹持时效试样，试样与夹持装置通过螺纹相连，夹持装置两端一端与装置固定连杆相连，一端与一固定重量的铁块相连，该铁块与电磁铁共同工作为试样施加应力，电磁铁的磁力大小可通过磁力控制装置由程序控制调节电流大小来控制，由此可以为试样施加可调控的应力值。 

工作时，首先将试样的外螺纹与夹持装置的内螺纹连接固定好，试样置于时效炉内之后通过固定装置液压整体调节时效炉的高度使得底部铁块与电磁铁芯相距5mm左右；然后按照需要的温度通过温控终端设定温度开始加热时效炉，随后打开水蒸气发生装置，按照预定的流量向时效炉中通入水蒸气，流量通过流量计监控，炉内的水蒸气可以通过炉顶水蒸气排出孔排除，使得炉内水蒸气为流动状态，当温度达到设定值之后开启磁力控制终端，通过终端程序控制电磁铁电流大小来控制电磁铁芯与铁块的磁力大小，进而控制试样承受的应力大小，试验时试样的应力可以为恒定值，也可以调节电流大小来改变试样的应力值。根据磁感应强度H＝N×I/Le，其中H为磁场强度(A/m)，N为励磁线圈匝数，I为励磁电流大小(A)，Le为有效磁路长度(m)，由此可知在N和Le不变的情况下，调节电流I的大小可以调节磁感应强度的大小，从而调节磁力的大小。磁力开启之后试样由于持续受到拉力的影响，铁块与电磁铁芯的间距会越来越小，此时需要通过调节固定装置液压阀，将时效炉整体上移，保证整个试验过程中铁块与电磁铁芯的距离保持在5mm左右。 

本发明具有以下优点和积极效果： 

(1)可以实现水蒸气状态下的时效试验，与实际工况更为接近； 

(2)可以实现应力可调的时效试验； 

(3)结构简单，生产容易。 

附图说明

图1为本发明含水蒸气高温时效装置整体外观示意图； 

图2为时效装置炉体剖视图； 

图3为施加应力电磁铁示意图。 

图中：1—夹持装置下连杆，2—固定装置，3—水蒸气排出孔，4—时效炉顶盖，5—夹持装置上连杆，6—温度计，7—温控终端，8—加热电阻丝，9—时效炉内壁，10—试样，11—时效炉保温层，12—流量计，13—水蒸气发生装置，14—水蒸气阀门，15—磁铁块，16—电磁铁芯，17—磁力控制终端，18—底座。 

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图对发明的技术方案做进一步说明。 

参见图1、图2和图3。 

本发明的含水蒸气的变应力高温时效装置实施例，包括一固定在一固定装置2上、内有加热电阻丝8的高温炉，炉内设有试样夹持装置、炉外包裹有保温层11，炉内壁9为高合金耐热耐腐蚀金属材料，炉内温度通过温控装置控制所述加热电阻丝8调节，高温炉的顶盖和炉底开有孔，炉体上开有水蒸气输入口和排出口3，其中排出口3设在炉顶盖；输入口通过蒸汽管外接水蒸气发生装置13，蒸汽管上设有流量计12和水蒸气阀门14；炉内设有温度计6，温度计6和加热电阻丝8分别接入温控终端7内，设定好温度后可以实现温度的自我调节；试样夹持装置包括穿出炉顶盖4固定在固定装置2上的夹持装置上连杆5、夹持装置下连杆1(悬浮)、固定重量的磁铁块15、电磁铁芯16、磁力控制终端17和底座18，夹持装置下连杆1下端伸出炉底并与磁铁块15固连，磁铁块15下方为位于炉下方、设在底座18上的电磁铁芯16，电磁铁芯16由磁力控制终端17控制；固定装置通过液压调节垂直方向的高度，以此调节磁铁块15与电磁铁芯16间距。 

本实例中，时效炉内壁9采用耐高温耐腐蚀的高合金不锈钢，电阻丝8缠绕在内壁9外侧，电阻丝外包裹石棉制成的保温材料，时效炉顶盖4上有一个水蒸气排出孔3用于维持水蒸气的流动和一个温度计6的固定孔，温度计6和加热电阻丝8分别接入温控终端7内，设定好温度后可以实现温度的自我调节；试样10两端分别通过螺纹与夹持装置上连杆5和夹持装置下连杆1连接，夹持装置下连杆1连接一个质量为3千克、直径10cm、高4.9cm的圆柱形磁铁块15，试样的标准尺寸为直径10mm，由此由于磁铁块15对试样10产生的固定应力为0.38MPa，磁铁块15与电磁铁芯16靠近，当电磁铁芯16有电流时即可在电磁铁芯16和磁铁块15之间产生磁力，电磁铁芯16固定在底座18上与磁力控制终端17相连，磁力控制终端17通过程序控制电磁铁芯16电流大小来控制磁力的大小；水蒸气发生装置13通过导管向时效炉内部供应水蒸气，流量计12用于监控水蒸气流量大小同时 靠水蒸气阀门14控制水蒸气流量的大小；时效炉和试样夹持装置上连杆5与固定装置2相连以保持整体的稳定，固定装置2可通过液压装置调节垂直高度，用以保持磁铁块15和电磁铁芯16的距离恒定。 

工作时，首先将两端攻螺纹的标准试样固定在夹持装置下连杆1和上连杆5的两端，调节固定装置2的高度，使得电磁铁块15和电磁铁芯16的距离为5mm，装置整体稳定好之后按照试验设计设置好温度，例如某次时效试验需要在温度为650℃、水蒸气流量50L/h、应力为25MPa时效100h，则此时需在温控终端7将温度设定为650℃待炉子升温，同时开启水蒸气发生装置13的阀门将水蒸气流量设置为50L/t，当温控终端7通过温度计6测定温度显示为650℃稳定之后开启磁力控制终端17，通过程序调节电磁铁芯16电流大小将试样应力控制在25MPa，程序设计时需将磁铁块15本身的质量考虑在内，试验过程中由于试样被拉伸，电磁铁芯16与磁铁块15的距离会靠近，此时需调节固定装置2的高度，使得时效炉整体上移；当时效100h到达时，关闭加热电阻丝8和电磁铁芯16同时关闭水蒸气发生装置13的阀门14，取出试样即可。 

Claims (4)

1.一种含水蒸气的变应力高温时效装置，包括一固定在一固定装置(2)上、内有加热电阻丝(8)的高温炉，炉内设有试样夹持装置、炉外包裹有保温层(11)，炉内壁(9)为高合金耐热耐腐蚀金属材料，炉内温度通过温控装置控制所述加热电阻丝调节，其特征是：所述的高温炉的顶盖和炉底开有孔，炉体上开有水蒸气输入口和排出口(3)，输入口通过蒸汽管外接水蒸气发生装置(13)，蒸汽管上设有流量计(12)和水蒸气阀门(14)；所述的试样夹持装置包括穿出炉顶盖(4)固定在固定装置(2)上的夹持装置上连杆(5)、夹持装置下连杆(1)、固定重量的磁铁块(15)、电磁铁芯(16)、磁力控制终端(17)和底座(18)，所述的夹持装置下连杆1下端伸出炉底并与磁铁块固连，磁铁块下方为位于炉下方、设在底座上的电磁铁芯，电磁铁芯由磁力控制终端控制。 

2.根据权利要求1所述的含水蒸气的变应力高温时效装置，其特征是：所述的固定装置通过液压调节垂直方向的高度，以此调节磁铁块(15)与电磁铁芯(16)间距。 

3.根据权利要求2所述的含水蒸气的变应力高温时效装置，其特征是：所述的炉内设有温度计(6)，温度计和加热电阻丝分别接入温控终端内。 

4.根据权利要求3所述的含水蒸气的变应力高温时效装置，其特征是：所述的排出口设在炉顶盖。