CN105758758A - 一种热疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热疲劳试验机，包括工作台、加热系统、冷却系统、升降系统、控制系统和支架，所述加热系统包括电阻加热炉和热电偶，所述冷却系统包括冷却水、水槽和位于水槽中的温度计，所述加热系统位于工作台上，冷却系统位于加热系统的下方，所述升降系统包括固定在工作台上的气缸、与气缸连接的活塞杆和位于活塞杆端部的支板，支板的端部固定安装有试样夹具，所述试样夹具上与电机连接，电机固定在支板上，试样夹具与试样连接，试样位于电阻加热炉中。本发明试样夹具可以一定速率自行旋转，很好地解决了在热疲劳实验过程中试样受热不均匀导致实验结果不准确的问题，优化了热疲劳试样效果，同时也解决了试样在水槽中冷却不均匀的问题。

Description

一种热疲劳试验机

技术领域

本发明涉及一种热疲劳试验机，属于材料试验技术领域。

背景技术

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。金属材料在热应力反复作用下抵抗破坏的能力称为热疲劳抗力。热疲劳抗力是评价金属材料热疲劳性能的重要指标之一，其表示方法为规定循环次数的裂纹长度，或规定裂纹长度的循环次数。人们通过在同一试验条件下对不同材料试样所测裂纹长度的比较，来判断材料的热疲劳抗力。热疲劳试验具有周期短、成本低、试验数据可靠等优点，因此被广泛应用于新材料研制、工艺选择、原材料复验和失效分析等工作中。随着科技的发展，时至今日，金属板材(含焊接件)热疲劳性能的评定在核工业，发动机制造等领域已经必不可少。我国已召开多次全国热疲劳学术会议，钢铁研究总院、哈尔滨工业大学、华中理工大学和上海大学对材料热疲劳行为的研究做了较多工作。

如今市面上用于热疲劳试验的试验机种类也越来越多，测试效果也不尽相同。例如中国专利CN200410100451提供的一种完全自动化的热疲劳试验机，目前应用较广泛。有的热疲劳试验机适用于特定形状试样的热疲劳实验，例如中国专利CN201310171101提供的一种适用于薄壁空心圆柱体试样的热疲劳试验机。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种热疲劳试验机，试样夹具可以一定速率自行旋转，很好地解决了在热疲劳实验过程中试样受热不均匀导致实验结果不准确的问题，优化了热疲劳试样效果，同时也解决了试样在水槽中冷却不均匀的问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种热疲劳试验机，包括工作台、加热系统、冷却系统、升降系统、控制系统和支架，所述加热系统包括电阻加热炉和位于电阻加热炉中的热电偶，所述冷却系统包括冷却水、水槽和位于水槽中的温度计，所述加热系统位于工作台上，冷却系统位于加热系统的下方，所述升降系统包括固定在工作台上的气缸、与气缸连接的活塞杆和位于活塞杆端部的支板，支板的端部固定安装有试样夹具，所述试样夹具上与电机连接，电机固定在支板上，试样夹具与试样连接，试样位于电阻加热炉中。

作为优选，所述电阻加热炉与支架固定连接，支架固定在工作台上。

作为优选，所述工作台上设有与活塞杆平行设置的导轨，活塞杆的顶部安装有滑块，滑块沿导轨滑动，滑块与支板固定固定连接

作为优选，所述活塞杆顶端固定有第一圆盘，第一圆盘上设有若干个通孔，支板通过螺栓固定在第一圆盘上。

作为优选，所述第一圆盘下方的活塞杆上安装有若干个夹持机构，夹持机构上安装有第二圆盘，第二圆盘上设有若干个通孔，第二圆盘通过螺栓安装有若干个支板，所述工作台为圆形状，在工作台上均匀分布有与支板个数相同的加热系统，每个支板上连接的试样插入到加热系统中，每个加热系统下方均设有冷却系统。

作为优选，每个冷却系统中的水槽均有高度差，在圆周方向呈递增或递减排列，相邻的水槽通过连接管连通，最低处的水槽通过水泵将冷却水抽上最高的水槽。

作为优选，所述夹持机构包含半圆形的第一卡箍和第二卡箍，第一卡箍和第二卡箍通过螺栓固定在活塞杆上。

在本发明中，试样夹具顶部装有定速电机，定速电机可带动夹具以固定速率旋转；夹具底部装有12个铁制挂钩，用于悬挂多组试样。控制系统中的可编程时间控制器对电磁阀进行控制，从而实现对气缸升降的控制。控制系统中的光电计时器根据气缸来回一次计为一个循环。电阻加热炉安装在支架上，其中加热炉距离工作台较低的平面200mm。

有益效果：本发明的热疲劳试验机，具有以下优点：

(1)试样夹具在热疲劳试验中可以一定速率自行旋转，使电阻加热炉对试样的加热更为均匀以及流动水对试样冷却更为均匀。

(2)本发明提供的热疲劳试验机适用于大多数金属板材，对试样要求低。

(3)本发明提供的热疲劳试验机一次实验可携带多个试样，实验效率高。

4一个升降系统通过第一圆盘可以同时作用于多个加热系统，设备利用率高。

5一个升降系统上通过夹持机构安装有多个第二圆盘，可以同时处理不同长度的试件。

6多个加热系统下方的水槽有高度差，冷却水在水槽之间循环，冷却效果好，减少了冷却时间。

附图说明

图1为本发明一种结构示意图。

图2为本发明另一种结构示意图。

图3为本发明试样夹具示意图。

图4为适用于本发明的试样示意图。

图5为第一圆盘的结构示意图。

图6为活塞杆上的第二圆盘结构示意图。

图7为夹持机构的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明的一种热疲劳试验机，包括工作台1、加热系统、冷却系统、升降系统、控制系统和支架14，所述加热系统包括电阻加热炉13和位于电阻加热炉13中的热电偶，所述冷却系统包括冷却水、水槽15和位于水槽15中的温度计，所述加热系统位于工作台1上，冷却系统位于加热系统的下方，所述升降系统包括固定在工作台1上的气缸5、与气缸5连接的活塞杆6和位于活塞杆6端部的支板10，支板10的端部固定安装有试样夹具12，所述试样夹具12上与电机11连接，电机11固定在支板10上，试样夹具12与试样连接，试样位于电阻加热炉13中，所述电阻加热炉13与支架14固定连接，支架14固定在工作台1上。

如图2所示，升降系统中气泵为气缸5提供气体，电磁阀4调节气缸5的进气和出气，进而实现活塞杆6有序地升降，活塞杆6顶部和滑块8固定安装，滑块8可在装有导轨9的支座7上上下移动，滑块8一面与支板10连接，使得滑块8带动支板10实现升降移动。

如图5和图6所示，活塞杆6顶端固定有第一圆盘18，第一圆盘18上设有若干个通孔，支板10通过螺栓固定在第一圆盘18上。第一圆盘18下方的活塞杆6上安装有若干个夹持机构17，夹持机构17上安装有第二圆盘16，第二圆盘16上设有若干个通孔，第二圆盘16通过螺栓安装有若干个支板10，所述工作台1为圆形状，在工作台1上均匀分布有与支板10个数相同的加热系统，每个支板10上连接的试样插入到加热系统中，每个加热系统下方均设有冷却系统。

在本发明中，每个冷却系统中的水槽15均有高度差，在圆周方向呈递增或递减排列，相邻的水槽15通过连接管连通，最低处的水槽15通过水泵将冷却水抽上最高的水槽15。如图6所示，所述夹持机构17包含半圆形的第一卡箍和第二卡箍，第一卡箍和第二卡箍通过螺栓固定在活塞杆6上。

热疲劳试验机操作如下：

热疲劳实验开始前首先将试样放上夹具12，夹具12安装在支板10上，将夹具12缓慢放入电阻加热炉13中。开始热疲劳实验时，依次打开总电源、电阻加热炉电源、时间控制器电源、光电计时器电源、电磁阀电源、定速电机电源及气泵，通过可编程时间控制器3设置好加热时间、冷却时间和循环次数，通过温控箱设置好加热温度，试样夹具12开始在电阻加热炉13中旋转，再开加热并运行程序，电阻加热炉13开始对试样进行加热，实时的炉体温度和试样温度可在温控箱上显示。加热时间结束后，气缸5开始放气，试样夹具12开始下降进入水槽15中进行冷却。冷却时间结束后，气泵开始对气缸5进行充气，活塞杆6开始向上运动，通过滑块8带动支板10使试样夹具12上升进入电阻加热炉13中加热。光电计时器2根据活塞杆6行走到最大量程位节点开始计数，如此往复进行试验，直至达到设定的循环次数为止。实验结束时关加热，一段时间后将夹具12从电阻加热炉13中取出，依次关闭各处电源，取下试样进行裂纹检测，根据所测裂纹的长短来评价材料的热疲劳性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种热疲劳试验机，其特征在于：包括工作台、加热系统、冷却系统、升降系统、控制系统和支架，所述加热系统包括电阻加热炉和位于电阻加热炉中的热电偶，所述冷却系统包括冷却水、水槽和位于水槽中的温度计，所述加热系统位于工作台上，冷却系统位于加热系统的下方，所述升降系统包括固定在工作台上的气缸、与气缸连接的活塞杆和位于活塞杆端部的支板，支板的端部固定安装有试样夹具，所述试样夹具上与电机连接，电机固定在支板上，试样夹具与试样连接，试样位于电阻加热炉中；所述控制系统包含电磁阀、可编程时间控制器和光电计时器，所述电磁阀与气缸连接，可编程时间控制器同时与电磁阀和光电计时器连接。

2.根据权利要求1所述的热疲劳试验机，其特征在于：所述电阻加热炉与支架固定连接，支架固定在工作台上。

3.根据权利要求1所述的热疲劳试验机，其特征在于：所述工作台上设有与活塞杆平行设置的导轨，活塞杆的顶部安装有滑块，滑块沿导轨滑动，滑块与支板固定固定连接。

4.根据权利要求1所述的热疲劳试验机，其特征在于：所述活塞杆顶端固定有第一圆盘，第一圆盘上设有若干个通孔，支板通过螺栓固定在第一圆盘上。

5.根据权利要求4所述的热疲劳试验机，其特征在于：所述第一圆盘下方的活塞杆上安装有若干个夹持机构，夹持机构上安装有第二圆盘，第二圆盘上设有若干个通孔，第二圆盘通过螺栓安装有若干个支板，所述工作台为圆形状，在工作台上均匀分布有与支板个数相同的加热系统，每个支板上连接的试样插入到加热系统中，每个加热系统下方均设有冷却系统。

6.根据权利要求5所述的热疲劳试验机，其特征在于：每个冷却系统中的水槽均有高度差，在圆周方向呈递增或递减排列，相邻的水槽通过连接管连通，最低处的水槽通过水泵将冷却水抽上最高的水槽。

7.根据权利要求6所述的热疲劳试验机，其特征在于：所述夹持机构包含半圆形的第一卡箍和第二卡箍，第一卡箍和第二卡箍通过螺栓固定在活塞杆上。