CN108315538A - 一种实现快速热循环的装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现快速热循环的装置及其使用方法，包括带有排气口的框体，以及设置于地面或者框体内部的底座，底座上设置有支架，支架上安装有用于给试件加热的加热热源以及用于安装固定试件的试件夹持臂；试件夹持臂的下方设置有介质容器，介质容器安放于底座上；底座上还设置有电机，电机的控制端与控制器相交互。本发明结合微机控制，根据材料的不同选取的热源可以达到的温度范围从几百度到数千度，且可以很方便的控制实验的其他条件，自动化程度高，可扩展性强，有望解决现有装备存在的问题。

Description

一种实现快速热循环的装置及其使用方法
技术领域
本发明属于热处理技术领域，涉及一种实现快速热循环的装置及其使用方法。
背景技术
在航空航天、交通运输以及武器装备上，材料常经受非常极端的单次或者循环热冲击，性能退化较为严重，寿命也非常有限，常常发生意外事故导致重大损失，因此研究材料经受强烈热冲击下的性能变化的需求正越来越迫切；但是现有的热处理装备往往难以达到或满足实验条件，一方面是变温速度慢，周期长，如各型电炉，另一方面是自动化程度低，工作强度大，常常需要人工操作，此外还面临方法的适用性差，如在导体领域广泛应用的Gleeble热模拟系统，在面临电阻率较小的铜材时常常无能为力，因此有必要开发一种可广泛应用在各类材料的、温度范围和变温速度可控且自动化程度较高的装置，以解决当前实验手段的短缺问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有装备存在的输出能力弱，与实际条件相差较大的缺陷，提供一种基于微机控制的，加热方式多样可选，适用性强，温度范围和变温速率等实验条件可以精确控制的实现快速热循环的装置及其使用方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种实现快速热循环的装置，包括带有排气口的框体，以及设置于地面或者框体内部的底座，底座上设置有支架，支架上安装有用于给试件加热的加热热源以及用于安装固定试件的试件夹持臂；试件夹持臂的下方设置有介质容器，介质容器安放于底座上；底座上还设置有电机，电机的控制端与控制器相交互。
本发明进一步的改进在于：
框体为不锈钢框体。
排气口上设置用于将气体排出框体的泵。
加热热源采用喷灯、氧气甲烷/氧气乙炔混合气火焰喷枪或感应线圈。
喷灯能够达到的最高温度为1500℃，火焰喷枪能够达到的最高温度为3500℃。
试件夹持臂的活动部分上还设置有清洁装置，清洁装置通过数据线与控制器相交互。
试件上和介质容器内均设置有用于控制试件热处理的温度上限和下限的热电偶，通过电热偶进行温度的测量和反馈，介质容器内设置有电加热器。
一种实现快速热循环装置的使用方法，包括以下步骤：
1)将电机和介质容器固定在底座上，将试件夹持臂固定在支架上，将试件固定在试件夹持臂的活动部分，并与热电偶连接，根据试件材质和尺寸以及需要的热处理温度选择加热热源，并固定于支架上；在介质容器内装入冷却介质，启动加热热源和热电偶，预热到热处理的下限温度并保温；连接好清洁装置和清洁介质；根据实验要求编制好控制程序，输入控制器中；
2)启动加热热源，启动控制器中的控制程序，在试件温度达到热处理的最高温度时控制器控制电机将试件牵引至介质容器内，保持时间0<t≤5min，完成一次热处理，试件往回运动，清洁装置启动对试件表面进行清洁和干燥，试件再次接受加热热源加热，如此重复直至达到实验设定的次数。
步骤1)中，输入控制器中的内容包括热处理的上限温度、热处理进行的次数、步进电机输出模式以及清洁装置的启动和运行时间。
若进行热处理时需要真空，则将装置放在不锈钢框体内，先使用机械泵排出框体内的空气，再执行步骤2)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明结合微机控制，根据材料的不同选取的热源可以达到的温度范围从几百度到数千度，且可以很方便的控制实验的其他条件，自动化程度高，可扩展性强，有望解决上述现有装备存在的问题。本发明可达到的最高温度高，温度范围可控制，变温速率快，与实际条件更加接近；实验条件可控性强，试验参数可实现实时采集和控制，工作强度低，重复性好；装置的适用性强，无论导体和绝缘体均可选用合适的热源予以实现。
附图说明
图1为本发明热处理装置采用喷灯或喷枪加热方式的结构示意图；
图2为本发明热处理装置采用感应加热方式的结构示意图。
其1中，1-框体；2-喷灯；3-试件；4-清洁装置；5-泵；6-试件夹持臂；7-介质容器；8-电机；9-底座；10-控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1和图2，本发明实现快速热循环的装置，包括不锈钢的框体1、喷灯加热热源2、试件3、清洁装置4、泵5、试件夹持臂6、介质容器7、电机8、底座9以及控制器10；底座9固定在地面或者不锈钢框体1内部，电机8和介质容器7固定在底座9上，加热热源2以及试件夹持臂6固定在与底座相连的支架上，加热热源2采用喷灯或感应线圈；试件3和清洁装置4固定在试件夹持臂6的活动部分，泵5与框体1连接，电机8和清洁装置4通过数据线与控制器连接受其动作控制；为了控制试件热处理的温度上限和下限，试件3上和介质容器7内放置有热电偶进行温度的测量和反馈，介质容器7内还配置有电加热器，以便加热。
本发明中的热处理装置的使用方法包括以下步骤：
1)将电机8和介质容器7固定在底座9上，将试件夹持臂6固定在支架上，将试件固定在试件夹持臂6的活动部分，并与热电偶连接，根据试件材质和尺寸以及需要的热处理温度选择合适的加热热源2，固定在支架上，在容器7内装入冷却介质，启动加热热源和热电偶，预热到热处理的下限温度并保温；连接好清洁装置4和清洁介质；根据实验要求编制好控制程序，输入控制器中10，包括热处理的上限温度、热处理进行的次数、步进电机输出模式以及清洁装置的启动和运行时间；
2)若进行热处理时需要真空，则将装置放在不锈钢框体1内，先使用机械泵5排出框体内的空气，再执行步骤3)；
3)启动加热热源2，启动控制器中10中的控制程序，在试件温度达到热处理的最高温度时微机10控制电机8将试件3牵引至介质容器7内，保持0-5min，完成一次热处理，试件往回运动，清洁装置4启动对试件表面进行清洁和干燥，试件再次接受热源2加热，如此重复直至达到实验设定的次数。
本发明的原理：
本发明控制器与步进电机以及清洁装置连接，通过编程实现步进电机和清洁装置的可控输出，电机再通过齿轮、链条或丝杆与样品夹持臂活动部分连接，实现热处理试件的往复运动，加热热源的输出部分和样品夹持臂的固定部分安装在与底座相连的支架上，清洁装置固定在样品夹持臂的活动部分上，只在试件完成冷却后，可随之同步运动一段距离完成试件表面的清洁，冷却介质通过容器固定在底座上，步进电机固定在地面或底座上；
根据需要达到的热处理温度和处理的试件材质选用的加热热源有喷灯、氧气甲烷/氧气乙炔混合气火焰喷枪以及各类高中低频感应加热电源，其中喷灯和火焰喷枪对试件材质无要求，可达到的最高温度分别≤1500℃和≤3500℃，感应加热热源要求试件材质为导体，可达到的最高温度为试件的熔点；试件的厚度≤50mm；
若热源采用喷灯及喷枪，在试件厚度大(＞20mm)或者对受热均匀程度要求较高时，应在以试件为中心的对称位置上分别放置同型热源的输出端；
若热处理的试件需要减少高温下与氧气接触的时间，可以将整个装置放置在配有观察窗的不锈钢框体内部，再通过机械泵排出框体内的空气；
试件上配置有热电偶，与微机连接控制试件热处理的上限温度，装有冷却介质的容器内应配置有加热热源和热电偶，与微机连接控制试件热处理的下限温度，冷却介质有水或者油；冷却完成后，清洁装置使用高压气枪或者高压速干型清洁剂喷枪对试件表面进行快速清洁和干燥。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现快速热循环的装置，其特征在于，包括带有排气口的框体(1)，以及设置于地面或者框体(1)内部的底座(9)，底座(9)上设置有支架，支架上安装有用于给试件(3)加热的加热热源以及用于安装固定试件(3)的试件夹持臂(6)；试件夹持臂(6)的下方设置有介质容器(7)，介质容器(7)安放于底座(9)上；底座(9)上还设置有电机(8)，电机(8)的控制端与控制器(10)相交互。
2.根据权利要求1所述的实现快速热循环的装置，其特征在于，框体(1)为不锈钢框体。
3.根据权利要求1所述的实现快速热循环的装置，其特征在于，排气口上设置用于将气体排出框体的泵(5)。
4.根据权利要求1所述的实现快速热循环的装置，其特征在于，加热热源(2)采用喷灯、氧气甲烷/氧气乙炔混合气火焰喷枪或感应线圈。
5.根据权利要求4所述的实现快速热循环的装置，其特征在于，喷灯能够达到的最高温度为1500℃，火焰喷枪能够达到的最高温度为3500℃。
6.根据权利要求1或4或5所述的实现快速热循环的装置，其特征在于，试件夹持臂(6)的活动部分上还设置有清洁装置(4)，清洁装置(4)通过数据线与控制器(10)相交互。
7.根据权利要求1所述的实现快速热循环的装置，其特征在于，试件(3)上和介质容器(7)内均设置有用于控制试件热处理的温度上限和下限的热电偶，通过电热偶进行温度的测量和反馈，介质容器(7)内设置有电加热器。
8.一种采用权利要求1-7任意一项所述实现快速热循环的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将电机(8)和介质容器(7)固定在底座(9)上，将试件夹持臂(6)固定在支架上，将试件固定在试件夹持臂(6)的活动部分，并与热电偶连接，根据试件材质和尺寸以及需要的热处理温度选择加热热源(2)，并固定于支架上；在介质容器(7)内装入冷却介质，启动加热热源和热电偶，预热到热处理的下限温度并保温；连接好清洁装置(4)和清洁介质；根据实验要求编制好控制程序，输入控制器(10)中；
2)启动加热热源(2)，启动控制器(10)中的控制程序，在试件温度达到热处理的最高温度时控制器(10)控制电机(8)将试件(3)牵引至介质容器(7)内，保持时间0<t≤5min，完成一次热处理，试件往回运动，清洁装置(4)启动对试件表面进行清洁和干燥，试件再次接受加热热源(2)加热，如此重复直至达到实验设定的次数。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，步骤1)中，输入控制器(10)中的内容包括热处理的上限温度、热处理进行的次数、步进电机输出模式以及清洁装置的启动和运行时间。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，若进行热处理时需要真空，则将装置放在不锈钢框体(1)内，先使用机械泵(5)排出框体内的空气，再执行步骤2)。
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