CN109443577B - 一种金属变温过程测温装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属变温过程测温装置及其使用方法，其中，所述测温装置包括：样品台，测温架和容器，所述样品台固定在所述容器上；所述测温架安装在所述样品台上，所述测温架靠近容器中心一端固定有弹性薄片，所述弹性薄片上固定测温用热电偶；所述容器壁下端有孔。本发明的金属冷却过程测温装置只需一次布置热电偶、可多次重复使用；采用本发明的金属冷却过程测温装置，通过测温架的纵向调节和径向滑动，可以实现不同尺寸金属样品不同冷却过程温度的测量，方便实现原位、多点、精确测量。该方案设计合理，操作简单，易于推广。

Description

一种金属变温过程测温装置及其使用方法

技术领域

本发明属于温度检测技术领域，具体涉及一种金属变温过程测温装置，以及使用该装置检测金属变温过程的温度的方法。

背景技术

金属材料在固态下加热到一定温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到室温，可以改变其内部组织结构，改善其性能。由于大多数零构件都在室温下工作，其性能最终取决于冷却转变后的组织。从高温状态到室温状态的冷却过程是金属材料热处理过程的关键工序。另外，金属材料在铸造、锻造、焊接之后，也要经历由高温到低温的冷却过程。对冷却过程的正确认识和控制，有助于减小或防止热加工缺陷。

温度是确定物质冷却状态的最重要参数之一。温度的测量方法大致可分为非接触法和接触法。非接触法无需与被测物体接触，虽然响应速度快，灵敏度高，但其可靠性和抗干扰性不足。接触法测温仪表的感温元件直接接触被测物体，简单直观，可靠性高。但是，目前实际生产中仍大量采用间断测量，测量数据不稳定且不能及时、准确地反映冷却过程中的实际温度及变化。若要实现连续测量，则需在被测材料上预埋热电偶，操作复杂且可能会破坏被测材料。

因此，有必要提供一种一次布置热电偶、可重复使用、高精度、可方便实现原位多点测量金属变温过程，特别是冷却过程的测温装置及方法。

发明内容

针对现有金属变温过程测温技术所存在的不足，本发明的目的在于提供一种金属变温过程测温装置及其使用方法。该装置和方法一次布置热电偶、可重复使用，高精度，能够方便实现原位多点测量，具有设计合理，操作安全、易于推广的优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种金属变温过程测温装置，包括容器1、环形的样品台2和若干个测温架3，所述样品台2固定在容器1内部上方，所述测温架3径向滑动式安装在样品台2上，所述测温架3靠近容器1中心的一端固定有若干弹性薄片34，弹性薄片34位于样品台2的下方，所述弹性薄片34上固定测温用热电偶4。

本发明的样品台2设置为环形，其中空环用于放置待测金属材料，所述环形不限于传统定义的圆环形，还可以是矩形环、三角环或其他多边形环，具体根据待测金属的形状进行选择。

本发明测温装置的测温架3径向滑动式安装在样品台2上，因此可以控制弹性薄片34的径向位置。使用时，先根据待测金属尺寸滑动测温架3并固定，调整弹性薄片34的位置，在插入样品后，样品台下方的弹性薄片被压下，并使热电偶4与金属接触，当样品抽离样品台后，弹性薄片又恢复形变。

优选地，上述测温装置的样品台2是内径为φ30至φ60mm的圆环形。

优选地，所述样品台2通过若干根横梁21固定在容器1内部。更优地，所述若干根横梁21呈均匀分布。

在本发明的一些实施例中，横梁21为2～4根。

优选地，所述横梁21上设有径向滑槽22，所述测温架3通过径向滑槽22滑动安装在样品台2上。

在本发明的一些实施例中，测温架3通过螺栓安装在径向滑槽22内，通过旋紧螺栓实现测温架3的固定，通过旋松螺栓实现测温架3的径向位置调整。

优选地，所述测温架3包括径向滑动杆31、纵向滑动杆32和纵向安装板33，所述径向滑动杆31上部与径向滑槽22匹配连接，中下部设有纵向滑槽，纵向滑槽与纵向滑动杆32的一端匹配实现纵向滑动连接，纵向滑动杆32的另一端固定有纵向安装板33，纵向安装板33上固定若干弹性薄片34。

在本发明的一些实施例中，每块纵向安装板33上固定2～20条弹性薄片34。纵向滑动杆32也采用螺栓安装在纵向滑槽上。

优选地，对于圆环形的样品台2，所有的纵向安装板33在样品台2下方呈圆形排列。优选地，所述容器1的底部设置有贯穿的通孔11。通孔11的设置主要为了方便伸入管子喷冷却或加热液体，可以根据测量条件选择设置或不设置，或者设置后进行堵塞。

优选地，所述热电偶类型为K型、S型、R型、B或J型，所述热电偶的前端与所述弹性薄片平齐。

本发明上述的测温装置可以用于多次测量金属变温过程中的温度，实际使用比较多的是金属冷却过程。

进一步地，本发明还提供了一种用上述测温装置测量金属冷却过程的方法，包括：

步骤1、根据待测金属样品的尺寸，调节纵向滑杆32，继而调节弹性薄片34的纵向位置，使得热电偶纵向方向位于合适的取样位置；调节径向滑杆31，继而调节弹性薄片34的径向位置，保证金属样品放入所述样品台时所述弹性薄片34被金属样品5压下，热电偶4的前端可与金属样品5接触；

步骤2、根据金属样品冷却条件的要求确定所述容器1的状态，包括：从容器壁下端通孔11内伸入管子喷冷却液体、堵塞通孔11在容器内盛冷却液体或容器1空置；

步骤3、在所述样品台中放置金属样品，测量金属样品冷却过程中的温度变化。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，该测温装置只需一次布置热电偶、可多次重复使用；采用本发明的金属冷却过程测温装置，通过测温架的纵向调节和径向滑动，可以实现不同尺寸金属样品不同冷却过程温度的测量，方便实现原位、多点、精确测量。

附图说明

图1是本发明实施例1的测温装置立体图；

图2是本发明实施例1的测温装置使用状态图；

图3是实施例1的热电偶测温点位置示意图；

图4是实施例1的4个测温点测得的温度变化曲线；

图5是实施例2的热电偶测温点位置示意图；

图6是实施例2的8个测温点测得的温度变化曲线；

1-容器，11-通孔，2-样品台，21-横梁，22-径向滑槽，3-测温架，31-径向滑杆，32-横向滑杆，33-纵向安装板，34-弹性薄片，4-热电偶，5-金属样品。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

另外，对于以下的说明中所使用的附图，为了方便，有时示意性地示出冷却过程测温装置、被测金属材料等，各部分的尺寸比例等并不限于与实际情况相同。并且，在以下的说明中举例示出的本金属冷却过程测温装置的组成等只是一例，本发明并不一定限定于此，能够在不变更其主旨的范围内适当变更而加以实施。

实施例1

本发明提供了一种一次布置热电偶、可重复使用、高精度、可方便实现原位多点测量金属冷却过程的测温装置及方法。

如图1所示，该优选的测温装置包括：容器1、圆环形的样品台2和测温架3，所述样品台2的圆环内径为φ50mm，所述样品台2通过均布的3根横梁21固定在容器1内部上方；每根横梁21上设有径向滑槽22，所述测温架3包括径向滑杆31和横向滑杆32，径向滑杆31的顶部与径向滑槽22通过螺栓连接，其中下设有纵向滑槽，横向滑杆32的一端与纵向滑槽通过螺栓连接，另一端固定有纵向安装板33，每根纵向安装板33上固定若干弹性薄片33，弹性薄片33朝向容器1的中心，而且其上固定测温用热电偶4，纵向安装板33在样品台2的下方，并形成圆形排列。

所述横梁21为三根，互成120°，以保证样品放入样品台2时为竖直放置，不发生倾斜。所述样品台2的均布横梁21上各有一滑槽22，共计三个，滑槽22为腰形。所述测温架3可沿所述均布横梁21在所述滑槽22内径向移动。

所述容器1器壁下端还设有注液通孔11。

每根纵向安装板33上固定4个弹性薄片34，所述弹性薄片间距为20mm，所述弹性薄片34在样品5插入样品台2中间圆环时可被压下，当样品抽离样品台2时可恢复。选取一个纵向安装板33，在选定的纵向安装板33的每个弹性薄片34上各固定一个测温用的热电偶4，共固定4个热电偶。所述热电偶类型为K型，其前端与所述弹性薄片34平齐。所述测温架3上的纵向滑槽和纵向滑杆32相匹配，使得纵向安装板33可沿纵向移动，从而调节热电偶相对于金属样品的位置，进而获得金属样品不同位置冷却过程的温度变化数据。当样品插入样品台2中间圆环时，固定于弹性薄片上34的4个热电偶与弹性薄片34一起被压下，热电偶前端接触金属样品获得样品冷却过程数据，共计可获得4组数据，分别表示金属样品4个不同部位冷却过程的温度变化，如图3所示。

用上述测温装置检测金属降温过程温度的方法包括如下步骤：

步骤1、根据待测18CrMo4样品的尺寸(见图3，金属样品大端直径为φ60mm，大于样品台2圆环内直径，小端直径为25mm，小端在下竖直放入)，通过调节所述纵向滑杆32的纵向位置，使得热电偶纵向方向位于所需温度取样位置(如图3所示)；通过所述测温架3在均布横梁21上滑槽22内的径向移动，保证金属样品5放入所述样品台2时所述弹性薄片34被金属样品压下，热电偶的前端与金属样品接触；

步骤2、根据18CrMo4样品冷却条件的要求(见表1)确定所述容器1的状态，本实施例金属样品冷却方式为油浴，堵塞容器1器壁下方的注液孔11，在容器内注入锭子油；

步骤3、将18CrMo4样品加热至奥氏体温度(1000℃)，迅速放入样品台2中，测量金属样品冷却过程中的温度变化。4个热电偶测量18CrMo4样品不同部位冷却过程温度变化的结果数据见图4。

表1

实施例2

本实施例测温装置样品台2中间圆环内径为φ55mm。所述样品台2上均布有4根固定横梁21。参考图1～2。

所述测温架3的每个纵向安装板33固定有4个弹性薄片34，每个弹性薄片间距为20mm。选取成180°的两个纵向安装板33，在选定的纵向安装板33的每个弹性薄片34上各固定一个测温用的热电偶4，共固定8个热电偶。所述热电偶类型为J型，其前端与所述弹性薄片34平齐。如实施例2所述，调节径向和纵向位置，进而获得金属样品不同位置(如图5)冷却过程的温度变化数据。当样品插入样品台2中间圆环时，固定于弹性薄片34上的8个热电偶与弹性薄片34一起被压下，热电偶前端接触金属样品获得样品冷却过程数据，共计可获得8组数据，分别表示金属样品8个不同部位冷却过程的温度变化。

用上述测温装置检测金属降温过程温度的方法包括如下步骤：

步骤1、根据待测A390合金样品的尺寸(金属样品大端直径为φ70mm，小端直径为50mm，小端在下竖直放入)，通过调节所述纵向滑杆32的纵向位置，使得热电偶纵向方向位于所需温度取样位置(如图5所示)；通过所述测温架3在均布横梁21上滑槽22内的径向移动，保证金属样品5放入所述样品台2时所述弹性薄片34被金属样品压下，热电偶的前端与金属样品接触；

步骤2、根据A390合金冷却条件的要求(见表2)确定所述容器1的状态，本实施例A390合金冷却方式为末端淬火，冷却介质为水，从所述容器1上的注液通孔11内伸入水管对金属样品末端喷水；

步骤3、将金属样品加热至510℃，迅速放入所述样品台2，测量金属样品冷却过程中的温度变化。8个热电偶测量金属样品不同部位冷却过程温度变化的结果数据见图6。

表2

以上显示和描述了本发明的主要特征和本发明的优点。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的实施范围。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。若不脱离本发明的精神和范围所作的修改、等同替换和改进等，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (4)

1.一种金属变温过程测温装置，其特征在于，包括容器(1)、环形的样品台(2)和若干个测温架(3)，所述样品台(2)固定在容器(1)内部上方，所述测温架(3)径向滑动式安装在样品台(2)上，所述测温架(3)靠近容器(1)中心的一端固定有若干弹性薄片(34)，弹性薄片(34)位于样品台(2)的下方，所述弹性薄片(34)上固定测温用热电偶(4)；所述容器(1)的底部设置有贯穿的通孔(11)；所述热电偶(4)的类型为K型、S型、R型、B或J型，所述热电偶(4)的前端与所述弹性薄片(34)平齐；所述样品台(2)通过若干根横梁(21)固定在容器(1)内部上方；所述横梁(21)为2～4根；所述横梁(21)上设有径向滑槽(22)，所述测温架(3)通过径向滑槽(22)滑动安装在样品台(2)上；所述测温架(3)包括径向滑动杆(31)、纵向滑动杆(32)和纵向安装板(33)，所述径向滑动杆(31)上部与径向滑槽(22)匹配连接，中下部设有纵向滑槽，纵向滑槽与纵向滑动杆(32)的一端匹配实现纵向滑动连接，纵向滑动杆(32)的另一端固定有纵向安装板(33)，纵向安装板(33)上固定若干弹性薄片(34)。

2.根据权利要求1所述的金属变温过程测温装置，其特征在于，所述样品台(2)是内径为φ30至φ60mm的圆环形。

3.根据权利要求1所述的金属变温过程测温装置，其特征在于，所有的纵向安装板(33)在样品台(2)下方呈圆形排列。

4.利用权利要求1至3任一项所述的金属变温过程测温装置的测温方法，包括：

步骤1、根据待测金属样品的尺寸，调节纵向滑杆(32)，继而调节弹性薄片(34)的纵向位置，使得热电偶纵向方向位于合适的取样位置；调节径向滑杆(31)，继而调节弹性薄片(34)的径向位置，保证金属样品放入所述样品台时所述弹性薄片(34)被金属样品(5)压下，热电偶(4)的前端可与金属样品(5)接触；

步骤2、根据金属样品冷却条件的要求确定所述容器(1)的状态，包括：从容器壁下端通孔(11)内伸入管子喷冷却液体、堵塞通孔(11)在容器内盛冷却液体或容器(1)空置；

步骤3、在所述样品台中放置金属样品，测量金属样品冷却过程中的温度变化。

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