CN110455659A - 一种激光加热方式的高温硬度计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种激光加热方式的高温硬度计，属于硬度测量领域。本发明包括自上而下设置的压痕测量装置、加力主体装置、试样加热装置、试样平台和试样微调装置。所述试样微调装置与所述加力主体装置之间设置有试样平台，试样平台的中间固定有用于放置硬度块的放置槽，所述放置槽的槽壁上开设有用于避让激光光束的避让孔，所述试样加热装置固定安装在试样平台上，试样加热装置包括沿放置槽周向设置的至少有一个激光加热管，所述激光加热管的激光出口正对所述放置槽上的避让孔，以对放置槽内的试样进行加热。本发明优点是能够采用激光集中加热替代U型加热体的环绕式加热，明确加热区域，降低加热空间，提高其安全性以及使用效率。
Description
技术领域
本发明属于硬度测量领域，涉及一种高温硬度测试仪器，尤其是涉及一种激光加热方式的高温硬度计。
背景技术
对材料硬度进行测定的仪器称为硬度计，高温硬度计用于对材料在高温环境下的硬度检测，诸如工具钢材料、耐磨涂层等高温下使用的材料而言，测试其高温下的不同性能，具有巨大的实用价值。
现有的可参考授权公告号为CN205826442U的中国专利，其公开了一种高温洛氏硬度计，其技术方案要点是包括真空密闭的气氛室，所述气氛室内设置有用于加热试样的加热装置、给所述加热装置的外壳进行冷却的循环水冷装置，以及可伸入所述加热装置内对试样进行加载以形成压痕的加力主体装置，加热装置包括一U型加热体，U型加热体对试样环绕式加热，并通过循环水冷装置对加热装置冷却。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：环绕式加热方式的加热区域不明确，加热空间较大，消耗的能量较多，循环水冷装置在实际使用过程中并不能起到很好的冷却效果，安全性及工作效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光加热方式的高温硬度计，其优点是能够采用激光集中加热替代U型加热体的环绕式加热，明确加热区域，降低加热空间，提高其安全性以及使用效率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。
本发明公开的一种激光加热方式的高温硬度计，包括自上而下设置的压痕测量装置、加力主体装置、试样加热装置、试样平台和试样微调装置。所述试样微调装置与所述加力主体装置之间设置有试样平台，试样平台的中间固定有用于放置硬度块的放置槽，所述放置槽的槽壁上开设有用于避让激光光束的避让孔，所述试样加热装置固定安装在试样平台上，试样加热装置包括沿放置槽周向设置的至少有一个激光加热管，所述激光加热管的激光出口正对所述放置槽上的避让孔，以对放置槽内的试样进行加热。
试样加热装置两侧的工作台设有一个水平的台面，所述台面上固定安装有用于对试样加热的激光加热管，激光加热管沿工作台的长度方向设置，且激光加热管的激光出口朝向试样。通过在试样的两侧设置激光加热管，使得激光加热管对试样进行集中加热，加热空间小且消耗的能量较少，试样周围的温度较低，提高工作效率。
作为优选，所述激光加热管设置有两个，两个所述激光加热管之间的夹角为120°。避免将两个激光加热管彼此朝向的设置。若两个激光加热管彼此朝向的设置会造成加热过程中，激光对另一侧的激光加热管造成损坏。
作为优选，所述激光加热管的激光出口距试样的水平距离根据试样尺寸选取，需避免试样在高温加热过程中局部温度较高，即避免高温损坏激光加热管。
作为优选，所述试样微调装置包括XY物台和硬度计丝杠，所述硬度计丝杠以竖直的姿态连接在所述XY物台的底部，所述XY物台的顶部固定安装有调节杆，所述放置槽的槽底开设有通孔，所述调节杆穿过所述通孔伸入到所述放置槽的内部，当进行硬度测试时，试样放置在所述调节杆的顶端。
作为优选，所述试样加热装置与所述压痕测量装置之间设置有水冷盘。试样加热过程中局部温度较高，容易损坏压痕测量装置，水冷盘内通有循环液体，液体流动过程中能够携带走一部分热量，避免损坏压痕测量装置。
作为优选，所述试样安装完成后，其顶部距水冷盘的距离可调。避免试样与水冷盘距离过远，水冷盘不能起到很好的循环冷却作用。
作为优选，两个激光加热管发射出的光线进入试样放置槽，在无试样时，成120°角的激光会照到放置槽内壁，在无试样的时候吸收激光加热管发出的光，以免激光射出伤人，保证激光在试样放置槽内传播，保证操作安全。
作为优选，通过PID温控技术，调节激光电压大小来调节温度，保证加热到目标温度后稳定在该温度，以便进行温度测试。
本发明公开的一种激光加热方式的高温硬度计的工作方法为：试样加热装置固定在XY平台上，通过移动XY平台能够将试样加热装置调整到加力主体装置的正下方，试样加热装置依靠其内部设置的激光加热管对试样进行加热，待加热温度达到预设值后，开启加力主体装置，使其在试样表面产生压痕，通过压痕测量装置对压痕进行测量，并依据压痕面积计算出试样在高温下的硬度值，即实现激光加热方式的高温硬度测量。
有益效果：
1、本发明公开的一种激光加热方式的高温硬度计，通过采用激光加热管集中加热方式替代对比文献中U型加热体的环绕式加热，能够明确加热区域，降低加热空间，并且不会造成气氛室内部温度过高，提高试验检测的安全性以及检测效率。
2、本发明公开的一种激光加热方式的高温硬度计，通过设置两个激光加热管之间的夹角为120°，避免将两个激光加热管彼此朝向的设置。
3、本发明公开的一种激光加热方式的高温硬度计，通过采用试样微调装置包括XY物台和硬度计丝杠的设置，能够对试样的位置进行微调。
4、本发明公开的一种激光加热方式的高温硬度计，通过在试样加热装置与压痕测量装置之间设置一个水冷盘，水冷盘内通有循环液体，液体流动过程中能够携带走一部分热量，避免损坏压痕测量装置。
附图说明
图1是本发明公开的一种激光加热方式的高温硬度计整体结构示意图。
图2是本发明未安装加热装置时的侧视图。
图3是本发明中试样与激光加热管和调节杆位置关系的剖视图。
图4是本发明中激光加热光的安装位置示意图。
图中，1—压痕测量装置；2—加力主体装置；3—试样加热装置；31—激光加热管；32—激光出口；4—试样微调装置；41—XY物台；42—硬度计丝杠；43—调节杆；5—试样平台；6—放置槽；61—避让孔；62—通孔；7—水冷盘；8—试样。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
参照图1，本实施例公开的一种激光加热方式的高温硬度计，硬度计本体包括自上而下设置的压痕测量装置1、加力主体装置2、试样加热装置3以及试样微调装置4。
参照图1，试样微调装置4与加力主体装置2之间设置有试样平台5，试样平台5的中央位置设置有呈环形状的放置槽6，放置槽6内主要用于放置待检测的试样8。
参照图1和图3，试样加热装置3包括固定安装在试样平台5上的激光加热管31，激光加热管31设置有两个，两个激光加热管31的激光出口32朝向放置槽6设置，放置槽6的槽壁上开设有供激光穿过的避让孔61，以便在加热时，激光加热管31射出的激光能够穿过避让孔61对放置槽6内的试样8进行加热。放置槽6的槽壁上开设有供激光穿过的避让孔61，激光加热管31射出的激光穿过避让孔61后照射在试样8上，从而对试样8进行加热。在硬度测试过程中，试样8受挤压而产生碎裂，此时，激光加热管31射出的激光穿过避让孔61后受放置槽6另一侧的槽壁阻挡，从而能够避免激光直射检测人员，防止激光对检测人员造成伤害。需要注意的是，激光加热管31的数量不做具体限制，但是在布置激光加热管31时要避免两个激光加热管31之间彼此朝向的照射，因为彼此朝向的照射会导致一侧激光加热管31射出的激光对另一侧的激光加热管31造成损坏。
在实际加热过程中，试样8的局部温度较高，如果激光加热管31的激光出口32与试样8之间的水平距离设置的过近，会致使激光加热管31受到高温损坏，因此，在布置激光加热管31时，还需注意激光加热管31的激光出口32与试样8之间的距离不小于30mm。
参照图1或图2，试样微调装置4包括XY物台41和硬度计丝杠42，硬度竖直连接在XY物台41的底部，用于驱动XY物台41上下移动。XY物台41包括水平位置的两组相同的驱动机构，两组驱动机构均通过驱动电机和丝杠工作，其中一组驱动机构位于另一组驱动机构的上方用于调节XY物台41沿X轴方向移动，另一组驱动机构用于控制XY物台41沿Y轴方向移动，具体的，可以参考授权公告号为CN20669611OU的中国发明专利，其公开的一种高温划痕仪中的XY物台，这里不做过多赘述。
参照图1和图3，XY物台41的顶部固定安装有调节杆43，放置槽6的槽底开设有通孔62，调节杆43以竖直的姿态向上穿过通孔62，在进行检测时，试样8放置在调节杆43的顶端，可以通过调节杆43对试样8的位置进行微调，以便激光对准试样8，在图像采集时，通过对试样8的位置进行调节以获得清晰的图像。
考虑到试样8硬度检测主要是在高温下进行，压痕图像采集工作容易受到高温的影响，并且当试样8加热至800摄氏度之上后，试样8自身就会发出光线，一般的图像采集系统难以准确的捕捉试样8表面的压痕的图像轮廓，也就难以进行准确的硬度值计算。为压痕测量装置1单独配置一块水冷盘7。
参照图1或图2，水冷盘7设置在试样加热装置3与压痕测量装置1之间，水冷盘7内通有循环冷却水，冷却水在流动的过程中吸收试样8辐射的热量，以保证压痕测量装置1收集到清晰的图像，将水冷盘7设置在试样8的上方，并且与试样8之间的距离为10.5mm处。
本实施例公开的一种激光加热方式的高温硬度计的工作方法为：试样加热装置3固定在XY平台5上，通过移动XY平台5能够将试样加热装置3调整到加力主体装置2的正下方，试样加热装置3依靠其内部设置的激光加热管31对试样8进行加热，待加热温度达到预设值后，开启加力主体装置2，使其在试样8表面产生压痕，通过压痕测量装置1对压痕进行测量，并依据压痕面积计算出试样在高温下的硬度值，即实现激光加热方式的高温硬度测量。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种激光加热方式的高温硬度计，其特征在于：包括自上而下设置的压痕测量装置(1)、加力主体装置(2)、试样加热装置(3)、试样平台(5)和试样微调装置(4)；所述试样微调装置(4)与所述加力主体装置(2)之间设置有试样平台(5)，试样平台(5)的中间固定有用于放置硬度块的放置槽(6)，所述放置槽(6)的槽壁上开设有用于避让激光光束的避让孔(61)，所述试样加热装置(3)固定安装在试样平台(5)上，试样加热装置(3)包括沿放置槽(6)周向设置的至少有一个激光加热管(31)，所述激光加热管(31)的激光出口(32)正对所述放置槽(6)上的避让孔(61)，以对放置槽(6)内的试样(8)进行加热；
试样加热装置(3)两侧的工作台设有一个水平的台面，所述台面上固定安装有用于对试样(8)加热的激光加热管(31)，激光加热管(31)沿工作台的长度方向设置，且激光加热管(31)的激光出口(32)朝向试样(8)；通过在试样(8)的两侧设置激光加热管(31)，使得激光加热管(31)对试样(8)进行集中加热，加热空间小且消耗的能量较少，试样(8)周围的温度较低，提高工作效率。
2.如权利要求1所述的一种激光加热方式的高温硬度计，其特征在于：所述激光加热管(31)设置有两个，两个所述激光加热管(31)之间的夹角为120°；避免将两个激光加热管(31)彼此朝向的设置；若两个激光加热管(31)彼此朝向的设置会造成加热过程中，激光对另一侧的激光加热管(31)造成损坏。
3.如权利要求1所述的一种激光加热方式的高温硬度计，其特征在于：所述激光加热管(31)的激光出口(32)距试样(8)的水平距离根据试样尺寸选取，需避免试样在高温加热过程中局部温度较高，即避免高温损坏激光加热管(31)。
4.如权利要求1所述的一种激光加热方式的高温硬度计，其特征在于：所述试样微调装置(4)包括XY物台(41)和硬度计丝杠(42)，所述硬度计丝杠(42)以竖直的姿态连接在所述XY物台(41)的底部，所述XY物台(41)的顶部固定安装有调节杆(43)，所述放置槽(6)的槽底开设有通孔(62)，所述调节杆(43)穿过所述通孔(62)伸入到所述放置槽(6)的内部，当进行硬度测试时，试样(8)放置在所述调节杆(43)的顶端。
5.如权利要求1所述的一种激光加热方式的高温硬度计，其特征在于：所述试样加热装置(2)与所述压痕测量装置(1)之间设置有水冷盘(7)；试样(8)加热过程中局部温度较高，容易损坏压痕测量装置(1)，水冷盘(7)内通有循环液体，液体流动过程中能够携带走一部分热量，避免损坏压痕测量装置(1)。
6.如权利要求1所述的一种激光加热方式的高温硬度计，其特征在于：所述试样(8)安装完成后，其顶部距水冷盘的距离可调；避免试样(8)与水冷盘(7)距离过远，水冷盘(7)不能起到很好的循环冷却作用。
7.如权利要求1所述的一种激光加热方式的高温硬度计，其特征在于：两个激光加热管(31)发射出的光线进入试样放置槽(6)，在无试样时，成120°角的激光会照到放置槽(6)内壁，在无试样的时候吸收激光加热管(31)发出的光，以免激光射出伤人，保证激光在试样放置槽(6)内传播，保证操作安全。
8.如权利要求1所述的一种激光加热方式的高温硬度计，其特征在于：通过PID温控技术，调节激光电压大小来调节温度，保证加热到目标温度后稳定在该温度，以便进行温度测试。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一种激光加热方式的高温硬度计，其特征在于：工作方法为：试样加热装置(3)固定在XY平台(5)上，通过移动XY平台(5)能够将试样加热装置(3)调整到加力主体装置(2)的正下方，试样加热装置(3)依靠其内部设置的激光加热管(31)对试样(8)进行加热，待加热温度达到预设值后，开启加力主体装置(2)，使其在试样(8)表面产生压痕，通过压痕测量装置(1)对压痕进行测量，并依据压痕面积计算出试样在高温下的硬度值，即实现激光加热方式的高温硬度测量。
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