CN204924996U - 一种轧辊热疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轧辊热疲劳试验机，属于检验设备领域。包括有：PLC（1）、计算机？（2）、红外测温仪主机（3）、红外测温探头（4）、平面感应器（5）、试样冷却水泵（6）、冷却水电磁阀（7）、平板状的试样（8）、试样冷却水槽（11）、超音频淬火变压器（12）、固态超音频感应加热电源（13）；平面感应器（5）一侧粘贴数块导磁体，对平板状轧辊试样（8）进行加热，导磁体上加工小孔，用于红外测温。本试验机可以避免热疲劳试验中贯穿性裂纹的出现，可以模拟热轧辊的轧制工况，获得与实际工况相仿的热疲劳效果。

Description

一种轧辊热疲劳试验机

技术领域

本实用新型涉及材料试验技术，特别涉及一种轧辊热疲劳试验机，属于检验设备领域。

背景技术

热轧辊在轧制工件过程中，咬入被轧制材料时，辊面与热轧材接触挤压摩擦，温度迅速升高，脱离轧材后，喷液冷却，温度下降。经历多次冷热温度循环后，辊身表面产生疲劳龟裂纹和剥落。

热疲劳试验的加热方式有电阻炉辐射加热、火焰加热、红外加热、感应加热、激光加热等方式。其中感应加热因加热速度快，热量集中在表面、制作成本低，易于维护等优点而被优先选择。

常用感应加热式热疲劳试验机采用圆柱形状试样，在其上剖一个小平面，对整个圆柱外圆面和平面进行加热。热疲劳试验完毕，检测小平面上的疲劳裂纹密度和深度。这种加热方式适合有一定韧性的钢铁材料。对于热轧辊等硬脆材料，疲劳数次即可造成贯穿性裂纹。不同轧辊材料之间的抗热疲劳性无法评价。因此需要专门的轧辊材料热疲劳试验装置来研究其抗冷热疲劳性。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种适用于热轧辊等硬脆材料的热疲劳试验机，可以避免热疲劳试验中贯穿性裂纹的出现，可以模拟热轧辊的轧制工况，获得与实际工况相仿的热疲劳效果。

为解决上述技术问题本实用新型所采取的技术方案是：

一种轧辊热疲劳试验机，包括对试样进行加热的感应加热设备和对试样进行冷却的冷却设备，所述感应加热设备包括固态超音频感应加热电源和安装有平面感应器的超音频淬火变压器，所述冷却设备包括冷却水槽，所述平面感应器位于冷却水槽；所述试样为平板状，试样位于平面感应器上面；在冷却水槽内平面感应器下方与平板状轧辊试样及平面感应器上下相对应的位置设置有红外测温探头；连接红外测温探头的红外测温仪主机分别与对循环过程中的温度进行实时采集记录的计算机及控制固态超音频感应加热电源的PLC相连；

冷却水槽内还设置有受PLC控制的试样冷却水泵和冷却水电磁阀，试样冷却水泵与冷却水电磁阀连接；所述冷却水电磁阀的出水口设置在试样的侧面与试样及平面感应器相对的位置。

本实用新型的进一步改进在于：所述平面感应器下面粘贴导磁体，导磁体上设置有插入红外测温探头的孔。

本实用新型的进一步改进在于：所述试样夹持在一试样夹具，试样与平面感应器（5）的上表面留有间隙。

本实用新型的进一步改进在于：冷却水槽内还设置有换热片，换热片与采用空压制冷的循环冷水机相连。

本实用新型的进一步改进在于：循环冷水机还与超音频淬火变压器、固态超音频感应加热电源相连。

本实用新型的进一步改进在于：所述测温仪主机与计算机通过RS232串口相连。

本实用新型的进一步改进在于：所述红外测温探头为小光斑红外测温仪探头。

由于采用了上述技术方案，本实用新型所取得的技术进步在于：

本试验机是通过一种平面感应器，对平面状的轧辊试样进行加热，到设定温度后喷水冷却。循环到设定次数后，停止工作。可以模拟热轧辊的轧制工况，获得与实际工况相仿的热疲劳效果。本试验机是通过PLC设置固态超音频感应加热电源的加热功率、循环次数、加热温度、冷却时间等试验参数并控制其他设备执行动作。计算机用于记录温度-时间曲线。加热时，固态超音频感应加热电源按PLC设定输出功率到装有导磁体的平面感应器上，对平板状轧辊试样表面迅速加热。红外测温探头透过装有导磁体的平面感应器上的小孔对试样进行测温，温度信号通过光纤传输到测温仪主机，调制成两路信号，一路输出信号给PLC进行温度判断，到达设定温度后，PLC停止超音频电源加热，同时打开冷却水电磁阀，对试样进行喷水冷却。另一路信号给计算机，通过温度采集软件对循环过程中的温度进行实时采集记录。测温仪主机的一路信号给计算机，可以每加热冷却一次，PLC的显示屏上循环次数减少一次，直至归零。

本实用新型采用空压制冷的循环冷水机对试样冷却水槽、超音频淬火变压器、固态超音频感应加热电源进行冷却。冷水机与试样冷却水通过换热片进行换热。本实用新型可以采用一台小光斑红外测温仪，能够透过感应器导磁体上的孔，准确测量试样的温度，满足大部分轧辊的热疲劳试验的要求。

本实用新型还具有以下技术效果：

1.实现试验过程自动化，提高试验精度，节省人力。

2.采用平面状轧辊试样，能很好模拟轧辊热轧时承受的热疲劳工况，能消除圆柱试样的疲劳裂纹扩展快，易贯穿的缺陷。同时平面便于对疲劳裂纹进行显微测量。

3.采用温度反馈控制系统，克服电网电压波动对加热功率的影响，提高了长时间试验的试验条件的稳定性。同时能记录温度-时间曲线，便于后续分析。

4.以循环冷水机控制试样冷却水温保持恒定，稳定了试样冷却条件。

附图说明

图1试验机总体连接结构简图；

图2红外测温装置的主视图；

其中，1、PLC，2、计算机，3、红外测温仪主机，4、红外测温头，5、平面感应器，6、试样冷却水泵，7、冷却水电磁阀，8、试样，9、循环冷水机，10、换热片，11、冷却水槽，12、超音频淬火变压器，13、固态超音频感应加热电源，14、试样夹具。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：

一种轧辊热疲劳试验机，如图1所示，包括有：PLC1、计算机2、红外测温仪主机3、红外测温头4、平面感应器5、试样冷却水泵6、冷却水电磁阀7、试样8、循环冷水机9、换热片10、试样冷却水槽11、超音频淬火变压器12、固态超音频感应加热电源13。其中红外测温部分如图2所示。

感应加热设备对试样进行加热，冷却设备对试样进行冷却。感应加热设备包括固态超音频感应加热电源13和超音频淬火变压器12，超音频淬火变压器12上安装有平面感应器5。冷却设备包括冷却水槽11，所述平面感应器5的加热端位于冷却水槽11；所述试样8为平板形的块状试样，试样8位于平面感应器5上面，试样8可以直接放置在平面感应器5上，也可以通过一试样夹具14将试样8夹持在平面感应器5上方，此时试样8与平面感应器5的上表面留有间隙，在喷水冷却时冷却效果较好。所述平面感应器5的下面粘贴有数块导磁体，导磁体将平面感应器5产生的磁力线导线试样表面，导磁体上设置有插入红外测温探头4的孔。所述红外测温探头为小光斑红外测温仪探头。

在冷却水槽11内、平面感应器5的下方设置有红外测温探头4，红外测温探头4与平板状轧辊试样8及平面感应器5上下相对应，红外测温探头4用于探测试样8的温度；连接红外测温探头4的红外测温仪主机3位于冷却水槽外面，分别与对循环过程中的温度进行实时采集记录的计算机2及控制固态超音频感应加热电源13的PLC1相连；冷却水槽11内还设置有受PLC1控制的试样冷却水泵6和冷却水电磁阀7，试样冷却水泵6与冷却水电磁阀7连接；冷却水电磁阀7的出水口设置在试样8的侧面，与试样8及平面感应器5位置相对，用于对试样进行喷水冷却。PLC的一路相继连接固态超音频感应加热电源13、超音频淬火变压器12、平面感应器5，还有一路相继连接测温仪主机3、红外测温探头4，另有两路分别与试样冷却水泵6、冷却水电磁阀7连接，测温仪主机3还与计算机2连接；测温仪主机3与计算机2通过RS232串口相连，对循环过程中的温度进行实时采集记录；每加热冷却一次，PLC1的显示屏上循环次数减少一次，直至归零。试样冷却水泵6、冷却水电磁阀7、平面感应器5与平板状轧辊试样8位于试样冷却水槽11内，红外测温探头4伸入试样冷却水槽11内。

冷却水槽11内还设置有换热片10，换热片10与采用空压制冷的循环冷水机9相连。循环冷水机9对试样冷却水槽11进行冷却。冷水机9与试样冷却水槽内的水通过换热片10进行换热。循环冷水机9还与超音频淬火变压器12、固态超音频感应加热电源13相连，对超音频淬火变压器12、固态超音频感应加热电源13进行冷却。

本试验机是通过PLC1设置的加热功率、循环次数、加热温度、冷却时间等试验参数并控制固态超音频感应加热电源13、试样冷却水泵6、试样冷却水电磁阀7等设备执行动作。红外测温仪4实现温度的测量和反馈。到温后电磁阀7打开，对试样喷水冷却。计算机2用于记录温度-时间曲线。循环冷水机对感应加热电源和试样冷却水进行水温控制。

下面对主要部件进行详细说明。

固态超音频感应加热电源：将三相工频电源经逆变器调制成超音频交流电，再经淬火变压器降压增流，最后通过感应器实现对试样的表层加热。

感应加热器：采用双匝紫铜线圈，制作成扁圆状，在一侧粘贴数块导磁体，将电磁场引至线圈外侧对平面试样进行加热，导磁体上加工小孔，用于红外测温。

红外测温仪：采用小光斑的红外测温仪，能够透过感应加热器上的导磁体小孔，准确测量加热区域中心的温度。红外测温探头将温度信号传给测温仪主机显示，并能调制成4~20mA和RS232/485串口通信两路信号，用于控制和采集。

控制系统：包括固态超音频感应加热电源的功率输出控制、加热温度控制、冷却时间控制、循环次数控制等。

固态超音频感应加热电源13的功率输出控制：通过输出功率的调节，可以控制加热速度的快慢，进而影响试样表面热量向内传导的深度和峰值加热温度的稳定性控制。采用PLC1输出电位信号代替原来固态超音频感应加热电源13上的功率控制的电位器，实现输出功率的PLC编程预置控制，并可在试验过程中人工调节。

加热温度控制：采用小光斑的红外测温仪3，测量加热时的温度。测温信号经测温仪的4~20mA电流信号输出到PLC1的模拟量输入模块，到达设定的温度后，经PLC1判断比较，输出信号给固态超音频感应加热电源13，停止功率输出。

冷却时间的控制：试样喷水冷却过程中，水膜阻挡的试样的红外信号辐射，会导致红外测温失效。因此采用冷却时间进行控制。到达设定温度后，PLC1给出信号打开电磁阀7，水从喷嘴喷出冷却试样8表面。冷却临界时间的调节可通过调试用试样内插接热电偶的方式获得。

试验次数的控制：试验次数在PLC1中设定，进行递减控制，每个的循环的冷却时间走完后，循环次数减少一次，直至归零。试验机自动停止。

循环水冷却系统：采用空压制冷的循环冷水机9对试样冷却水槽11、超音频淬火变压器12、固态超音频感应加热电源13进行冷却。冷水机9与试样冷却水通过换热片10进行换热。以试样冷却水温反馈控制循环冷水机9，保持试样冷却水槽内11水温恒定，确保试样8冷却效果一致。循环冷水机9的冷却水封闭循环，防止了在固态超音频感应加热电源13结垢堵塞。

温度采集记录系统：红外测温仪主机3的温度信号用RS232/485协议与计算机2串口进行通信。用测温仪的软件可以实现通信参数、测量模式的设定，激发激光对焦，以及温度的高速采集和记录分析等功能。

Claims (7)

1.一种轧辊热疲劳试验机，包括对试样进行加热的感应加热设备和对试样进行冷却的冷却设备，其特征在于：所述感应加热设备包括固态超音频感应加热电源（13）和安装有平面感应器（5）的超音频淬火变压器（12），所述冷却设备包括冷却水槽（11），所述平面感应器（5）位于冷却水槽（11）；所述试样（8）为平板状，试样（8）位于平面感应器（5）上面；在冷却水槽（11）内平面感应器（5）下方与平板状轧辊试样(8)及平面感应器（5）上下相对应的位置设置有红外测温探头（4）；连接红外测温探头（4）的红外测温仪主机（3）分别与对循环过程中的温度进行实时采集记录的计算机（2）及控制固态超音频感应加热电源（13）的PLC（1）相连；

冷却水槽（11）内还设置有受PLC（1）控制的试样冷却水泵（6）和冷却水电磁阀（7），试样冷却水泵（6）与冷却水电磁阀（7）连接；所述冷却水电磁阀（7）的出水口设置在试样(8)的侧面与试样(8)及平面感应器（5）相对的位置。

2.根据权利要求1所述的一种轧辊热疲劳试验机，其特征在于：所述平面感应器（5）下面粘贴导磁体，导磁体上设置有插入红外测温探头（4）的孔。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种轧辊热疲劳试验机，其特征在于：所述试样（8）夹持在一试样夹具（14），试样（8）与平面感应器（5）的上表面留有间隙。

4.根据权利要求1所述的一种轧辊热疲劳试验机，其特征在于：冷却水槽（11）内还设置有换热片（10），换热片（10）与采用空压制冷的循环冷水机（9）相连。

5.根据权利要求4所述的一种轧辊热疲劳试验机，其特征在于：循环冷水机（9）还与超音频淬火变压器（12）、固态超音频感应加热电源（13）相连。

6.根据权利要求1所述的一种轧辊热疲劳试验机，其特征在于：所述测温仪主机（3）与计算机（2）通过RS232串口相连。

7.根据权利要求1所述的一种轧辊热疲劳试验机，其特征在于：所述红外测温探头为小光斑红外测温仪探头。