CS219760B1

CS219760B1 - The method of temperature control in thermal fatigue model tests and engagement to perform this method

Info

Publication number: CS219760B1
Application number: CS142881A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Kneifl; Jaromir Sladek
Original assignee: Miroslav Kneifl; Jaromir Sladek
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1983-03-25

Abstract

Podstata vynálezu spočívá v tom, že v jednotlivých teplotních cyklech se teplota pece reguluje na dvou hladinách teplot. Na začátku každé půlperiody ohřevu se zvýší teplota v peci maximálním příkonem z dané zkušební teploty na horní hladinu teploty, po jejímž dosažení se pec nechá volně vychladnout na zkušební teplotu. Horní hladina teploty je s ohledem na tepelnou setrvačnost pece zvolena tak, aby dosažení zkušební teploty v peci bylo časově shodné s dosažením zkušební teploty na vzorku. Podstata zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že vstup příkonu je zapojen na časový obvod, jehož výstup je spojen jednak se vstupem čerpadla chlazení a jednak se vstupem regulátoru zvýšené teploty. Regulátor zvýšené teploty je přes stykač spojen s pecí. Regulátor zkušební teploty je vstupem trvale připojený na příkon a jeho výstup je přes výkonový člen připojen na vstup pece.The essence of the invention is that in individual temperature cycles the temperature of the furnace is regulated at two temperature levels. At the beginning of each half-period of heating, the temperature in the furnace is increased by the maximum power input from the given test temperature to the upper temperature level, after which the furnace is allowed to cool freely to the test temperature. The upper temperature level is selected with regard to the thermal inertia of the furnace so that the achievement of the test temperature in the furnace coincides in time with the achievement of the test temperature on the sample. The essence of the connection according to the invention is that the power input is connected to a timing circuit, the output of which is connected both to the input of the cooling pump and to the input of the increased temperature controller. The increased temperature controller is connected to the furnace via a contactor. The test temperature controller has an input permanently connected to the power input and its output is connected to the furnace input via a power element.

Description

Vynález řeší způsob regulace teploty při modelových zkouškách tepelné únavy a zapojení k provádění tohoto způsobu.The invention solves a method of temperature control in model tests of thermal fatigue and wiring for carrying out this method.

Zkoušky tepelné únavy prováděné na hladkých vzorcích pomocí pulsátorů nebo metodikou podle Coffina podávají základní informace o chování materiálů při proměnných teplotních režimech. Výsledky těchto zkoušek však nelze přímo aplikovat na tvarově složité součásti se svarovými spoji, které tvoří koncentrátory napětí. V těchto případech závisí životnost součásti na teplotním a napěťovém poli v okolí koncentrátorů napětí a lze ji zjišťovat pouze zkouškami celých dílů nebo modelů· Tyto zkoušky spočívají v ohřátí modelu na pracovní teplotu a prudkém ochlazení, které vyvolá teplotní napětí, nebo i deformace.Thermal fatigue tests carried out on smooth samples using pulsators or Coffin methodology provide basic information on the behavior of materials under varying temperature regimes. However, the results of these tests cannot be directly applied to the shape-complicated parts with weld joints that form stress concentrators. In these cases, the service life of the component depends on the temperature and stress field around the voltage concentrators and can only be detected by testing whole parts or models. These tests consist of heating the model to working temperature and quenching to induce temperature stress or deformation.

V průběhu jednotlivých cyklů je sledováno teplotní pole pro výpočet teplotních napětí a zjišťuje se počet cyklů do porušení modelu. Průběh teplotních napětí je při těchto zkouškách asymetrický, protože po rychlém ochlazení následuje pomalý ohřev, obvykle v peci, takže teplotní gradient je ve fázi ohřevu mnohem menší. Ohřev jinými způsoby, například indukční, fluidní, nebo plamenem je u tvarově složitých modelů obtížný, v některých případech i nevhodný pro chemické nebo mechanické ovlivnění povrchové vrstvy.During each cycle, the temperature field is monitored to calculate temperature stresses and the number of cycles until model failure is determined. The course of the temperature stresses in these tests is asymmetrical, since rapid cooling is followed by slow heating, usually in an oven, so that the temperature gradient is much smaller in the heating phase. Heating by other means, for example induction, fluid, or flame, is difficult in shape-complicated models, and in some cases unsuitable for chemical or mechanical influencing of the surface layer.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny způsobem a zapojením podle vynálezu, umožňujícím způsobem regulace teploty při modelových zkouškách tepelné únavy vzorků umístěných v pecích. Podstata vynálezu spočívá v tom, že v jednotlivých teplotních cyklech se teplota pece reguluje na dvou hladinách teplot. Na začátku každé půlperiody ohřevu se zvýší teplota v peci maximálním příkonem z dané zkušební teploty na horní hladinu teploty, po jejímž dosažení se pec nechá volně vychladnout na zkušební teplotu. Horní hladina teploty je s ohledem na tepelnou setrvačnost pece zvolena tak, aby dosažení zkušební teploty v peci bylo časově shodné s dosažením zkušební teploty na vzorku.These drawbacks are overcome by the method and the wiring of the invention, allowing a method of temperature control in the model fatigue tests of samples placed in the furnaces. The essence of the invention is that in individual temperature cycles, the temperature of the furnace is regulated at two temperature levels. At the beginning of each half-period of heating, the temperature in the furnace is increased by the maximum power input from the test temperature to the upper temperature level, after which the oven is allowed to cool freely to the test temperature. The upper temperature level is chosen with respect to the thermal inertia of the furnace so that the achievement of the test temperature in the furnace is coincident with the achievement of the test temperature on the sample.

Podstata zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že vstup příkonu je zapojen na časový obvod, jehož výstup je spojen jednak se vstupem čerpadla chlazení a jednak se vstupem regulátoru zvýšené teploty. Regulátor zvýšené teploty je přes stykač spojen s pecí. Regulátor zkušební teploty je vstupem trvale připojený na příkon a jeho výstup je přes výkonový člen připojen na vstup pece·The principle of the connection according to the invention consists in that the input of the power input is connected to a time circuit whose output is connected both to the input of the cooling pump and to the input of the temperature regulator. The elevated temperature controller is connected to the furnace via a contactor. The test temperature controller is permanently connected to the power input and its output is connected to the furnace input via the power element.

Nový účinek způsobu regulace spočívá ve zvýšení gredientu teploty ve fázi ohřevu a současně umožňuje značné zvýšení kapacity zkušebního zařízení. Funkce zapojení je zřejmá z obr. 2, kde je znázorněn naměřený časový průběh teploty vzorku a pece při zkouškách modelu spoje trubka-trubkovnice parogenerátoru pro rychlé reaktory. Změny teploty pece v čase jsou znázorněny křivkou a. Na konci chladicí periody je regulátorem 4 horní hladiny teploty připojen přes stykač 6 maximální příkon k peci 7. Po dosažení horní hladiny teploty T2 se stykač 6 odepne a pec chladne na zkušební teplotu Ti. Teplota T2 je nastavena tak, aby teploty Ti udržované regulátorem 3 zkušební teploty bylo dosaženo ve stejném čase v peci i na vzorku. Po ustálení teploty Ti na zkušebním vzorku je vzorek prudce ochlazen protékající vodou pomocí čerpadla 2.A new effect of the control method is to increase the temperature gradient in the heating phase and at the same time allows a considerable increase in the capacity of the test device. The function of the connection is evident from Fig. 2, which shows the measured time course of the sample and furnace temperature during tests of the steam-tube tube-tubesheet coupling model for fast reactors. Changes in the furnace temperature over time are shown by curve a. At the end of the cooling period, the upper temperature controller 4 connects the maximum power to the furnace 7 via contactor 6. Upon reaching the upper temperature level T2, contactor 6 opens. The temperature T2 is set so that the temperatures T1 maintained by the test temperature controller 3 are reached at the same time both in the furnace and on the sample. After the temperature Ti has stabilized on the test sample, the sample is quenched by flowing water through pump 2.

Křivka b na obr. 2 znázorňuje teplotní průběh zkušebního vzorku s regulací teploty podle vynálezu, křivka c s obvyklou regulací pece na konstantní zkušební teplotu Τι. V uvedeném případě došlo k více než pětinásobnému urychlení zkoušek· Zvýšení zkušební kapacity vzrůstá s rostoucím poměrem tepelných setrvačností vzorku a pece. Pro uvedený způsob regulace je vhodné přizpůsobit konstrukci pece teplotním cyklům.The curve b in Figure 2 shows the temperature profile of the temperature-controlled test sample according to the invention, the curve c with the usual furnace control to a constant test temperature Τι. In this case, the tests have been accelerated more than five times. • The increase in the test capacity increases with the increasing ratio of thermal inertia of the sample to the furnace. For this control method, it is appropriate to adapt the furnace design to temperature cycles.

Zapojení je znázorněno na obr. 1, kde vstup příkonu je zapojen na časový obvod 1, jehož výstup je spojen jednak se vstupem čerpadla 2 chlazení a jednak se vstupem regulátoru 4 zvýšené teploty, který je přes stykač 6 spojen s pecí 7, přičemž na vstup příkonu je trvale připojen regulátor 3 zkušební teploty, jehož výstup je přes výkonový člen S připojen k peci 7.The connection is shown in Fig. 1, where the input of power is connected to a timing circuit 1, the output of which is connected both to the input of the cooling pump 2 and to the input of the elevated temperature controller 4 connected to the furnace 7 via contactor 6. the test temperature controller 3 is permanently connected to the power input, the output of which is connected to the furnace 7 via the power element S.

Výhody uvedeného způsobu zapojení spočívají v příznivějším průběhu teplotních cyklů na vzorku a ve značném urychlení zkoušek. Zatímco ohřev v peci s konstantní teplotou trvá pro daný typ modelu cca 3,5 hod., způsobem podle vynálezu je doba zkrácena na 40 min. Mimo uvedené použití lze způsob regulace použít při tepelném zpracování opakujících se vsázek, u kterých je možné zvýšit rychlost ohřevu.The advantages of this method of connection are that the temperature cycles on the sample are more favorable and the tests are significantly accelerated. While heating in a constant temperature furnace takes about 3.5 hours for a given type of model, the method according to the invention reduces the time to 40 minutes. In addition to the aforementioned application, the control method can be used in the heat treatment of recurring batches in which the heating rate can be increased.

Claims

Subject

Method of temperature control in model fatigue tests of samples placed in furnaces characterized in that in individual temperature cycles the temperature of the furnace is regulated at two temperature levels, where at the beginning of each half-period of heating the temperature in the furnace is increased the temperature level after which the furnace is allowed to cool freely to the test temperature, the achievement of the test temperature in the furnace being invented in time to reach the test temperature on the sample.

2. Connection according to claim 1, characterized in that the power input is connected to a time circuit (1j), the output of which is connected both to the pump inlet (2J) and to the inlet of the temperature controller (4) via a contactor. (6) connected to the furnace (7), wherein a test temperature controller (3) is permanently connected to the power input, the output of which is connected to the furnace (7) via a power member (5).