JP4079267B2 - 材料試験機用加熱炉 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素ガス等の爆発性の、または強い反応性を有する雰囲気ガスをチャンバーに導入して高温で材料の引張り試験その他の試験を行うことができる材料試験機用加熱炉に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の引張り試験機用加熱炉は、引張り試験機の軸(引張り軸)を挿入する軸挿入口をチャンバーの天壁と底壁に設け、加熱温度が比較的低い所定の雰囲気ガスをチャンバーの内部で循環させながら、引張り軸間に取付けた材料の引張り試験を行う低温循環タイプのものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の低温循環タイプの引張り試験機用加熱炉は、引張り軸を挿入する軸挿入口のシール性が不十分であるため、例えば水素ガスなどの爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスをチャンバーに導入して加熱、循環させながら材料の引張り試験を実施しようとすると、軸挿入口から漏れ出した水素ガスが空気中の酸素と激しく反応して爆発する危険性があった。このように、従来の引張り試験機用加熱炉は爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスを導入できないため、高温水素ガス中での引張り試験、例えばアニーリング等の影響を調べる引張り試験などは行えないという不都合があった。にもかかわらず、現在のところ、水素ガス等の爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスを導入できるようにした引張り試験機用加熱炉は、未開発の状態である。
【0004】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、水素ガス等の爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスを導入して高温で材料の引張り試験その他の試験を行うことができる材料試験機用加熱炉を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る材料試験機用加熱炉は、請求項1に記載の発明は、材料試験機用加熱炉が、正面に開口を有し、ガス導入口(10)とガス排出口(11)を有する箱型チャンバー(1)と、該開口に気密に取付けられた開閉扉(2)と、ガス導入口(10)に接続され試験用の雰囲気ガスとパージ用不活性ガスを切り替えて供給するガス供給管(14)と、チャンバー(1)の左右側壁の内側に多段に設置され、耐熱性の鞘管に挿通されて表面が電気絶縁されたヒーター(3)と、チャンバー(1)の奥壁 に軸を貫通させてチャンバー内の奥に設置されたガス撹拌ファン(4)と、チャンバー(1)の天壁と底壁に相対向させて形成され材料試験機の軸(9)を挿入する軸挿入口(7)と、両端にリングパッキン(8c)に当接するフランジ(8b)を備え軸挿入口(7)に取付けられて該軸(9)を気密にシールする伸縮自在な軸シール部材(8)と、を有することを特徴としている。
【0006】
この材料試験機用加熱炉のように、材料試験機の軸を気密的にシールする伸縮可能な軸シール部材が軸挿入口に取付けられていると、試験時に該軸が挿入方向又は抜出し方向に移動しても、それに追従しながら軸シール部材(8)が伸縮して気密的なシール状態を保つため、チャンバー(1)内の雰囲気ガスが漏れ出す心配はない。従って、爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスをチャンバーに導入し、表面が電気絶縁されたヒーター(3)で高温に加熱しながら、安全に材料の引張り、圧縮、曲げ等の試験を行うことができる。
【0007】
本発明の請求項2に記載の発明は、材料試験機用加熱炉が、チャンバー(1)の外面に水冷ジャケット(1c)が設けてあることを特徴としている。
【0008】
また、本発明の請求項3に記載の発明は、材料試験機用加熱炉が引張り試験機であることを特徴としている。
【0009】
本発明の材料試験機用加熱炉の代表的なものは引張り試験機用加熱炉であり、そのような引張り試験機用加熱炉では、引張り試験機の軸を挿入する挿入口がチャンバーの天壁と底壁に相対向して形成され、或いはチャンバーのガス導入口に試験機用の雰囲気ガスとパージ用不活性ガスを切り替えて供給するガス供給管が接続される。斯かる引張り試験機用加熱炉では、後で詳しく説明するように、パージ用不活性ガスを供給してチャンバー内の空気を除去した後、パージ用不活性ガスを、試験機用の雰囲気ガス、例えば水素ガスに切り替えてチャンバー内に供給することにより、チャンバー内の不活性ガスを水素ガスに置換して材料の引張り試験を行うことができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳述する。
【0011】
図1は本発明の一実施形態に係る材料試験機用加熱炉の正面図、図2は図1のA−A線断面図、図3は図1のB−B線断図、図4は同材料試験機用加熱炉の軸シール部材を取付けた軸挿入口の拡大部分断面図である。
【0012】
この実施形態は引張り試験機用加熱炉を例示したものであって、図2、図3に示すように、チャンバー1は、SUS310等の耐熱鋼板により正面が開口する箱形に形成されたチャンバー本体1aと、断熱性を付与するためにチャンバー本体1aの内面に装着された断熱ジャケット1bと、試験後の冷却効率を高めるためにチャンバー本体1aの外面に装着された水冷用ジャケット1cとで構成されている。そして、このチャンバー1の正面には開閉自在な扉2が気密的に取付けられ、この扉2の内面と外面にも断熱ジャケット1bと冷却用ジャケット1cが設けられている。それぞれの冷却用ジャケット1cには給水口1dと排水口1eが設けられ、これらの給排水口1d,1eを通じて冷却水を冷却用ジャケット1cに通水するようになっている。通水は、例えば昇温開始から冷却完了まで行う。
【0013】
図2、図3に示すように、チャンバー1の左右側壁の内側には、表面が電気絶縁された棒状のヒーター3が連続して多段に設置され、その上下両端の電気接続用のコネクタ3a,3aがチャンバー1の背壁を貫いて外部へ導出されている。棒状のヒーター3としては、耐熱性の鞘管に抵抗発熱線を挿通して絶縁材を充填したシーズヒーター等が好ましく使用され、斯かるシーズヒーターは通電により発熱させるとチャンバー1内の雰囲気ガスを500℃程度の高温にまで容易に加熱することが可能である。
【0014】
また、チャンバー1の奥にはガス攪拌ファン4が設置され、このファン4を駆動するモーター5がチャンバー1背後の支持台6に設置されている。従って、このファン4をモーター5で駆動すると、チャンバー内部の雰囲気ガスが攪拌されて温度分布精度が向上し、チャンバー内部の巾方向の温度分布精度0.5℃を確保できるようになっている。
【0015】
図2に示すように、チャンバー1の天壁と底壁には、引張り試験機の軸(引張り軸)を挿入する軸挿入口7,7が形成され、引張り軸を気密的にシールする伸縮可能な軸シール部材8,8がそれぞれの軸挿入口7,7に取付けられている。この軸シール部材8は、図4に示すように、耐熱鋼等で造られた伸縮自在なベローズ8aの両端に、シール用のリングパッキン(Oリング)8cに当接するフランジ8b,8bを具備したものであって、リングパッキン(Oリング)8cはフランジ8bに形成された環状溝に嵌着されて保持されている。
【0016】
この軸シール部材8は、図4に示すように、その一端のフランジ8bをリングパッキン(Oリング)8cを挟んで軸挿入口7の上端開口周縁のフランジ部7aに気密的に固定すると共に、他端のフランジ8bをリングパッキン(Oリング)8cを挟んで引張り試験機の引張り軸9の鍔部9aに気密的に固定することによって取付けられており、引張り軸9が挿入方向又は抜出し方向に移動すると、それに追従しながらベローズ8aが伸縮して気密的なシール状態を維持できるようになっている。
【0017】
図2に示すように、チャンバー1の一方の側壁の後部には、ガス導入口10、ガス排出口11,炉内圧センサの引出口12、予備の引出口13などが形成されており、図3に示すように、ガス導入口10には、水素ガス(H2 )とパージ用不活性ガスPGを切替弁14aにより切り替えて供給するガス供給管14が接続されるようになっている。
【0018】
尚、図2中、17は簡易リリーフ口である。
【0019】
以上のような構成の引張り試験機用加熱炉を用いて材料の引張り試験を高温の水素ガス中で行う場合は、まず、扉2を開き、図4に示すようにチャンバー1の天壁の軸挿入口7から挿入された上側の引張り軸9の下端に試験材料Mの上端を押さえ片15と止具16とで固定すると共に、チャンバーの底壁の軸挿入口から挿入された下側の引張り軸の上端に試験材料Mの下端部を同様に押さえ片と止具とで固定して、扉2を閉める。
【0020】
そして、切替弁14aをパージ用不活性ガスPGの開通位置に切り替えてパージ用不活性ガスPGをガス導入口10からチャンバー1内に導入しつつ、ガス排出口11からチャンバー1内の空気を排気して、チャンバー1内を不活性ガスPGでパージする。次いで、切替弁14aを水素ガス(H2 )の開通位置に切り替えて水素ガス(H2 )をガス導入口10からチャンバー内に導入しつつ、ガス排出口11からにパージ用不活性ガスPGを排気して、チャンバー内を水素ガス(H2 )で置換する。以下は、水素ガス(H2 )を流し続けながら試験を行う。
【0021】
次に、シーズヒーター3に通電して発熱させ、この熱でチャンバー1内を加熱しながらガス攪拌ファン4で攪拌して、温度分布精度の高い500℃程度の高温水素ガス雰囲気中で上下の引張り軸9に離反方向の力を与えて材料Mにテンションを加え、引張り強度等を測定する。このとき、引張り軸9は軸挿入口7から抜出し方向に移動するが、これに追従して軸シール部材8のベローズ8aが伸長して気密状態を保つため、高温水素ガス(H2 )が漏れ出す心配はない。
【0022】
引張り試験が終わると、冷却ジャケット1cの効果によりチャンバー1内は比較的短時間で効率良く冷却され、切替弁14aを切り替えてパージ用不活性ガスPGをチャンバー1内に導入しながら、水素ガス(H2 )を排出し、チャンバー内を完全に窒素ガスで置換してから扉2を開けて試験後の材料Mを取り出す。
【0023】
以上、引張り試験機用加熱炉を例示して本発明を説明したが、本発明の加熱炉は、圧縮試験機用、曲げ試験機用など、種々の材料試験機用の加熱炉となり得るものである。これらの圧縮試験機用加熱炉や曲げ試験機用加熱炉の場合は、圧縮用の軸や押圧用の軸を挿入する軸挿入口をチャンバー1の天壁に少なくとも1つ形成して伸縮可能な軸シール部材を取付ければよい。
【0024】
【発明の効果】
本発明の材料試験機用加熱炉は、材料試験機の軸を挿入した軸挿入口からの雰囲気ガスの漏出を伸縮自在な軸シール部材によって防止できるため、水素ガスその他の爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスをチャンバー内に導入して、ヒーターにより従来よりも高温に加熱して種々の材料試験を行うことができるといった効果を奏し、特に、シーズヒーターを使用したものは500℃程度の高温の雰囲気を容易に造ることができるといった効果を奏する。そして、ガス攪拌ファンを設けたものはチャンバー内部の温度分布精度を向上させることができ、水冷用ジャケットを設けたものは、チャンバー外表面の温度を低く抑えることができると共に、短時間で効率よく冷却できるといった効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る材料試験機用加熱炉の正面図である。
【図2】 図1のA−A線断面図である。
【図3】 図1のB−B線断図である。
【図4】 同材料試験機用加熱炉の軸シール部材を取付けた軸挿入口の拡大部分断面図である。
【符号の説明】
1 チャンバー
1a チャンバー本体
1b 断熱ジャケット
1c 冷却用ジャケット
2 扉
3 ヒーター(シーズヒーター)
4 ガス攪拌ファン
7 軸挿入口
8 伸縮自在な軸シール部材
8a ベローズ
8b フランジ
8c リングパッキン(Oリング)
9 軸(引張り軸)
10 ガス導入口
11 ガス排出口
14 ガス供給管
;M 材料
Claims (3)
- 正面に開口を有し、ガス導入口とガス排出口を有する箱型チャンバーと、該開口に気密に取付けられた開閉扉と、ガス導入口に接続され試験用の雰囲気ガスとパージ用不活性ガスを切り替えて供給するガス供給管と、チャンバーの左右側壁の内側に多段に設置され、耐熱性の鞘管に挿通されて表面が電気絶縁されたヒーターと、チャンバーの奥壁に軸を貫通させてチャンバー内の奥に設置されたガス撹拌ファンと、チャンバーの天壁と底壁に相対向させて形成され材料試験機の軸を挿入する軸挿入口と、両端にリングパッキンに当接するフランジを備え軸挿入口に取付けられて該軸を気密にシールする伸縮自在な軸シール部材と、を有することを特徴とする材料試験機用加熱炉。
- チャンバーの外面に水冷ジャケットが設けてある請求項1に記載の材料試験機用加熱炉。
- 材料試験機が引張り試験機である請求項1又は請求項2に記載の材料試験機用加熱炉。
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