PT96040B

PT96040B - Forno de inducao cilindrico para temperaturas elevadas

Info

Publication number: PT96040B
Application number: PT9604090A
Authority: PT
Inventors: Dieter Bolsch
Original assignee: Euratom
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1998-07-31
Also published as: EP0430138A1; EP0430138B1; ES2045727T3; LU87628A1; DK0430138T3; DE59003236D1; IE904330A1; IE64252B1; PT96040A

Description

COMUNIDADE EUROPEIA DA ENERGIA ATÓMICA (EURATOM)

FORNO DE INDUÇÃO CILÍNDRICO PARA TEMPERATURAS ELEVADAS

A presente invenção diz respeito a um forno de indução cilíndrico, para temperaturas elevadas, para ensaios uniaxiais, no ar e acima dos 1 000°C, de materiais isolantes eléctricos, com um gerador de altas frequências para a produção de um campo de frequência elevada e uma susceptância tubular cilíndrica de um material condutor da electricidade, que é aquecida pelo campo de indução e, por sua vez, aquece por irradiação os materiais a ensaiar a ele associados.

aquecimento por indução com altas frequências é utilizado desde há anos para o aquecimento de materiaias metálicos. Ele torna possível um aquecimento rápido de uma amostra. Mas quando a amostra for constituída por materiais isolantes electricamente, nomeadamente materiais cerâmicos com óxido de alumínio ou nitrito de silício, não é possível um aquecimento directo a partir da temperatura ambiente, devido à elevada resistência eléctrlca. Neste caso, utiliza-se portanto um transformador ou susceptância condutora da electricidade que, por sua vez, envolve a amostra a aquecer e aquece esta por irradiação de calor.

Para ensaios uniaixiais, aos quais pertencem, por exemplo, os ensaios de fadiga e os ensaios de fugas, a amos-

7' tra é colocada na susceptância tubular e depois fixada pelas suas duas extremidades num aparelho de ensaio que gera as cargas mecânicas desejadas. A amostra tem, para esse fim, de ficar saliente da susceptância, bem como de todo o forno, nas suas duas extremidades, a fim de poder ligar-se ao aparelho de ensaio.

objecto da presente invenção consiste em aperfeiçoar um forno do tipo indicado na introdução, de modo tal que já não seja necessário incorporar a amostra juntamente com o forno no aparelho de ensaio, mas sendo sim possível introduzir o forno ulteriormente no aparelho de ensaio provido da amostra, sem que para isso seja necessário um espaço livre adicional para a montagem nos dois lados do forno.

Este problema resolve-se com um forno com as características' indicadas na reivindicação 1. Relativamente às características de formas de realização preferidas deste forno, faz-se referência às reivindicações secundárias.

Descreve-se a seguir com mais pormenor a presente invenção, com base num exemplo de realização preferido e com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam:

A fig. 1, numa ilustração em perspectiva, as partes componentes de um forno segundo a presente invenção; e

A fig. 2, um aparelho de ensaio no qual está já montada metade do forno segundo a presente invenção.

forno cujos .componentes se representam na fig. 1 utiliza o princípio de um aquecimento indirecto por frequên-3^ cias elevadas de uma amostra (não representada), que é introduzida numa susceptância tubular constituída por dois meios tubos (1) e (2). A susceptância é constituída por exemplo por carboneto de silício ou (para temperaturas ainda mais elevadas) por boreto de zircónio (ZrE^).

Como a fig. 1 mostra, o forno pode ser constituído por duas metades completamente iguais, estando uma das metades representada em cima e à esquerda na figura, montada, isto é, pronta para ser incorporada num aparelho de ensaio, enquanto os componentes da outra metade estão representados isoladamente. 0 conceito básico da presente invenção consiste em estruturar o forno e todos os seus componentes de maneira a serem divisíveis ao longo de um plano que passa pelo eixo do tubo da susceptância (1,2) e pelo eixo da amostra a colocar nesta.' Com esta concepção é possível incorporar primeiro a amostra no aparelho de ensaio e depois montar o forno em torno da amostra dos dois lados.

forno é mantido solidarizado mecanicamente por meio de um chassis, constituído por duas metades de chassis (3) e (4), cada uma das quais apresenta por sua vez uma placa inferior semicircular e uma placa superior de cobertura ligada com aquela por meio de pontes. No espaço intermédio entre as duas placas inserem-se os componentes activos do forno, sendo todas as juntas entre estes componentes preenchidas com um feltro flexível de fibras de cerâmica, de modo que as dilatações diferentes dos componentes não conduzem a roturas.

-4Por meio das camadas de feltro, os componentes ficam suavemente comprimidos, de modo que se mantêm no chassis sem necessidade de medidas adicionais, tais como parafusos ou colagem.

Como mostra a parte da direita da fig. 1, pertencem aos componentes de uma das metades do forno um meio tubo de susceptância (2), uma bobina de altas frequências completa (5) e dois meios discos de suporte da bobina (6) e (7). A bobina (5) é alimentada por um gerador de altas frequências (16). Ela estende-se numa metade da superfície lateral de um cilindro circular e possui, quando montada, um eixo que se estende perpendicularmente ao eixo do tubo (2). A bobina é constituída por um tubo de cobre, arrefecido por água, e é introduzida solta num espaço oco (8) num dos meios discos de suporte da bobina, por exemplo (6). 0 espaço oco tem uma configuração tal que nele cabem também, lateralmente, os fios de alimentação da bobina. Também na zona do eixo do forno, o suporte possui uma abertura, na qual se insere solto o meio tubo da susceptância.

Os suportes da bobina possuem uma estrutura em favo de mel e mantêm não só a temperatura elevada no interior do forno como também os elevados gradiantes de temperatura relativamente ao exterior, ;sem arrefecimento forçado. Não há também quaj_ quer perigo de formação de fissuras na estrutura devidas a uma velocidade de aquecimento elevada, visto que as paredes em favo de mel são muito finas.

A seguir aplicam-se mantos de feltro (9) nos meios ê/,

discos de suporte da bobina (6). Estes mantos de feltro são formados de modo tal que deixam espaço para a bobina e para a susceptância. A espessura da camada de feltro depende do comprimento desejado do forno, isto é, da susceptância tubular, de modo tal que o dispositivo, quando se coloca o segundo meio disco de suporte (7) da bobina em cima, se adapte exactamente ao meio chassis (4).

A metade da esquerda da fig. 1 está pronta para inserir num aparelho de ensaio. A fig. 2 mostra uma secção deste aparelho, que não faz parte da presente invenção. Uma amostra de carga (10) é fixada entre duas cabeças de fixação do aparelho de ensaio providas de cabeças de refrigeração (11) e (12) e cobertas por estas. 0 meio forno está dotado, como pode ver-se na fig. 1, com um braço de suporte (13) saliente para cima, o qual permite a fixação suspensa do forno na cabeça de refrigeração superior (11), bem como ainda alinhamento do eixo longitudinal do forno relativamente ao eixo longitudinal da amostra.

A segunda metade do forno é, depois da sua montagem, fixada de maneira análoga através de um meio braço (14)(fig.

)correspondente na cabeça da refrigeração (11) e fixada por parafuso na primeira metade. Vê-se a partir da fig. 2 que não se tem acesso à cabeça de fixação à qual está fixada a amostra, o qual não é necessário, visto que o forno só se junta depois da montagem da amostra. Depois da montagem do forno, ligam-se as extremidades da bobina a um gerador de altas fre-

quências (16) e a um circuito de refrigeração.

E também possível introduzir termoelementos no forno, através da estrutura em favo de mel, ou prever canais para a passagem de braços de medição de um extensómetro (15) (fig. 2) ou também um canal de observação para um pirómetro ou para a observação directa óptico-microscópia da superfície da amostra (por exemplo o estudo do crescimento de fendas devidas à fadiga).

A presente invenção não se limita aos pormenores do exemplo de realização ilustrado. Isso aplica-se especialmente ao tipo de aparelho de ensaio e à instrumentação do forno. 0 tubo da susceptância pode ter a forma cilíndrica, como está representado, ou também apresentar um diâmetro interior variável, especialmente para obter uma temperatura constante ao longo do eixo do forno. Além disso, o forno é apropaido não só para experiências isotérmicas como também são possíveis experiências termocíclicas ou termomecânicas combinadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1.- Forno de indução de temperatura elevada para ensaios uniaxíais no ar e acima de 1 000°C em materiais isolantes eléctricos com um gerador de altas frequências, para gerar um campo de alta frequência, e uma susceptância cilíndrica de um material condutor da electricidade que é aquecido pe Lo campo de indução e, por sua vez, aquece por irradiação os materiais de ensaio a ele associados, caracterizado por o gerador de altas frequências (16) alimentar duas bobinas (5), independentes uma da outra e ligadas electricamente em parale lo, cada uma delas colocada numa superfície lateral semicilín drica coaxial com o eixo do cilindro, e por também a susceptãncia ser constituída por dois meios tubos, coincidindo os planos de corte das superfícies laterais semicilíndricas e dos meios tubos, e incluindo o eixo do forno.
2. - Forno de temperatura elevada de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os eixos das bobinas se· estenderem perpendicularmente ao plano de corte e passarem pelo eixo do forno.
3. - Forno de temperatura elevada de acordo com as rei vindicações 1 e 2, caracterizado por cada uma das bobinas estar embebida num espaço oco (8) , adaptado à mesma, de pelo menos um suporte (6,7), em favo de mel, de material cerâmico.
4. - Forno de temperatura elevada de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por os componentes do forno estarem encerrados num chassis metálico (3,4) constituído por duas metades unidas ao longo do piano de corte da susceptãncia (1,2).
5.- Forno de temperatura elevada de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por se preverem nas juntas entre os vários componentes do forno camadas de feltro (9), de fibras de cerâmica, para a compensação das variações das dimensões produzidas termicamente.