RO127339A2 - Instalaţie şi metodă de testare la şoc termic rapid a materialelor - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o instalaţie de testare la şoc termic a materialelor, prin încălzirea şi răcirea rapidă a unei epruvete. Instalaţia conform invenţiei este alcătuită dintr-un sistem (A) de încălzire, format dintr-un cuptor (1) vertical, ce asigură încălzirea unei epruvete (2) la o temperatură maximă de 1700°C, printr-un orificiu de acces prevăzut la partea inferioară a cuptorului (1), ce mai este prevăzut cu două orificii pentru un termocuplu (4) de control şi măsură a temperaturii cuptorului (1), şi pentru un termocuplu (5) de control a încălzirii cuptorului (1), şi cu un al patrulea orificiu, pentru vizualizarea şi măsurarea temperaturii pe suprafaţa epruvetei (2), cu ajutorul unui pirometru (6), în condiţiile în care epruveta (2) este prevăzută cu un sistem (C) de prindere şi cu nişte sisteme (B şi D) de deplasare a epruvetei (2) pe verticală şi, respectiv, într-o zonă de răcire, unde este montat un sistem (E) de răcire cu gaze, format dintr-un compresor (21), nişte filtre deaer (22 şi 23), un robinet (24) acţionat electromagnetic, nişte traductoare (25, 26 şi 27) de temperatură, de presiune şi, respectiv, de debit, nişte duze (28) de răcire prevăzute cu o clemă (30) pivotantă, pentru reglarea poziţiei duzelor (28), şi dintr-un sistem (G) de comandă şi control, care, la rândul lui, este alcătuit dintr-un sistem de achiziţie date de la termocupluri (4 şi 5), pirometre(6, 15 şi 16), de la nişte controlere ale unor braţe (7, 10 şi 20) robot care intră în alcătuirea sistemelor (C, D şi E) de prindere şi de deplasare a epruvetei (2), şi de la traductoare (25, 26 şi 27), şi dintr-un sistem de comandă.

Description

Invenția se refera la o instalație de testare la soc termic a materialelor, prin incalzirea si racirea rapida a unei epruvete.

Se cunosc instalații de testare la soc termic a materialelor cu viteze de încălzire si răcire reduse, care permit efectuarea unui ciclu de încălzire răcire in intervale de ordinul minutelor ( 3’^; 5).(QUANTYM TECHNOLOGIES-http://www.qtw\\.com. Temptronic Corporation http://www.temptronic.com. Environ Laboratoires, LLC - Thermat Products

Solutions - \\ v\ w'.tenney.comj ΝΊΑ Instituto Nacional de Technica Aerospacial http:'.\\\\v\ .inla.es^,’cn/unidad.E5'/^J£’C.CO/?/^J -http://\y~ww.espec.co.ip/english/products/goods.''env/tscO 1 .html. Darwin Chambers Company - salcsiă;dai-winchambers.com).

Aceste instalații prezintă următoarele dezavantaje: masoara temperatura cu termocuple care au viteza mica de răspuns de ordinul 1-2 secunde fata de proces care se intimpla in fracțiuni de secunde, nu asigura un regim de încălzire si de răcire rapid, nu asigura reproductibilitatea măsurătorilor, nu asigura poziționarea precisa a epruvetei in zona de răcire si de încălzire, nu permite racirea din doua parti a epruvetei, nu asigura apropierea de condițiile reale de funcționare a unor subansamble din industrie care lucrează in condiții funcționale extreme.

Se mai cunosc instalații de testare la soc termic care sunt prevăzute cu un sistem cu troliu de deplasare a epruvetei din zona de răcire in cea de încălzire. Racirea se realizează cu un ventilator care sufla aer pe una din sprafetele epruvetei care se gaseste intr-o incinta. Firul de care este suspendata epruveta este cel de la termocuplu. Epruveta este sudata de termocuplu. Acest tip de instalații prezintă dezavantajele: epruveta se încălzește si se răcește încet in citeva minute, permite racirea doar in aer, poziționarea epruvetei in zona de răcire nu este precisa, viteza de răspuns a termocuplului este mica de ordinul 1-2 secunde in timp ce fenomenul se petrece in fracțiuni de secunda, se produc desprinderi ale epruvetei de termocuplu, nu se pot realiza lipituri pe materiale ceramice, lipitura introduce de fiecare data o rezistenta variabila care afecteaza acuratețea măsurării temperaturii.

cx-2 010-00752-2 Ο -08- 2010

Se mai cunosc instalații de testare la soc termic cu încălzire prin inducție.(LINN HIGH THERM GMBH-http://www.linn.de) Aceste instalații prezintă dezavantajul ca nu se pot testa materiale ceramice sau materiale acoperite cu produse ceramice, ceea ce le restringe domeniul de aplicare.

Invenția de fata, înlătură dezavantajele de mai sus, permite testarea materialelor metalice .ceramice, nemetalice, la soc termic in următoarele condiții:

încălzire si răcire rapida epruveta poziționarea precisa a epruvetei in incita de încălzire si răcire si asigurarea repetabilității poziționării cu precizie masurarea temperaturii epruvetei se efectuează cu pirometre de radiație cu timp de răspuns rapid asigura reproducerea condițiilor funcționale extreme a unor subansamble industriale Se da. in continuare, un exemplu de realizare a invenției in legătură cu fig. 1,2,3,4 si 5,care reprezintă:

-Fig. 1 .-Schema funcționala instalație soc termic cu epruveta in poziție începere încercări

-Fig.2.- Schema funcționala instalație soc termic cu epruveta introdusa in cuptor -Fig.3. - Schema funcționala instalație soc termic cu epruveta extrasa din cuptor -Fig.4.-Schema funcționala instalație soc termic cu epruveta in zona de răcire -Fig.5,- Schema funcționala de prindere epruveta

Instalația de testare la soc termic, conform invenției, prezentata in fig. 1,2,3,4 si 5, este compusa din:

(A) sistem de încălzire

Sistemul de încălzire (A) este format dintr-un cuptor electric vertical (1) care asigura încălzirea unei epruvete (2). Cuptorul electric vertical (1), care asigura o temperatura maxima de 1700°C este montat pe un batiu (3). Cuptorul electric vertical (1) este prevăzut la partea inferioara cu un orificiu de acces al epruvetei (2), pe lateral spate cu doua orificii pentru un termocuplu (4) de control si măsură a temperaturii cuptorului, si un termocuplu (5) de control al încălzirii cuptorului si un al patrulea orificiu lateral dreapta pentru vizualizare si masurarea variației temperaturii pe suprafața epruvetei (2). cu un pirometru (6).

(B) sistem de deplasare a epruvetei (2) pe verticala ί\-2 010-00752-2 Ο -08- 2010

Sistemul de deplasare a epruvetei (B), este format dintr-un braț robot vertical (7) care la partea superioara are montat un capac (8) din material refractar. In capacul din material refractar este poziționat un suport (9) al epruvetei experimentale (2).

(C) sistem de prindere al epruvetei (2)

Sistemul de prindere (C) al epruvetei (2) este format dintr-un braț robot orizontal (10) montat pe un suport (11). Brațul robot (10) actioneza niște pirghii (12.13.14 si 15) care formează un paralelogram articulat prin intermediul unei bucșe filetate (16). Pe pirghiile (14) si (15) ale paralelogramului articulat sunt montate doua tije culisante (17) prevăzute la capete cu cite o piesa de prindere (18) prevăzută cu crestaturi (a). Prin mișcarea înainte si înapoi a brațului robot (10) se actioneaza paralelogramul articulat (12,13,14 si 15) tijele culisante (17) si piesele de prindere (18) pivotează in jurul unui ax (19). fixind sau lasind libera epruveta (2) in crestaturile (a) (fig.5) ale pieselor de prindere (18).

(D) sistem de deplasare a epruvetei in zona de răcire

Sistemul de deplasare a epruvetei in zona de racire(D) este format dintr-un braț robot orizontal (20) pe care este montat sistemul de prindere al epruvetei (C).

(E) sistem de răcire cu gaze

Sistemul de răcire cu gaze (E) este format dintr-un compresor (21) care asigura o presiune de max.10 bari, niște filtre de aer (22), (23) , un robinet acționat electromagnetic (24), un traductor de temperatura (25), un traductor de presiune (26), un traductor de debit (27), niște duze de răcire (28), un suport (29) pentru duzele de răcire si o clema pivotanta (30) pentru reglare poziției duzelor de răcire (28).

(F) sistem de poziționare epruveta la începerea unui ciclu de încercări

Sistemul de poziționare epruveta la începerea unui ciclu de încercări (F) este format dintr-un suport reglabil (31) montat pe un braț pivotant (32), brațul pivotant (23) fiind fixat pe batiul (3).

(G) sistem de comanda si control

Sistemul de comanda si control este format dintr-un sistem de achiziție date de la: termocuple (4,5), pirometre cu radiații (6,15,16), niște controlere ale brațelor robot ( 7,10,20), traductor de temperatura (25), traductor de presiune (26), traductor de debit (27) si un sistem de comanda format din brațe robot (7.10.20), robinet electromagnetic (24), traductor de temperatura (25) , traductor de presiune (26). traductor de debit (27).

<*1 0 1 0 - 0 07 52 - 2 0 -08- 2010

Metoda consta in următorii pași:

Epruveta (2), se poziționează pe suportul (31) si se seteaza sistemul pe mod de răcire cu gaze (aer,N2, Ar,etc.).(fig.l.)

Se stabilesc parametrii de încercare si se face verificarea funcționala separata apoi se pornește sistemul de încălzire (A) al cuptorului si se reglează temperatura de încercare.

Se apasa un buton de pornire, care actioneaza sistemul de prindere (C) al epruvetei (2) in poziția cu epruveta in poziție de începere încercări (fig.l).

Se pornește sistemul de achiziție date.

Se pornește compresorul ( 21) al sistemului de răcire cu gaze (E).

La atingerea temperaturii reglate a cuptorului electric vertical (1) .brațul robot ( 7) vertical se deplasează din poziția maxima in interiorul cuptorului (fig.l), respectiv cind cuptorul este închis cu capacul (8) pe care se afla suportul (9) al epruvetei in poziția de preluare a epruvetei (fig.3.), unde se oprește.

In continuare brațul robot (20) orizontal de poziționare se deplasează pina cind epruveta (2) este deasupra suportului (9).

Brațul robot ( 7) vertical se deplasează in sus pe verticala pina ce epruveta (2) se aseaza in decuparea (b) practicata in suportul (9) al epruvetei.

Brațul robot (10) orizontal de fixare actioneaza prin intermediul bucșei filetate (16) sistemul de pirghii 12,13,14 si 15, prin deplasarea s-a orizontala, astfel incit tijele culisante (17) pivotează in jurul axului (19) si epruveta se eliberează din crestaturile (a) ale pieselor de prindere (18) si se aseaza pe suportul (9).

Ansamblul format din sistemul de prindere epruveta (C) se deplasează cu ajutorul sistemului de deplasare a epruvetei pe orizontala (D) prin intermediul brațului robot (20) orizontal de poziționare in zona de răcire (fig.4.)

Brațul robot ( 7) vertical împreuna cu epruveta (2), capacul (8) si suportul (9) se deplasează pe verticala inchizind gura de acces a cuptorului. Suportul (9) al epruvetei este montat pe capacul (8) .

Pirometru (6) cu radiații începe sa înregistreze viteza de variație a încălzirii epruvetei (2).

Termocuplele (4 si 5) trimit semnale la sistemul de achiziție date.

La atingerea temperaturii de experimentare pe suprafața epruvetei (2) stabilita inițial, brațul robot (7) vertical se deplasează de sus in jos pe verticala din poziția superioara intr-o poziție intermediara (fig.3) in afara cuptorului in dreptul zonei de intrare in «-2010-00752-2 0 -08- 2010

acțiune al pirometrelor (15 si 16) de înregistrare a variației vitezei de răcire a epruvetei (2).

Brațul robot (20 ) orizontal se deplasează in poziția de preluare a epruvetei .Cind brațul robot (20) orizontal a ajuns in poziția maxima dreapta, este acționat sistemul (C) de prindere al epruvetei (2).

Brațul robot (7 ) vertical se deplasează pe vertical in jos cu o distanta suficienta ca marginea inferioara a epruvetei sa nu lovească suportul (9).

Brațul robot (20 ) orizontal se deplasează in zona de răcire (fig.4.) unde începe procesul de răcire prin doua duze (28) așezate lateral fata de epruveta (2). Cele doua duze (28) pot funcționa independent sau simultan si se poate regla poziția acestora pe verticala, pe orizontala si unghiul de incidența dintre jetul de gaz si suprafețele sau una din suprafețele laterale ale epruvetei funcție de intensitatea regimului de răcire.

Imediat ce brațul robot (20 ) orizontal s-a deplasat de la dreapta la stingă, brațul robot ( 7) vertical se deplaseza pe verticala in sus si se realizează închiderea cuptorului cu capacul(8).

Epruveta (2) se vizualizează pentru detectarea eventualelor fisuri,exfolieri.degradări. In caz ca se constata asa ceva,se oprește experimentul , se extrage epruveta din instalație si se fac investigații de microscopie optica,electronica,difracție,etc. ,precum si teste specifice de conductivitate,difuzivitate, dilatare, etc.

Daca nu se constata nici o degradare a suprafeței epruvetei (2 ) ciclul de testări se reia in momentul cind cuptorul electric vertical (I ) atinge temperatura programata. După terminarea numărului de cicluri la care a fost reglat sistemul epruveta (2) este extrasa din instalație si după investigare vizuala, prelevare eșantioane pentru investigații si teste specifice se reîncepe un nou ciclu de încercări la o temperatura mai ridicata stabilita in prealabil in funcție de tipul de material si modul de solicitare al piesei reale.

Claims (4)

1. Instalație si metoda de testare la soc termic a materialelor, prevăzută cu sistem de încălzire (A ), un sistem de introducere a epruvetei pe verticala in cuptor (B), un sistem de prindere (C ) al epruvetei, un sistem de deplasare (D ) a epruvetei in zona de răcire, un sistem de răcire cu gaze (E ), un sistem de poziționare a epruvetei (F) si un sistem de comanda si control ( G) .caracterizata prin aceea ca sistemul de răcire (E) este format din doua duze ( 28 ), un sistem de poziționare a acestora prin pivotare format dintr-un suport (29) si doua cleme pivotante (30), pentru racirea epruvetei pe o parte si/sau pe doua parti la unghiuri de incidența reglabile ale jetului de răcire.

2. Instalație si metoda de testare la soc termic a materialelor.conform revendicării 1 , caracterizata prin aceea ca sistemul de transport este format dintr-un braț robot vertical (7 ) care deplasează epruveta din poziția introdusa in cuptor in poziția extrasa din cuptor de unde este preluata de un sistem de prindere (C) si apoi deplasata cu un braț robot (20 ) pe orizontala pina in zona de răcire.

3. Instalație si metoda de testare la soc termic a materialelor conform revendicării 1 .caracterizata prin aceea ca sistemul de comanda si control (G) prin intermediul pirometrului cu radiații (6) masoara variația temperaturii pe suprafața epruvetei (2) introdusa in cuptor, pe timpul încălzirii, din momentul ajungerii acesteia in poziția introdusa in cuptor (fig.2) pina la atingerea temperaturii reglate pentru testare.

4. Instalație si metoda de testare la soc termic a materialelor conform revendicării 1 .caracterizata prin aceea ca sistemul de conmanda si control (G) prin intermediul a doua pirometre cu radiații (15 si 16). vizualizează variația temperaturii pe suuprafata epruvetei epruvetei in mișcare pe parcursul răcirii, din momentul extragerii din cuptor si pina la atingerea temperaturii reglate de răcire.