專利名稱：熱疲勞試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及材料試驗(yàn)技術(shù)，特別涉及一種材料熱疲勞試驗(yàn)機(jī)。
背景技術(shù)：
當(dāng)構(gòu)件或材料經(jīng)受溫度變化(熱循環(huán))時(shí)，因其自由膨脹或收縮受到約束而產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變，最終導(dǎo)致龜裂而破壞的現(xiàn)象稱為熱疲勞。熱疲勞損傷廣泛存在于高溫設(shè)備、動(dòng)力機(jī)械以及精密電子設(shè)備中，舉例說明(1)核電站在正常運(yùn)行過程中，主管道的高溫水與支管道的低溫水混合時(shí)，支管道內(nèi)流體邊界層發(fā)生周期性的變化，致使支管道的溫度周期變化，引起熱疲勞損傷；(2)近地球軌道飛行器繞地球飛行時(shí)，太陽能帆板遭受太陽光加熱和地球陰影降溫引起的溫度循環(huán)，產(chǎn)生熱應(yīng)循環(huán)力，并在其表面形成熱疲勞裂紋；(3)大規(guī)模集成電路的周期性通斷和環(huán)境溫度的周期性變化使連接處(焊點(diǎn))經(jīng)受溫度循環(huán)，并且焊點(diǎn)處各元件的熱膨脹系數(shù)不同，焊點(diǎn)內(nèi)部產(chǎn)生周期性的熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致熱疲勞裂紋在焊點(diǎn)中萌生、擴(kuò)展，最終使電路失效；(4)熱作模具表面經(jīng)常承受冷熱交替的溫度變化，表面易生成熱疲勞裂紋，影響鑄造零件的表面質(zhì)量和尺寸精度，從而導(dǎo)致熱作模具失效；(5)煉鋼的轉(zhuǎn)爐采用間歇汽霧冷卻，爐殼冷卻部位經(jīng)歷加熱一冷卻的循環(huán)方式，使?fàn)t殼承受的熱應(yīng)力呈現(xiàn)交替變化，這樣爐殼就會(huì)出現(xiàn)熱疲勞損傷；(6)熱軋用的軋輥，在其一次旋轉(zhuǎn)中咬入被扎制材料時(shí)，軋輥表面的溫度上升，在材料拖出后軋輥溫度又復(fù)下降，經(jīng)歷若干次加熱一冷卻循環(huán)后，軋輥表面受到熱疲勞損傷產(chǎn)生龜裂和剝落；(7)車用或船用大功率柴油機(jī)在啟動(dòng)一停車過程中遭受熱疲勞損傷，氣缸或氣缸蓋表面易產(chǎn)生熱疲勞裂紋，破壞氣缸的氣密性；(8)高速列車的制動(dòng)盤在強(qiáng)烈的摩擦力的作用下不僅會(huì)發(fā)生摩擦磨損，還使其自身溫度升高并產(chǎn)生熱應(yīng)力，列車每制動(dòng)一次，制動(dòng)盤就經(jīng)受一次加熱和冷卻的循環(huán)，反復(fù)制動(dòng)便使制動(dòng)盤出現(xiàn)熱疲勞裂紋，熱疲勞裂紋擴(kuò)展可使整個(gè)制動(dòng)盤斷裂，易造成惡性事故。由于熱疲勞現(xiàn)象的復(fù)雜性，試驗(yàn)技術(shù)在熱疲勞的研究中一直占有重要地位。國(guó)內(nèi)外學(xué)者都對(duì)此給予了高度重視，進(jìn)行了大量研究，提出了各種熱疲勞試驗(yàn)的裝置及方法。在以往的熱疲勞試驗(yàn)方法中，熱疲勞試樣處于無約束的自由狀態(tài)，加熱和冷卻時(shí)內(nèi)外溫度差產(chǎn)生熱應(yīng)力，該熱應(yīng)力的數(shù)值無法計(jì)算也很難測(cè)量。比如，中國(guó)專利CN201110304436中所使用的熱疲勞試驗(yàn)方法中，熱疲勞試樣處于無約束的自由狀態(tài)，加熱和冷卻時(shí)內(nèi)外溫度差產(chǎn)生熱應(yīng)力，該熱應(yīng)力的數(shù)值無法計(jì)算也很難測(cè)量，這種試驗(yàn)方法無法建立熱應(yīng)力與熱疲勞壽命之間的關(guān)系。在研究材料熱疲勞壽命時(shí)需要建立熱應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)和壽命之間的關(guān)系，首先要求熱應(yīng)力是已知的或者是可以計(jì)算得到的，再者就是要求熱應(yīng)力越是接近純拉伸或壓縮越好，也就是要求試樣的內(nèi)外溫度差越小越好。顯然，目前的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)還不能達(dá)到以上兩點(diǎn)要求。
發(fā)明內(nèi)容[0006]實(shí)用新型目的本實(shí)用新型提供了一種熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其目的是解決以往的熱疲勞試驗(yàn)效果不理想的問題。技術(shù)方案本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于該試驗(yàn)機(jī)包括支座及熱疲勞試樣；支座為上下帶有法蘭的支柱結(jié)構(gòu)，在支座的中心設(shè)置有支座冷卻水道，熱疲勞試樣的上部卡在支座的上法蘭處和下部卡在下法蘭處，在熱疲勞試樣的外壁上纏繞有感應(yīng)加熱線圈。熱疲勞試樣為帶有中心孔的薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，該中心孔為試樣冷卻水道。熱疲勞試樣為兩端帶有外螺紋的結(jié)構(gòu)，在熱疲勞試樣的下端設(shè)置有用于卡在支座的下法蘭上端的凸臺(tái)。熱疲勞試樣沿支座上下法蘭的圓周方向設(shè)置多個(gè)。在支座的上法蘭和下法蘭上均設(shè)置有多個(gè)“U”形豁口，上法蘭上的豁口與下法蘭上的豁口一一對(duì)應(yīng)。試樣冷卻水道的下端為試樣進(jìn)水口，試樣冷卻水道的上端為試樣出水口。支座冷卻水道的上端為出水口，下端為進(jìn)水口。熱疲勞試樣的上部通過上端鎖緊雙螺母和調(diào)整螺母固定在支座的上法蘭處，熱疲勞試樣的下部通過下端鎖緊雙螺母固定在支座的下法蘭處。在上端鎖緊雙螺母和調(diào)整螺母與支座上法蘭之間均設(shè)置有隔熱墊片，在下端鎖緊雙螺母與支座的下法蘭之間設(shè)置有隔熱墊片，在凸臺(tái)與支座的下法蘭之間也設(shè)置有隔熱墊片。優(yōu)點(diǎn)及效果本實(shí)用新型提供一種熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)包括支座及熱疲勞試樣；支座為上下法蘭式的結(jié)構(gòu)，在支座的中心設(shè)置有支座冷卻水道，熱疲勞試樣的上部卡在支座的上法蘭處和下部卡在下法蘭處，在熱疲勞試樣的外壁上纏繞有感應(yīng)加熱線圈。本實(shí)用新型的圓柱形支座中心有冷卻水道防止支座受熱變形，上下法蘭式結(jié)構(gòu)可同時(shí)固定多個(gè)熱疲勞試樣。熱疲勞試樣為空心薄壁圓柱，外部設(shè)有感應(yīng)加熱線圈用于加熱，中心孔的冷卻水道內(nèi)可通入冷卻水冷卻。試樣與支座之間設(shè)有隔熱墊片，防止支座熱變形。本實(shí)用新型的有益效果是(I)薄壁空心試樣加熱和冷卻速度快，內(nèi)外溫度差小，熱應(yīng)力為單向拉伸或單向壓縮，熱應(yīng)力的數(shù)值容易計(jì)算。(2)支座冷卻效果好，不易產(chǎn)生熱變形。(3)試樣通過中心孔冷卻，較外部噴水方式，冷卻均勻且不濺水。(4)可同時(shí)對(duì)多個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，提高效率。


圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為支座結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的俯視圖；圖4是熱疲勞試樣結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)包括支座I及熱疲勞試樣2 ;支座I為上下帶有法蘭的支柱結(jié)構(gòu)，支座I的主體呈圓柱形，在支座I的中心設(shè)置有支座冷卻水道16，熱疲勞試樣2的上部卡在支座I的上法蘭處和下部卡在下法蘭處，在熱疲勞試樣2的外壁上纏繞有感應(yīng)加熱線圈3。如圖4所示，熱疲勞試樣2為帶有中心孔的薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，該中心孔為試樣冷卻水道14。熱疲勞試樣2為兩端帶有外螺紋的結(jié)構(gòu)，在熱疲勞試樣2的下端設(shè)置有用于卡在支座I的下法蘭上端的凸臺(tái)9。熱疲勞試樣2沿支座I上下法蘭的圓周方向設(shè)置多個(gè)。如圖3所示，在支座I的上法蘭和下法蘭上均設(shè)置有多個(gè)“U”形豁口，上法蘭上的豁口與下法蘭上的豁口 一一對(duì)應(yīng)。熱疲勞試樣2可從U豁口推入試樣冷卻水道14的下端為試樣進(jìn)水口 12，試樣冷卻水道14的上端為試樣出水口13。支座冷卻水道16的上端為出水口 11，下端為進(jìn)水口 10。冷卻水自下而上冷卻支座1，防止支座I產(chǎn)生熱變形，熱疲勞試樣2的上部通過上端鎖緊雙螺母8和調(diào)整螺母7固定在支座I的上法蘭處，熱疲勞試樣2的下部通過下端鎖緊雙螺母5固定在支座I的下法蘭處。在上端鎖緊雙螺母8和調(diào)整螺母7與支座I上法蘭之間均設(shè)置有隔熱墊片6，在下端鎖緊雙螺母5與支座I的下法蘭之間設(shè)置有隔熱墊片6，在凸臺(tái)9與支座I的下法蘭之間也設(shè)置有隔熱墊片6。進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)前，先將感應(yīng)加熱線圈3套在熱疲勞試樣2外面，然后將熱疲勞試樣2兩端完全固定在支座I上下端鎖緊雙螺母5和凸臺(tái)9約束熱疲勞試樣2的下端，上端鎖緊雙螺母8和調(diào)整螺母7約束熱疲勞試樣2的上端，熱疲勞試樣2與支座結(jié)合處布置隔熱墊片。進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)時(shí)，首先給支座I的支座冷卻水道16內(nèi)由下到上通入冷卻水，然后線圈通電加熱到指定時(shí)間或溫度后線圈斷電，同時(shí)熱疲勞試樣2通入由試樣進(jìn)水口 12通入冷卻水，冷卻水由試樣出水口 13流出，當(dāng)熱疲勞試樣2冷卻到指定時(shí)間或溫度后停止對(duì)試樣冷卻，如此反復(fù)循環(huán)直到熱疲勞試驗(yàn)結(jié)束，取下熱疲勞試樣2后方可停止支座I的冷卻水。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，操作科學(xué)，效果明顯，適合于在熱疲勞試驗(yàn)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:該試驗(yàn)機(jī)包括支座(I)及熱疲勞試樣(2);支座(1)為上下帶有法蘭的支柱結(jié)構(gòu)，在支座(I)的中心設(shè)置有支座冷卻水道(16)，熱疲勞試樣(2)的上部卡在支座(I)的上法蘭處和下部卡在下法蘭處，在熱疲勞試樣(2)的外壁上纏繞有感應(yīng)加熱線圈(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:熱疲勞試樣(2)為帶有中心孔的薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，該中心孔為試樣冷卻水道(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:熱疲勞試樣(2)為兩端帶有外螺紋的結(jié)構(gòu)，在熱疲勞試樣(2)的下端設(shè)置有用于卡在支座(I)的下法蘭上端的凸臺(tái)(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:熱疲勞試樣(2)沿支座(I)上下法蘭的圓周方向設(shè)置多個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:在支座(I)的上法蘭和下法蘭上均設(shè)置有多個(gè)“U”形豁口，上法蘭上的豁口與下法蘭上的豁口一一對(duì)應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:試樣冷卻水道(14)的下端為試樣進(jìn)水口( 12 )，試樣冷卻水道(14 )的上端為試樣出水口( 13 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:支座冷卻水道(16)的上端為出水口(11)，下端為進(jìn)水口(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:熱疲勞試樣(2)的上部通過上端鎖緊雙螺母(8)和調(diào)整 螺母(7)固定在支座(I)的上法蘭處，熱疲勞試樣(2)的下部通過下端鎖緊雙螺母(5)固定在支座(I)的下法蘭處。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:在上端鎖緊雙螺母(8)和調(diào)整螺母(7)與支座(I)上法蘭之間均設(shè)置有隔熱墊片(6)，在下端鎖緊雙螺母(5)與支座(I)的下法蘭之間設(shè)置有隔熱墊片(6)，在凸臺(tái)(9)與支座(I)的下法蘭之間也設(shè)置有隔熱墊片(6)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于該試驗(yàn)機(jī)包括支座及熱疲勞試樣；支座為上下帶有法蘭的支柱結(jié)構(gòu)，在支座的中心設(shè)置有支座冷卻水道，熱疲勞試樣的上部卡在支座的上法蘭處和下部卡在下法蘭處，在熱疲勞試樣的外壁上纏繞有感應(yīng)加熱線圈。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，操作科學(xué)，效果明顯，適合于在熱疲勞試驗(yàn)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N25/00GK202916220SQ20122062442
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者閆明, 朱相軍, 王明明, 李鳴, 金昊, 劉棟, 鄒斌 申請(qǐng)人:沈陽工業(yè)大學(xué)