CN103278414B - 热疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热疲劳试验机，包括试验机主机及其试样。试验机主机主要包括电机、传动齿轮、立柱、试样夹紧台、加热线圈、冷却水引接器、转动轴承、机身及各部分箱体；试样为薄壁空心圆柱。本发明结构合理，操作科学，效果明显，适合于在热疲劳试验领域推广应用。

Description

热疲劳试验机

技术领域

本发明涉及材料试验技术，特别涉及一种材料热疲劳试验机。

背景技术

当构件或材料经受温度变化(热循环)时，因其自由膨胀或收缩受到约束而产生循环应力或循环应变，最终导致龟裂而破坏的现象称为热疲劳。

热疲劳损伤广泛存在于高温设备、动力机械以及精密电子设备中，举例说明：(1)核电站在正常运行过程中，主管道的高温水与支管道的低温水混合时，支管道内流体边界层发生周期性的变化，致使支管道的温度周期变化，引起热疲劳损伤；(2) 近地球轨道飞行器绕地球飞行时，太阳能帆板遭受太阳光加热和地球阴影降温引起的温度循环，产生热应循环力，并在其表面形成热疲劳裂纹；(3) 大规模集成电路的周期性通断和环境温度的周期性变化使连接处(焊点)经受温度循环，并且焊点处各元件的热膨胀系数不同，焊点内部产生周期性的热应力，从而导致热疲劳裂纹在焊点中萌生、扩展，最终使电路失效；(4) 热作模具表面经常承受冷热交替的温度变化，表面易生成热疲劳裂纹，影响铸造零件的表面质量和尺寸精度，从而导致热作模具失效；(5) 炼钢的转炉采用间歇汽雾冷却，炉壳冷却部位经历加热—冷却的循环方式，使炉壳承受的热应力呈现交替变化，这样炉壳就会出现热疲劳损伤；(6) 热轧用的轧辊，在其一次旋转中咬入被扎制材料时，轧辊表面的温度上升，在材料拖出后轧辊温度又复下降，经历若干次加热—冷却循环后，轧辊表面受到热疲劳损伤产生龟裂和剥落；(7) 车用或船用大功率柴油机在启动—停车过程中遭受热疲劳损伤，气缸或气缸盖表面易产生热疲劳裂纹，破坏气缸的气密性；(8) 高速列车的制动盘在强烈的摩擦力的作用下不仅会发生摩擦磨损，还使其自身温度升高并产生热应力，列车每制动一次，制动盘就经受一次加热和冷却的循环，反复制动便使制动盘出现热疲劳裂纹，热疲劳裂纹扩展可使整个制动盘断裂，易造成恶性事故。

由于热疲劳现象的复杂性，试验技术在热疲劳的研究中一直占有重要地位。国内外学者都对此给予了高度重视，进行了大量研究，提出了各种热疲劳试验的装置及方法。热疲劳试验机的加热方式主要有红外线加热、电阻加热、流化床加热、感应加热等，其中感应加热由于具有加热速度快、效率高、便于控制等优点应用最为普遍。感应加热的突出问题是试样加热的均匀性较差，影响试验效果。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种热疲劳试验机，试样可以相对线圈匀速旋转，其目的是解决以往的感应加热的热疲劳试验机在试验过程中试样受热不均匀导致试验结果不理想的问题，优化热疲劳试验效果。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种热疲劳试验机，其特征在于：该试验机主要包括：电机、试样夹紧台、冷却水引接器、立柱、加热线圈、机身和上箱体；上箱体与机身之间通过立柱连接；冷却水引接器为上下两个，上方的冷却水引接器及电机设置在上箱体内，下方的冷却水引接器通过套环安装在立柱上；试样夹紧台也分为上下两个，上试样夹紧台与上方的冷却水引接器连接，上试样夹紧台上设置有动齿轮，动齿轮与电机的齿轮啮合；下试样夹紧台与下方的冷却水引接器连接；试样夹紧台的一端为用于卡住试样的开口端，该开口端通过试样夹紧台的内部空腔与冷却水引接器的进水腔连通。

加热线圈通过两端的扣环安装在立柱上，加热线圈位于上下两个试样夹紧台的开口端之间，试样被上下两个试样夹紧台夹紧时能够穿过该加热线圈。

冷却水引接器由箱体及端盖构成，箱体的一端供试样夹紧台穿过，另一端设置密封箱体的端盖，端盖上设置有管接头；试样夹紧台的一端为卡住试样的开口端，另一端伸进冷却水引接器，试样夹紧台伸进冷却水引接器的部分与冷却水引接器的箱体内壁之间通过推力轴承连接，推力轴承使用时使试样夹紧台自由转动，与推力轴承紧密靠近的设置有密封环和密封圈，密封圈安装在密封环上，紧靠密封圈设置有锁紧螺母，锁紧螺母设置在试样夹紧台上；推力轴承、密封环及锁紧螺母自试样夹紧台的开口端至另一端依次设置，密封环、密封圈、箱体及端盖形成进水腔。

在试样夹紧台的开口端设置有用于卡紧试样的法兰压板，该试样夹紧台的开口端为锥形凹面，锥形凹面上还设置有隔热密封圈。

加热线圈的内径要满足试样能在其中旋转。

下方冷却水引接器上的管接头为冷却水入水口，上方的冷却水引接器上的管接头为冷却水出水口。

下方的冷却水引接器的套环的上方设置有上调整螺母，套环的下方设置有下调整螺母，上下调整螺母将套环调整固定在立柱上。

优点及效果：本发明提供一种热疲劳试验机，包括试验机主机及其试样。试验机主机主要包括电机、传动齿轮、立柱、试样夹紧台、加热线圈、冷却水引接器、转动轴承、机身及各部分箱体；试样为薄壁空心圆柱。

本发明的有益效果：

(1)试样在试验过程中以一定速度旋转，使受热更加均匀。

(2)试样通过中心孔冷却，较外部喷水方式，冷却均匀且不溅水。

(3)下部的试样夹紧台为位置可调式，可以对试样施加一定的载荷。。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的冷却水引接器的结构图；

图3为法兰压板的俯视图；

图4为本发明试样的结构图；

图5为图4的A-A剖视图。

具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，为本发明的一种热疲劳试验机，该试验机主要包括：电机1、试样夹紧台4、冷却水引接器8、立柱3、加热线圈5、机身10和上箱体11；上箱体11与机身10之间通过立柱3连接；冷却水引接器分为上下两个，冷却水引接器8为上下两个，上方的冷却水引接器及电机1设置在上箱体11内，下方的冷却水引接器通过套环安装在立柱3上；试样夹紧台4也分为上下两个，上试样夹紧台与上方的冷却水引接器连接，上试样夹紧台上设置有动齿轮12，动齿轮12与电机1的齿轮2啮合；下试样夹紧台与下方的冷却水引接器连接；试样夹紧台的一端为用于卡住试样6的开口端，该开口端通过试样夹紧台的内部空腔与冷却水引接器的进水腔111连通。

加热线圈5通过两端的扣环安装在立柱3上，加热线圈5位于上下两个试样夹紧台的开口端之间，试样6被上下两个试样夹紧台夹紧时能够穿过该加热线圈5。

冷却水引接器8由箱体85及端盖86构成，箱体85的一端供试样夹紧台穿过，另一端设置密封箱体的端盖86，端盖86上设置有管接头87；试样夹紧台4的一端为卡住试样6的开口端，另一端伸进冷却水引接器8，试样夹紧台4伸进冷却水引接器8的部分与冷却水引接器的箱体内壁之间通过推力轴承81连接，推力轴承81可以使试样夹紧台4被动的自由转动，并承受由于试样热胀冷缩或其他原因的引起的拉力和推力；与推力轴承81紧密靠近的设置有密封环82和密封圈83，密封圈83安装在密封环82上，防止冷却水的泄漏，紧靠密封圈83设置有锁紧螺母84，锁紧螺母84设置在试样夹紧台上；推力轴承81、密封环82及锁紧螺母84自试样夹紧台的开口端至另一端依次设置，密封环82、密封圈83、箱体85及端盖86形成进水腔111。

在试样夹紧台4的开口端设置有用于卡紧试样6的法兰压板41，用以将试样固定在夹紧台上，该试样夹紧台4的开口端为锥形凹面，锥形凹面上还设置有隔热密封圈42，在利于试样定位的同时防止冷却水泄漏和热传递到夹紧台上。

加热线圈5的内径要满足试样6能在其中旋转。

下方冷却水引接器上的管接头A为冷却水入水口，上方的冷却水引接器上的管接头为冷却水出水口B。

下方的冷却水引接器的套环的上方设置有上调整螺母7，套环的下方设置有下调整螺母9，上下调整螺母将套环调整固定在立柱3上。

在利用本发明进行热疲劳试验前，将试样6如图1所示的穿过加热线圈5，试样6的两端为与试样夹紧台4的开口端接触面互相配合的锥形面, 试样6为图4所示的内部中空的结构，将试样6的上端夹紧压紧上试样夹紧台开口端的隔热密封垫圈42，将试样6的下端压紧下试样夹紧台开口端的隔热密封垫圈42，并用法兰压板41将试样6的上下两端夹紧，同时，使试样6的内部空腔与试样夹紧台4的内部空腔连通。

进行热疲劳试验时，先启动电机1，电机1通过动电机的齿轮2 和齿轮12带动试样夹紧台4旋转，试样夹紧台4带动试样6旋转，然后将加热线圈5通电加热到指定时间或温度后使加热线圈断电，同时热疲劳试样6由试样进水口A通入冷却水，冷却水通过下端试样夹紧台的内部空腔进入到试样6的内腔，再经试样6的内腔进入到上端试样夹紧台的内部空腔，然后经过上方的冷却水引接器的水腔及试样出水口B流出。当热疲劳试样6冷却到指定时间或温度后即可停止对试样冷却，如此反复循环直到热疲劳试验结束，断开电机1的电源，取下试样。

本发明结构合理，操作科学，效果明显，适合于在热疲劳试验领域推广应用。

Claims (5)

1.一种热疲劳试验机，其特征在于：该试验机主要包括：电机（1）、试样夹紧台（4）、冷却水引接器（8）、立柱（3）、加热线圈（5）、机身（10）和上箱体（11）；上箱体（11）与机身（10）之间通过立柱（3）连接；冷却水引接器（8）为上下两个，上方的冷却水引接器及电机（1）设置在上箱体（11）内，下方的冷却水引接器通过套环安装在立柱（3）上；试样夹紧台（4）也分为上下两个，上试样夹紧台与上方的冷却水引接器连接，上试样夹紧台上设置有动齿轮（12），动齿轮（12）与电机（1）的齿轮（2）啮合；下试样夹紧台与下方的冷却水引接器连接；试样夹紧台的一端为用于卡住试样（6）的开口端，该开口端通过试样夹紧台的内部空腔与冷却水引接器的进水腔（111）连通；

加热线圈（5）通过两端的扣环安装在立柱（3）上，加热线圈（5）位于上下两个试样夹紧台的开口端之间，试样（6）被上下两个试样夹紧台夹紧时能够穿过该加热线圈（5）；

冷却水引接器（8）由箱体（85）及端盖（86）构成，箱体（85）的一端供试样夹紧台穿过，另一端设置密封箱体的端盖（86），端盖（86）上设置有管接头（87）；试样夹紧台（4）的一端为卡住试样（6）的开口端，另一端伸进冷却水引接器（8），试样夹紧台（4）伸进冷却水引接器（8）的部分与冷却水引接器的箱体内壁之间通过推力轴承（81）连接，推力轴承（81）使用时使试样夹紧台（4）自由转动，与推力轴承（81）紧密靠近的设置有密封环（82）和密封圈（83），密封圈（83）安装在密封环（82）上，紧靠密封圈（83）设置有锁紧螺母（84），锁紧螺母（84）设置在试样夹紧台上；推力轴承（81）、密封环（82）及锁紧螺母（84）自试样夹紧台的开口端至另一端依次设置，密封环（82）、密封圈（83）、箱体（85）及端盖（86）形成进水腔（111）。

2.根据权利要求1所述的热疲劳试验机，其特征在于：在试样夹紧台（4）的开口端设置有用于卡紧试样（6）的法兰压板（41），该试样夹紧台（4）的开口端为锥形凹面，锥形凹面上还设置有隔热密封圈（42）。

3.根据权利要求1所述的热疲劳试验机，其特征在于：加热线圈（5）的内径要满足试样（6）能在其中旋转。

4.根据权利要求1所述的热疲劳试验机，其特征在于：下方冷却水引接器上的管接头为冷却水入水口，上方的冷却水引接器上的管接头为冷却水出水口。

5.根据权利要求1所述的热疲劳试验机，其特征在于：下方的冷却水引接器的套环的上方设置有上调整螺母（7），套环的下方设置有下调整螺母（9），上下调整螺母将套环调整固定在立柱（3）上。