CN111385932A - 用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈及加热装置 - Google Patents

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郭楠
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Abstract

本发明公开了用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈，包括导电加热线材，所述导电加热线材的中部绕同一中心卷绕若干圈，构成线圈本体的头部，所述导电加热线材的两端分别向与所述头部端面垂直的方向延伸，构成线圈本体的尾部，所述头部的端面呈正方形，所述尾部呈杆状，并且所述头部的圈与圈之间具有间隙，所述头部的最外圈边长大于所需进行拉伸试验的十字金属板中心区域的边长。本发明的电磁感应加热线圈及加热装置能够对十字金属板的中心区域进行局部精准加热，有效的防止了十字金属板失效的现象。

Description

用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈及加热装置
技术领域
本发明涉及金属薄板材料的力学性能测试领域，特别涉及用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈及加热装置。
背景技术
双向拉伸试验常用于获取金属薄板材料的屈服轨迹，为了确保获得准确的屈服轨迹，试验过程中十字形双向拉伸金属薄板试件中心区域应该保持均匀的恒定温度，从而避免不同温度下金属板料不同的力学性能对结果造成的影响。目前在双向拉伸试验中，通常采用恒温箱来对金属薄板试件进行加热，其在加热时容易造成金属薄板试件的夹持端温度过高，造成试件失效。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈及加热装置，该用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈及加热装置能够对十字金属板的中心区域进行局部精准加热，有效的防止了十字金属板失效的现象。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈，包括导电加热线材，所述导电加热线材的中部绕同一中心卷绕若干圈，构成线圈本体的头部，所述导电加热线材的两端分别向与所述头部端面垂直的方向延伸，构成线圈本体的尾部，所述头部的端面呈正方形，所述尾部呈杆状，并且所述头部的圈与圈之间具有间隙，所述头部的最外圈边长大于所需进行拉伸试验的十字金属板中心区域的边长。
可选的，所述导电加热线材的截面呈正方形。
可选的，所述线圈本体的头部的截面边长为50～65mm，所述十字金属板中心区域的边长为45mm。
可选的，所述间隙的大小为2～5mm，并且所述导电加热线材的截面边长为4～8mm。
本发明还提供了一种加热装置，包括支架、导向件以及上述电磁感应加热线圈，所述线圈本体通过所述导向件安装在所述支架上，所述线圈本体通过导线与加热装置的电源***连接。
可选的，所述支架包括立杆及横梁，所述横梁固定安装在所述立杆上，并且所述横梁上固定安装有固定座，所述导向件通过固定座安装在所述支架上。
可选的，所述支架还包括垂直调节机构以及水平调节机构，垂直调节机构安装在固定座上，所述水平调节机构安装在所述垂直调节机构上，所述导向件安装在所述水平调节机构上。
可选的，所述导向件包括导向套筒，所述线圈本体的尾部穿过所述导向套筒并固定，所述线圈本体的中心与所述导向套筒的轴线重合。
可选的，所述线圈本体与所述十字金属板之间的间距为14mm。
可选的，所述十字金属板的夹持端还连接有冷却装置。
本发明的电磁感应加热线圈及加热装置在对十字金属板加热时，能够依靠高频交变电流感应的高频交变磁场在工件中产生涡流的机理来实现工件的迅速发热，可以实现仅对十字金属板的中心区域进行局部加热，从而有效的防止十字金属板的夹持端温度过高，避免造成试件失效的现象。
附图说明
图1是本发明的线圈本体的主视图；
图2是本发明的线圈本体的后视图；
图3是本发明的线圈本体的右视图；
图4是本发明的加热装置的结构简图；
图5是本发明的支架的结构示意图；
图6是图5的A-A剖视图；
图7是本发明的导向套筒的结构示意图；
图8是本发明的导向套筒与线圈本体的连接示意图；
图9是本发明的冷却块的结构示意图；
图10是本发明的十字金属板的结构示意图；
图11是本发明在的加热装置不同距离下十字金属板中心区域温度的分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对实施例的描述，对本发明做进一步说明。
如图1～3所示，本发明公开了用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈，包括导电加热线材，导电加热线材的中部绕同一中心卷绕若干圈，构成线圈本体1的头部101，导电加热线材的两端分别向与头部101加热端面垂直的方向延伸，构成线圈本体1的尾部102，构成线圈本体1的尾部102的导电加热线材两端位于头部101的同一侧，以便于与加热装置的电源***8连接，在将线圈本体1与电源***8连接时，作为线圈本体1的尾部102的导电加热线材的两端分别与导线连接，再与电源***8连接。
如图1、3所示，本实施例中，线圈本体1的头部101的加热端面呈正方形，尾部102呈杆状，并且头部101的圈与圈之间具有间隙，该间隙大小可例如为2～5mm，以利于提高线圈本体1的头部101对十字金属板2的热辐射，从而提高了线圈本体1对十字金属板2的加热效率。本实施例中，在选择导电加热线材时，导电加热线材的截面可例如为正方形，其截面边长可例如为4～8mm，导电加热线材使用可例如为黄铜或其他金属材料。
本实施例中，为了提高线圈本体1对十字金属板2中心区域的加热速度，可使线圈本体1的头部101的最外圈长度大于所需进行拉伸试验的十字金属板2中心区域的边长，例如在本实施例中，十字金属板2的中心区域的边长可例如为45mm，线圈本体1的头部101的加热端面边长可例如为50～65mm。
本实施例中，在对十字金属板2的中心区域进行加热至目标温度150℃时，在相同的距离条件下，本实施例中线圈本体1的头部101与十字金属板2的距离可例如为14mm，当线圈本体1的头部101的加热端面边长为50mm时，线圈本体1将十字金属板2的中心区域加热至150℃，需要260秒，而当线圈本体1的头部101的加热端面边长为60mm时，线圈本体1将十字金属板2的中心区域加热至150℃，仅需要30秒。由于线圈本体1产生的感应磁场的分布与线圈本体1的头部101的形状相似，因此由感应磁场产生的涡流的分布也与线圈本体1的头部101的形状有关，线圈本体1的头部101激发的涡流的分布与十字金属板2中心区域的形状相似，因此提高了加热效果，而且本实施例中的线圈本体1的头部101的加热端面随着自身的尺寸增大，激发的涡流的强度也随之增大，产生的焦耳热也就越多，加热时间就会随之减少。但是线圈本体1的头部101的加热端面尺寸并不能无限增大，当线圈本体1的头部101的加热端面能够保证完全覆盖十字金属板2的中心区域后，再随着线圈本体1的头部101的加热端面尺寸的增加，会导致十字金属板2的夹持端温度升高，不利于实验。
本发明的用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈，在双向拉伸试验时，能够有效使十字形金属板2的中心区域达到均匀稳定的目标温度，从而获取目标温度下十字形金属板2的屈服轨迹。
如图4所示，将本发明的电磁感应加热线圈安装在加热装置上时，通过支架3以及导向件4(参见图5)将线圈本体1固定安装。其中，线圈本体1通过导向件4安装在支架3上，线圈本体1通过导线与加热装置的电源***8连接。需要说明的是，图4仅示意性展示各部分的相对连接关系，不代表各部分的实际结构。
本实施例中，如图5所示，支架3包括立杆301及横梁302，横梁302固定安装在立杆301上，并且横梁302上固定安装有固定座304，导向件4通过固定座304安装在支架3上。通过移动支架3，使线圈本体1的头部101接近十字金属板2的中心区域。
如图5、6所示，本实施例中的支架3还包括垂直调节机构305以及水平调节机构303，垂直调节机构305固定安装在固定座304上，例如包括竖直设置的丝杆和与丝杆螺纹配合的第一滑座306，水平调节机构303例如包括水平安装在第一滑座306上的丝杆和与该丝杆螺纹配合的第二滑块307。水平调节机构303及垂直调节机构305互相垂直，而导向件4安装在第二滑座307上，通过水平调节机构303驱动导向件4在水平方向上移动，通过垂直调节机构305驱动导向件4在竖直方向上移动，从而使导向件4在支架3上能够形成二维坐标系的移动，保证了线圈本体1的头部101与十字金属板2之间的位置关系能够实现精准的调整。
如图7、8所示，本实施例中，导向件4包括导向套筒，线圈本体1的尾部102安装在导向套筒内，并且线圈本体1的中心与导向套筒的轴线重合，导向套筒与线圈本体1的尾部102之间以及穿出导向套筒的尾部102之间及***均可设有绝缘层11，并且线圈本体1的尾部102与导向套筒之间设有填充件(例如填充棉)，用以支撑线圈本体1的尾部102。
本实施例中，十字金属板2的夹持端还连接有冷却块5，冷却块5可采用例如导热金属材料制成，冷却块5通过导管6与加热装置的冷却水箱7连接，通过冷却水箱7的循环供应冷却水，对十字金属板2的夹持端进行降温，能够有效的防止十字金属板2的夹持端升温。具体的，如图9所示，冷却块5的中心具有两端对穿的进水孔501以及出水孔502，进水孔501以及出水孔502分别通过导管6与冷却水箱7连接。在本实施例中，在同一冷却管路中，设置两个冷却块5，以便于对十字金属板2的夹持端的两侧同时降温，在同一冷却管路中的两个冷却块5通过导管6串联。
另外，本实施例中，在十字金属板2的中心区域还安装有热电偶9，以便于对十字金属板2的中心温度随时采集，热电偶9通过热电偶变送器10与电源***8连接，同时本实施例的电源***8采用闭环控制***，当热电偶变送器10向电源***8输出电压信号时，电源***8判断电压值是否超出预设值，如果超出，则降低输出功率，实现十字金属板2温度下降，如果电压值低于预设，保持输出功率，实现十字金属板2温度升高。
在试验时，本实施例选取几个特定距离进行试验：在具体的试验中，试验参数如表1所示。
表1
Figure BDA0001929836680000041
Figure BDA0001929836680000051
实验结果如图11所示。
十字金属板2的中心区域的四个顶点位于试件边界，容易与空气进行热交换从而更难加热至目标温度，所以取中心区域对角线方向来判定温度场分布是否均匀。
随着线圈本体1和十字金属板2之间的距离增加，十字金属板2上的温度场分布越均匀，十字金属板2边角上的温度越来越高。当线圈本体1与十字金属板2间的距离为14mm时，十字金属板2中心区域最高温度为152℃，最低温度为145℃，与目标温度150℃的差值为3.3％，此时可以认为十字金属板2中心区域的温度分布已经达到试验要求。
本发明的电磁感应加热线圈及加热装置在对十字金属板2加热时，能够依靠高频交变电流感应的高频交变磁场在工件中产生涡流的机理来实现工件的迅速发热，可以实现仅对十字金属板2的中心区域进行局部加热，从而有效的防止十字金属板2的夹持端温度过高，避免造成试件失效的现象。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈，其特征在于，包括导电加热线材，所述导电加热线材的中部绕同一中心卷绕若干圈，构成线圈本体的头部，所述导电加热线材的两端分别向与所述头部端面垂直的方向延伸，构成线圈本体的尾部，所述头部的端面呈正方形，所述尾部呈杆状，并且所述头部的圈与圈之间具有间隙，所述头部的最外圈边长大于所需进行拉伸试验的十字金属板中心区域的边长。
2.根据权利要求1所述的用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈，其特征在于，所述导电加热线材的截面呈正方形。
3.根据权利要求1所述的用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈，其特征在于，所述线圈本体的头部的截面边长为50～65mm，所述十字金属板中心区域的边长为45mm。
4.根据权利要求1所述的用于等温双向拉伸试验的电磁感应加热线圈，其特征在于，所述间隙的大小为2～5mm，并且所述导电加热线材的截面边长为4～8mm。
5.一种加热装置，其特征在于，包括支架、导向件以及如权利要求1～4任一项所述电磁感应加热线圈，所述线圈本体通过所述导向件安装在所述支架上，所述线圈本体通过导线与加热装置的电源***连接。
6.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述支架包括立杆及横梁，所述横梁固定安装在所述立杆上，并且所述横梁上固定安装有固定座，所述导向件通过固定座安装在所述支架上。
7.根据权利要求6所述的加热装置，其特征在于，所述支架还包括垂直调节机构以及水平调节机构，垂直调节机构安装在固定座上，所述水平调节机构安装在所述垂直调节机构上，所述导向件安装在所述水平调节机构上。
8.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述导向件包括导向套筒，所述线圈本体的尾部穿过所述导向套筒并固定，所述线圈本体的中心与所述导向套筒的轴线重合。
9.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述线圈本体与所述十字金属板之间的间距为14mm。
10.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述十字金属板的夹持端还连接有冷却装置。
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