CN203572731U - 非传动式简易热疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非传动式简易热疲劳试验机，包括加热装置、冷却装置、用于测量试样温度的温度测量装置和控制装置，所述加热装置为电炉，所述电炉包括炉体和位于炉体内的加热器，所述炉体内还设置有用于放置试样的试样架，所述冷却装置包括冷却水管和排水管，所述冷却水管从炉体的上部伸入炉体内，所述排水管设置在炉体的下部，所述温度测量装置连接到控制装置上。本实用新型将试样固定在加热装置中，通过冷却装置通冷却水对试样进行冷却，完成整个冷热循环过程，可以避免试样在加热装置和冷却装置中来回移动，从而避免了试样在移动过程中的机械问题，并能简化热疲劳试验机的结构、降低设备成本。

Description

非传动式简易热疲劳试验机

技术领域

本实用新型涉及材料热疲劳试验装置，尤其涉及一种非传动式简易热疲劳试验机。

背景技术

在冷热交替变化环境中，材料由于受到多次热应力而容易产生疲劳裂纹，造成许多部件的失效。如核电站波动管在升降温过程中，稳压器内冷却剂与主管道冷却剂中存在一定的温差，当两流体混合时，由于冷热流体混合不完全而在波动管处形成热分层，使得波动管在截面处温度分布不均匀，引起管壁温度分层，从而在管道截面产生整体弯曲应力和局部热应力，其热应力的增加可能超过疲劳极限。因此，开展相关材料的热疲劳性能研究是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于提供一种专用于冷热循环***中的非传动式简易热疲劳试验机，其将试样固定在加热装置中，通过冷却装置通冷却水对试样进行冷却，完成整个冷热循环过程，可以避免试样在加热装置和冷却装置中来回移动，从而避免了试样在移动过程中产生机械问题，并能简化热疲劳试验机的结构、降低设备成本。

为实现上述目的，本实用新型的非传动式简易热疲劳试验机，包括加热装置、冷却装置、用于测量试样温度的温度测量装置和控制装置，所述加热装置为电炉，所述电炉包括炉体和位于炉体内的加热器，所述炉体内还设置有用于放置试样的试样架，所述冷却装置包括冷却水管和排水管，所述冷却水管伸入炉体内，所述排水管设置在炉体的下部，所述温度测量装置连接到控制装置上。现有技术中，热疲劳试验机主要是通过在冷热环境中来回移动试样完成冷热循环，在此过程中测试试样的热疲劳性。但是在实际的工作中，发明人发现试样在移动过程中容易出现机械问题，影响测试结果，而且现有的冷热循环的疲劳试验机由于要控制试样或加热***或冷却***移动，需要配备专门的传动装置和控制***，***复杂，设备成本较高。有鉴于此，发明人提出了本方案中的非传动式简易热疲劳试验机，该非传动式简易热疲劳试验机在电炉的炉体内部设置试样架，通过电炉的加热器对试样进行加热，并在炉体顶部接入冷却水管、炉体底部接入排水管，通过冷却水管通冷却水对试样进行冷却，使用后的冷却水通过排水管排出，通过加热器的加热和冷却水的冷却实现试样的冷热循环，温度测量装置则测量试样表面的温度，并传输给控制装置进行显示。这样试样只需要固定在炉体内部即可，不用来回移动，可以避免试样在来回移动中产生机械问题，同时非传动式简易热疲劳试验机也无需设置传动装置和传动控制***，可以简化自身结构，降低设备成本。此外，本实用新型中采用通冷却水对试样表面进行直接喷淋的方式进行冷却，冷却速度更快，冷却效果更好，而且可以根据试样的试验需求对试样进行局部冷却，而不需要对试样整体冷却，适用范围更广、通用性更好，而且更加节能环保。

为避免加热器在工作状态时遇冷却水受损，进一步，所述加热器与试样架之间还设置有用于隔离水汽的防水板，该防水板可以有效分离加热源与冷却源。

进一步，所述防水板为石英玻璃板。

为进一步提高非传动式简易热疲劳试验机的智能化水平，所述冷却水管上还设置有电磁阀和流量计，该电磁阀和流量计位于炉体外，电磁阀用于自动控制冷却水管通路的打开和关闭；流量计用于控制、显示冷却水管通路的水流量。

进一步，所述炉体顶部还设置有用于排出冷却过程中炉体内水蒸气的排气孔。

进一步，所述温度测量装置为接触式热电偶，接触式热电偶与试样表面相连。

进一步，所述冷却装置还包括冷凝水管，所述冷凝水管缠绕在排水管上部，冷凝水管与冷却水管的起点连接到同一个冷却水出口，冷却水管将该冷却水出口的冷却水引导流入炉内对试样表面进行冷却，冷凝水管将冷却水引导至排水管与炉体连接处，对从炉体内流出到排水管的水进行冷却，便于炉体内的水顺利排出。

进一步，所述试样架包括两个水平放置的压板和两个竖直放置的支架，两个压板分别设置在支架的上、下两端，支架的两端分别与两个压板相连，使用时，试样固定在两个压板之间。

进一步，所述试样架的两个支架分别位于炉体外部的两侧，压板两端穿出炉体与两个支架固定连接。本方案中，支架的作用除了固定压板从而保证试样在试验中处于静止状态外，还可以用于固定电炉，让电炉处于一定的高度，方便装载试样；而支架设置在炉体外部，主要是考虑到炉体内空间有限，且炉体内温度急剧变化，支架放在炉体内会发生热胀冷缩，支架对试样和加热炉的固定效果不好，设置在炉体外部则可有效避免这些问题。

非传动式简易热疲劳试验机应用方法，包括以下步骤：

步骤一：将试样固定在试样架上；

步骤二：将温度测量装置固定在能够测量试样表面温度的位置；即如果采用热电偶等接触式温度测量装置时，将温度测量装置与试样表面接触；如果采用红外测温仪等非接触式的温度测量装置时，温度测量装置可以与试样有一定距离，但该距离不能远于温度测量装置的最远感应距离；

步骤三：通过控制装置设置加热器的温度；

步骤四：利用加热器对试样进行加热；

步骤五：通过控制装置观察试样表面温度，当试样表面温度达到试验温度最高点时，电磁阀自动打开，冷却水管通水对试样进行喷淋冷却；

步骤六：通过控制装置观察试样表面温度，当试样表面温度达到试验温度最低点时，电磁阀自动关闭，停止冷却水管通水；

步骤七：重复步骤四至步骤六，当循环次数达到试验要求后，关闭加热器并停止冷却水管通水。

本方案的步骤三中，还可以进一步在控制装置中设置试验温度的最高点和最低点，用于控制冷却水管中冷却水的通断控制。

相对于现有技术，本实用新型具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型的非传动式简易热疲劳试验机将试样固定在加热装置中，通过冷却装置通冷却水对试样进行冷却，完成整个冷热循环过程，可以避免试样在加热装置和冷却装置中来回移动，从而避免了试样在移动过程中产生机械问题；

2、本实用新型的非传动式简易热疲劳试验机在进行热疲劳试验时无需移动试样，相对于现有技术，其不用设置传动装置，大大简化了热疲劳试验机的结构、降低设备成本；

3、本实用新型的非传动式简易热疲劳试验机采用通冷却水对试样表面进行直接喷淋的方式进行冷却，冷却速度更快，冷却效果更好，而且可以对试样局部进行冷却，适用范围广、通用性强。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实施例3中试样架的结构示意图。

图例说明：1、炉体； 2、加热器； 3、冷却水管；  4、排水管；  5、电磁阀；  6、流量计；  7、排水管；  8、温度测量装置； 9、试样架；  10、控制装置；  11、排气孔；  12、防水板；  13、冷却水管管嘴； 14、压板； 15、支架。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。

【实施例1】

如图1所示，本实施例的非传动式简易热疲劳试验机，包括加热装置、冷却装置、温度测量装置和控制装置10：所述加热装置为电炉，所述电炉包括炉体1和位于炉体1内的加热器2，所述炉体1内还设置有用于放置试样的试样架9；所述冷却装置包括冷却水管3和排水管7，冷却水管3直接从炉体1的顶部或上部或中部伸入炉体1内，冷却水通过冷却水管管嘴13直接喷至试样表面，排水管7位于炉体1下部，用于排出炉体1内部的冷却水；所述温度测量装置8连接到控制装置10上，并从炉体1侧面伸入炉体1内，测量试样的表面温度并传输给控制装置10；所述控制装置10主要用于控制电炉温度，监测、显示、记录试样温度变化情况以及控制冷却水管3的进水，该控制装置10可采用现有的热疲劳试验***中常用的工控机等，本实施例中不再赘述其具体结构。

【实施例2】

在实施例1的基础上，本实施例中，非传动式简易热疲劳试验机的加热器2与试样架9之间还设置有用于隔离水汽的防水板12；冷却水管3上还设置有电磁阀5和流量计6，该电磁阀5和流量计6位于炉体1外；炉体1顶部还设置有排气孔11；试样架9包括两个水平放置的压板14和两个竖直放置的支架15，两个压板14分别设置在支架15的上、下两端，支架15的两端分别与两个压板14相连。

试验前，将试样固定在压板14之间，在控制装置10中设置好加热器2的温度、电磁阀5打开和关闭时的试样温度，开始试验，加热器2一直处于加热状态，当试样受热至试验温度高温点时，温度测量装置8将信号反馈至控制装置10，电磁阀5打开，冷却水进入冷却水管3并通过冷却水管管嘴13对试样进行冷却，当试样温度降至试验温度低温点时，电磁阀5关闭，试样重新受热升温，多次循环往复实现材料的热疲劳损伤试验。

【实施例3】

在实施例2的基础上，本实施例中，冷却装置还包括冷凝水管4，所述冷凝水管4缠绕在排水管7上部。冷凝水管4与冷却水管3的起点连接到同一个冷却水出口，冷却水出口的冷却水分为两路，一路通过冷却水管3对试样进行冷却，另一路通过冷凝水管4对炉体1下部的排水管7进行冷却，以确保炉体内的冷却水顺利排出。图1中两个标号4所指的部位为同一冷凝水管4，图右上角的标号4为冷凝水管4与冷却水出口连接的部分，图正下方标号4所指为缠绕在排水管7上的冷凝水管4，用于对排水管7进行冷却。

如图2所示，本实施例中的试样架9的两个支架15分别位于炉体1外部的两侧，压板14两端穿出炉体1与两个支架15固定连接。

【实施例4】

在上述实施例的基础上，本实施例中的炉体1为方形结构；加热器2为平板加热器，平板加热器位于方形炉体一侧，加热温度可达1200℃；防水板12采用石英玻璃板，加装在平板加热器正前方，厚度为5mm，长宽与加热器2相同，以分离加热源与冷却源，避免加热器在工作状态时遇冷却水受损；温度测量装置8采用接触式热电偶，接触式热电偶与试样表面接触，采集试样表面的温度。实际应用中，温度测量装置也可以根据实际环境需求采用其他装置，例如但不限于红外测温仪、热电阻。

本实施例中的非传动式简易热疲劳试验机应用方法，包括以下步骤：

步骤一：将试样固定在试样架9上；

步骤二：将温度测量装置8固定在能够测量试样表面温度的位置；

步骤三：通过控制装置10设置加热器2的温度；

步骤四：利用加热器2对试样进行加热；

步骤五：通过控制装置10观察试样表面温度，当试样表面温度达到试验温度最高点时，冷却水管3通水对试样进行喷淋冷却；

步骤六：通过控制装置10观察试样表面温度，当试样表面温度达到试验温度最低点时，停止冷却水管3通水；

步骤七：重复步骤四至步骤六，当循环次数达到试验要求后，关闭加热器3并停止冷却水管3通水。

步骤二中所述的将温度测量装置8固定在能够测量试样表面温度的位置，是指：如果采用热电偶等接触式温度测量装置8时，将温度测量装置8与试样表面接触；如果采用红外测温仪等非接触式的温度测量装置8时，温度测量装置8可以与试样有一定距离，但该距离不能远于温度测量装置8的最远感应距离。

实际应用中，步骤四至步骤六可以通过控制装置10自动控制，自动控制时，冷却水管3的冷却水通断由控制装置10控制冷却水管3上的电磁阀5实现。此时，步骤三中，还可以通过控制装置10进一步设置试验温度的最高点和最低点，该最高点为电磁阀5的开启条件，控制电磁阀5打开；最低点为电磁阀5的关闭条件；控制电磁阀5关闭。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.非传动式简易热疲劳试验机，包括加热装置、冷却装置、用于测量试样温度的温度测量装置（8）和控制装置（10），其特征在于，所述加热装置为电炉，所述电炉包括炉体（1）和位于炉体（1）内的加热器（2），所述炉体（1）内还设置有用于放置试样的试样架（9），所述冷却装置包括冷却水管（3）和排水管（7），所述冷却水管（3）伸入炉体（1）内，所述排水管（7）设置在炉体（1）的下部，所述温度测量装置（8）连接到控制装置（10）上。

2.根据权利要求1所述的非传动式简易热疲劳试验机，其特征在于，所述加热器（2）与试样架（9）之间还设置有用于隔离水汽的防水板（12）。

3.根据权利要求2所述的非传动式简易热疲劳试验机，其特征在于，所述防水板（12）为石英玻璃板。

4.根据权利要求1所述的非传动式简易热疲劳试验机，其特征在于，所述冷却水管（3）上还设置有电磁阀（5）和流量计（6）。

5.根据权利要求1所述的非传动式简易热疲劳试验机，其特征在于，所述炉体（1）顶部还设置有排气孔（11）。

6.根据权利要求1所述的非传动式简易热疲劳试验机，其特征在于，所述温度测量装置（8）为接触式热电偶，接触式热电偶与试样表面相连。

7.根据权利要求1至6任一所述的非传动式简易热疲劳试验机，其特征在于，所述冷却装置还包括冷凝水管（4），所述冷凝水管（4）缠绕在排水管（7）上部。

8.根据权利要求1至6任一所述的非传动式简易热疲劳试验机，其特征在于，所述试样架（9）包括两个水平放置的压板（14）和两个竖直放置的支架（15），两个压板（14）分别设置在支架（15）的上、下两端，支架（15）的两端分别与两个压板（14）相连。

9.根据权利要求8所述的非传动式简易热疲劳试验机，其特征在于，所述试样架（9）的两个支架（15）分别位于炉体（1）外部的两侧，压板（14）两端穿出炉体（1）与两个支架（15）固定连接。

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