RO132942A0 - Instalaţie de testare la şoc termic rapid a materialelor cu răcire în apă - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o instalaţie de testare la şoc termic rapid a materialelor, cu încălzire în aer şi răcire rapidă în apă. Instalaţia conform invenţiei cuprinde: un sistem (I) de încălzire a unei epruvete (3), format dintr-un cuptor (1) vertical, prevăzut cu nişte orificii (A,..., E) dintre care: un orificiu (A) permite măsurarea temperaturii cu ajutorul unui termocuplu, un orificiu (B) permite măsurarea temperaturii pe suprafaţa epruvetei (3), în cuptor (1), cu ajutorul unui pirometru (2), un orificiu (C) permite intrarea epruvetei (3) în cuptor (1), un orificiu (D) permite căderea liberă a epruvetei (3) într-un vas (8) de răcire, şi un orificiu (E) permite accesul unei pensete (21) în interiorul cuptorului (1); un sistem (II) de deplasare pe verticală a epruvetei (3) în interiorul cuptorului (1), format dintr-un ax robot (5) vertical şi un suport (4) refractar, un sistem (III) de prindere a epruvetei (3), format dintr-o pensetă (21), un ax robot (20) orizontal şi o sanie (19), un sistem (IV) de deplasare a epruvetei (3) în zona de cădere liberă, format dintr-un ax robot (18) orizontal, un sistem (V) de răcire cu apă a epruvetei (3), format dintr-un vas (8) de răcire în care cade liber epruveta (3), un coş (9) de recuperare a epruvetei (3), un traductor (11) de temperatură pentru măsurarea temperaturii apei de răcire, un agitator (10) pentru omogenizarea temperaturii apei, un ax robot (13) vertical şi o sanie (12), şi un sistem (VI) de comandă, control şi achiziţie date, format dintr-un calculator, un panou de comandă virtuală LabView, controlere pentru axele robotului, module de achiziţie date şi comandă.

Description

Invenția se refera la o instalație de testare la soc termic rapid a materialelor,cu încălzire in aer si răcire rapida in apa.

Problema tehnica pe care o rezolva invenția de fata este aceea ca da posibilitatea efectuării unui nou test de caracterizare al materialelor,printr-o răcire mai rapida decit racirea cu aer comprimat.

Se cunosc instalații de testare la soc termic cu viteze de incalzire/racire reduse, cu transferul piesei de testat dintro camera in alta,sau dintr-o zona in alta prin intermediul unor coșuri.Testarea se face in aer,in atmosfera controlata si in lichide.Pentru testare in aer temperaturile de testare sunt cuprinse intre - 100°C , + 250°C,iar pentru testarea in lichide temperaturile de testare sunt funcție de caracteristicile acestora. Aceste instalații se folosesc in general pentru testarea componentelor electronice,avind un domeniu de temperaturi redus.

Se cunoaște standardul ISO14188 -Metallic and other inorganic coatings-Test method for measuring thermal cycle resistance and resistance to thermal shock for thermal barrier coatingsunde sunt date doua scheme de testare.Prima schema se refera la rezistenta la ciclări termice, prin utilizarea a doua bai de temperatura,una la temperaturi joase si una la temperaturi ridicate, băile fiind amplasate pe orizontala sau pe verticala. A doua schema se refera la testarea la rezistenta la soc termic,prin utilizarea unui cuptor pentru încălzirea in aer a epruvetei si a unei bai de răcire cu apa,baie prevăzută cu un agitator,un traductor de tremperatura.Piesele de testat se aseaza pe un suport ,se introduc in cuptor la temperatura de testare si apoi se imerseaza intr-o baie de răcire cu apa.

Invenția de fata permite testarea materialelor metalice,ceramice,nemetalice, la soc termic rapid, încălzire in aer si răcire rapida in apa, in următoarele condiții:

încălzire rapida a suprafeței epruvetei - circa 700-900°C/s - in primele secunde

- Răcire rapida a epruvetei de la temperatura de testare 1000-1400°C la temperatura mediului ambiant in citeva secunde

Masurarea continua a temperaturii pe suprafața epruvetei de la temperatura mediului ambiant, la temperatura din cuptor pina in momentul ieșirii din cuptor cu pirometru cu răspuns rapid

Masurarea variației temperaturii lichidului din vasul de răcire ca urmare a imersarii a 2018 00383

30/05/2018 epruvetei calde cu traductor de temperatura

- Obținerea unui gradient de răcire ridicat fata de racirea cu aer comprimat

Se da in continuare, un exemplu de realizare a invenției in legătură cu fig. 1,2,3,4,5,6,7 si 8 care reprezintă:

Fig. 1 - Instalația de testare in poziție începere testare

- Fig.2 - Instalație de testare cu epruveta introdusa in cuptor

Fig.3 - Instalație de testare cu epruveta prinsa in penseta

Fig.4 - Instalație de testare cu epruveta in zona unde este lasata sa cada liber in vasul de răcire

Fig.5 - Instalație de testare - cădere libera epruveta in vasul de răcire

Fig.6 - Instalație de testare cu epruveta in vasul de răcire

Fig.7 -Instalație de testare - recuperare epruveta din baia de răcire

Fig.8 - Instalație de testare - penseta pentru prindere epruveta

Instalația de testare la soc termic rapid cu răcire in apa,conform invenției, prezentata in fig. 1,2,3,4,5,6,7 si 8,este compusa din următoarele sisteme:

l-sistemul de încălzire (I) este format dintr-un cuptor vertical (1),montat pe un batiu nereprezentat pe desen asigura încălzirea epruvetei (3) de testat pina la temperatura maxima de 1700°C. Cuptorul electric (1) vertical este prevăzut la partea inferioara cu doua orificii, (C) pentru introducerea epruvetei in cuptor si (D) pentru caderea epruvetei (3) din cuptorul electric (1) vertical in baia de răcire (8),pe lateral spate cu un orificu (A) pentru termocuplu de control si măsurare temperatura cuptor, un orificiu (B) lateral dreapta pentru vizualizare si măsurare variație temperatura pe suprafața epruvetei in cuptorul vertical (1) cu un pirometru (2) si un orificiu (E) pentru acces penseta (21) in cuptorul vertical (1) pentru preluare epruveta (3) din suportul (4) si deplasarea acesteia in zona de cădere libera a epruvetei (fig.5).

II - sistem de deplasare pe verticala a epruvetei in interiorul cuptorului

Sistemul de deplasare epruveta (II) este format dintr-un ax robot vertical (5) ,care la partea superioara are montat un suport (4) din material refractar ,suport prevăzut cu o decupare (a) (fig.4) pentru poziționarea epruvetei (3) de testat.

III - sistem de prindere epruveta

Sistemul de prindere (III) al epruvetei (3) este format dintr-un ax robot orizontal (20) a 2018 00383

30/05/2018 montat pe batiul instalației si o penseta (21).Brațul robot orizontal (20) actioneaza înainte si înapoi cama dubla (22) care prin deplasare spre dreapta asigura stringerea epruvetei (3) din lateral ,prin intermediul tijelor (23) si a pieselor de prindere (24) ,dintre care una este prevăzută cu o crestătură (b). Sunt doua seturi de piese de prindere care permit atit prinderea epruvetelor de forma paralelipipedica cit si cilindrica. Contactul permanent intre cama dubla (22) si tijele (23) este asigurat de doua arcuri de întindere (28), un cap al arcurilor fiind fixat pe tijele (23) si celalalt pe o prelungire (c) a suportului (25) in care sunt montate doua axe (26) care permit rotirea acestora cind sunt acționate de cama dubla(22) .Doua surubui de fixare (27),strinse pe tijele (23) asigura pastrarea reglajului lungimii tijelor (23)(Fig. 8)

- IV - sistem de deplasare epruveta in zona de cădere libera a epruvetei

Sistemul de deplasare (IV) a epruvetei in zona de cădere libera este format dintr-un ax robot orizontal (18) o sanie (19) pe care este montat sistemul de prindere (III) al epruvetei (3)

V - Sistem de răcire cu apa (V) este format dintr-un vas de răcire (8) ,un cos (9) din inox un ax robot vertical (13), o sanie (12), un agitator (10) si un traductor de temperatura (11 ),toate fiind montate pe batiul (14).(Fig.8)

VI - Sistem de comanda,control si achiziție date

Sistemul de comanda, control si achiziție date este format din panou de comanda controlere acționare axe robot,termocuplu masurat temperatura cuptor, pirometru cu radiații (2), traductor temperatura (11), componente hard si soft LabView.

Instalația conform inventiiei funcționează după cum urmeaza :

Epruveta (3) se poziționează pe suportul (4) si se seteaza sistemul pe mod de răcire cu apa.(fig.l).

Se seteaza parametrii de testare : temperatura de testare a cuptorului, timpul de menținere in cuptor a epruvetei,tipul pieselor de prindere (24) pentru epruveta paralelipipedica sau cilindrica,cantitatea de apa din vasul de răcire (8).

Se verifica funcționarea separata a sistemelor instalației.

In poziția de începere testare sunt îndeplinite următoarele condiții (fig.l):

- Epruveta ( 3) este așezata in suportul ( 4)

Ax robot vertical (5) -in poziție inferioara

Ax robot orizontal (6)-in poziția cu capacul (7) închis -închide orificiul C

- Ax robot vertical (13) in poziția inferioara

- Cos (9),recuperare epruveta in poziția inferioara,imersat in baia de răcire (8) a 2018 00383

30/05/2018

- Ax robot orizontal (15) in poziția in care acopera cu capacele (16) si (17) cele doua orificii (D)- orificiu cădere libera epruveta (3) in baia de răcire (8) si (E)-orificiu acces penseta (21) in cuptorul (1)

Ax robot orizontal (20) in poziția retras in afara cuptorului

Penseta (21) este deschisa

- Ax robot orizontal (18) cu sania (19) retrasa in poziție de așteptare

Se pornește sistemul de comanda,control si achiziție date.

Este acționat butonul de pornire general al instalației.

Cuptorul (1) începe sa se incalzeasca si cind se atinge temperatura reglata sistemul de deplasare pe verticala a epruvetei in interiorul cuptorului este acționat, axul robot orizontal (6) deschide capacul (7),axul robot vertical (5) deplasează epruveta (3) montata pe suportul (4) in interiorul cuptorului (1) pina in poziția maxima verticala.(Fig.2).Pirometru (2) citește temperatura pe suprafața epruvetei (3) in cuptorul (1) prin orificiul (B).Dupa menținerea epruvetei (3) in cuptorul vertical (1) intervalul de timp reglat,sistemul de comanda actioneaza axul robot orizontal (15) care deschide capacele (16) si (17), urmat de acționarea axului robot (18),care cu sania (19) deplasează in interiorul cuptorului penseta (21) cu tijele (23) deschise (Fig.8). Ajuns la capat de cursa,axul robot orizontal (18),comanda axul robot orizontal (20),acesta actioneaza cama dubla (22) care stringe cu piesele de prindere (24) epruveta (3) din lateral.Imediat după prinderea epruvetei (3) ,axul robot vertical (5) coboara in poziția maxima inferioara verticala si axul robot orizontal (6) închide orificiul (C) cu capacul (7).(fig.4). Axul robot orizontal (18) deplasează epruveta (3) împreuna cu penseta (21) si axul robot orizontal (20) in poziția de cădere libera a epruvetei (3) in bazinul de răcire (8).(fig.4). Ajunsa in poziția de cădere libera, epruveta (3),urmare acționarii pensetei (21) de către cama dubla (22) in sensul deschiderii, cade liber prin orificiul (d) in baia de răcire (8). (fig.5).Imediat după eliberarea epruvetei (3) , axul robot orizontal (18) deplasează cu sania (19) ansamblul ax robot orizontal (20) si penseta (21) in afara cuptorului,iar axul robot orizontal (15) închide cu capacele (16) si (17) orificiile (D) si (E).(fig.6).

Sistemul de testare la soc termic rapid cu răcire in apa se oprește si este pregătit pentru o noua testare.

Axul robot vertical (13) montat pe batiu (14) este acționat si prin intermediul săniei (12) deplasează pe verticala in sus coșul (9) in care se gaseste epruveta (3) răcită in apa la temperatura mediului ambiant.Epruveta (3) se scoate din cosul(9) si se usucă intr-o etuva la 120°C timp de 15 minute,apoi se vizualizează pentru detectarea eventalelor fisuri,exfolieri,degradări.In caz ca se constata asa ceva ,se oprește experimentul ,se fac investigații de microscopie optica,electronoica,difracție etc.Daca nu se constata nici o degradare a suprafeței epruvetei (3),ciclul de testare se reia pina ce se constata a 2018 00383

30/05/2018 deteriorări ale depunerii de circa 25% din suprafața depusa.

Instalația conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- Permite încercarea la soc termic rapid cu încălzire in aer si răcire in lichid a epruvetelor experimentale de forma paralelipipedica sau cilindrica

- Permite încălzirea rapida in aer intr-un cuptor vertical cu rezistente

- Permie racirea rapida a epruvetei prin cădere libera intr-un vas de răcire cu apa

- Permite folosirea epruvetelor experimentale de forme paralelipipedica si cilindrica de diverse dimensiuni

- Permite masurarea temperaturii pe suprafața epruvetei in interiorul cuptorului inaite de caderea libera pentru racirea cu apa intr-un vas de răcire aflat in exteriorul cuptorului la temperatura mediului ambiant

- Permite folosirea unei game largi de tipuri de materiale pentru epruvetele experimentale Se obțin informații suplimentare referitor la comportarea materialelor la racirea in apa fata de racirea in aer conform invenției Ro 127339 Bl

Claims (4)

1. REVENDICĂRI

   1. Instalație si metoda de testare la soc termic rapid a materialelor cu răcire in apa,caracterizata prin aceea ca, in scopul realizării testării la soc termic cu posibilitatea răcirii in apa, cuprinde un sistem de încălzire (I) al epruvetei (3), format dintr-un cuptor vertical (1) prevăzut cu niște orificii (A,B,C,D,E),orificiu (A) permite masurarea temperaturii cu un termocupIu,orificiu (B) perimite masurarea temperaturii pe suprafața epruvetei (3)in cuptorul (1) cu pirometrul (2),orificiu (C) permite intrarea epruvetei (3) in cuptorul (1), orificiu (D) permite caderea libera a epruvetei (3) in vasul de răcire (8) si orificiu (E) permite accesul pensetei (21) in interiroul cuptorului (1), un sistem de deplasare pe verticala a epruvetei in interiorul cuptorului (II) format dintr-un ax robot vertical (5) si un suport refractar (4), un sistem de prindere epruvetă (III) format dintr-o penseta (21),un ax robot orizontal (20) si o sanie (19), un sistem de deplasare a epruvetei (IV) in zona de cădere libera in vasul de răcire format dintr-un ax robot orizontal (18) ,un sistem de răcire cu apa (V) a epruvetei (3) format dintr-un vas de racire(8) in care cade liber epruvetă (3),un cos (9) de recuperare epruvetă din vasul de răcire (8),un traductor de temperatura(l 1) pentru masurarea temperaturii apei de răcire,un agitator(lO) pentru omogenizarea temperaturii apei, un ax robot vertical(13) si o sanie (12), si un sistem de comanda, control si achiziție date (VI) format dintr-un calculator,un panou de comanda virtual LabView, controlere pentru axele robot,module de achzitie date si comanda LabView.
2. 2. Instalație si metoda de testare la soc termic rapid a materialelor cu răcire in apa,conform revedicarii 1,caracterizata prin aceea ca, folosește un sistem de încălzire a epruvetei,constituit dintrun cuptor electric vertical t,( 1) prevăzut cu niște orificii,orificiu (A) permite masurarea temperaturii cu un termocuplu,orificiu (B) perimite masurarea temperaturii pe suprafața epruvetei (3)in cuptorul (1) cu pirometrul (2),orificiu (C) permite intrarea epruvetei (3) in cuptorul (1), orificiu (D) permite caderea libera a epruvetei (3) in vasul de răcire (8) si orificiu (E) permite accesul pensetei (21) in interiroul cuptorului (l),un capacul (7) care deschide si închide orificiul (C) cu ajutorul axului robot orizontal, doua capace (16) si (17) care închid si deschid orificiile (D) si (E) pentru realizarea ciclului de testare.
3. 3. Instalație si metoda de testare la soc termic rapid a materialelor cu răcire in apa, conform revedicarii 1,caracterizata prin aceea ca, folosește un mecanism de prindere si eliberare al epruvetei tip penseta (21),constituit dintr-o cama dubla (22) actionata de axul robot orizontal (20),astfel incit tijele (23) se rotesc in jurul axelor (26) si prind epruvetă (3) din lateral prin intermedul pieselor a 2018 00383 30/05/2018 (24),una dintre ele fiind prevăzută cu un canal b, doua resorturi 28,care au un capat fixat pe tijele (23) si celalalt pe doua piese d montate pe suportul (25) care mențin in permanenta contactul intre cama (22) si tijele (23),poziția tijelor (23) fiind reglata cu șuruburile (27)
4. 4. Instalație si metoda de testare la soc termic rapid a materialelor cu răcire in apa conform revedicarii 1 caracterizata prin aceea ca, sistemul de deplasare a epruvetei pe orizontala in cuptor,in afara cuptorului si in zona de cădere libera a epruvetei este constituit dintr-un ax robot orizontal (18), o sanie (19) pe care este montat sistemul de prindere al epruvetei