專利名稱：感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及金屬材料冷熱疲勞試驗裝置，尤其涉及采用中頻感應(yīng)加熱的金屬材料冷熱疲勞試驗裝置。
背景技術(shù)：
目前金屬材料冷熱疲勞試驗機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)還沒有?，F(xiàn)有的金屬材料冷熱疲勞試驗有的采用火焰加熱和感應(yīng)加熱后，將試樣快速移動到帶有冷卻水裝置中冷卻，再移動到加熱裝置加熱，再冷卻，這樣反復(fù)來回試驗；也有的借助齒輪淬火機(jī)床，采用人工在感應(yīng)線圈和冷卻水之間進(jìn)行循環(huán)試驗，這樣勞動強(qiáng)度大，試驗溫度和時間控制精度較差，試驗誤差大。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置，該冷熱疲勞試驗裝置可快速加熱和自動噴淋冷卻，采用紅外測溫儀和工控機(jī)實現(xiàn)試樣加熱溫度和冷卻溫度的精確控制，從而克服了現(xiàn)有冷熱疲勞試驗裝置試驗溫度和時間控制精度較差，試驗誤差大的缺陷。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置，包括感應(yīng)器、可控硅中頻電源、中頻變壓器、測溫儀、控制裝置，可控硅中頻電源輸出接中頻變壓器，中頻變壓器輸出端接感應(yīng)器，測溫儀對裝于感應(yīng)器內(nèi)的試樣測溫后輸出接控制裝置，控制裝置包括工控機(jī)，工控機(jī)輸出信號接整流控制電路和逆變控制電路，整流控制電路和逆變控制電路輸出接可控硅中頻電源，其特征是感應(yīng)器線圈由扁銅管、外銅排、內(nèi)銅排組成，扁銅管中間開口通循環(huán)冷卻水，外銅排和內(nèi)銅排間夾裝有上下兩根扁銅管，外銅排、內(nèi)銅排和上下兩根扁銅管圍成的腔體為噴淋冷卻水管，在噴淋冷卻水管的內(nèi)銅排壁上開有數(shù)個噴淋冷卻孔；噴淋冷卻水管外接噴淋電磁閥，噴淋電磁閥由工控機(jī)輸出信號控制。
上述的感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置，所述工控機(jī)輸出信號接計數(shù)器，對感應(yīng)器加熱和噴淋電磁閥開啟計數(shù)。
上述的感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置，所述測溫儀為二臺紅外測溫儀，一臺測加熱溫度，溫度范圍200至1000℃，一臺測冷卻溫度，溫度范圍0至500℃。
本實用新型通過變頻電源和感應(yīng)器，把中頻電源的能量集中在金屬試樣表面實現(xiàn)快速加熱，利用紅外測溫儀工控機(jī)實現(xiàn)試樣加熱溫度的精確控制，同時結(jié)合自動噴淋淬火系統(tǒng)實現(xiàn)試樣冷卻快速精確的控制。因此該試驗裝置可以較精確模擬冶金設(shè)備、備件工作時的冷熱疲勞狀態(tài)，可以進(jìn)行多重材料的極端冷熱疲勞破壞比較試驗，此外，為了能準(zhǔn)確模擬工件的實際載荷狀態(tài)，該試驗機(jī)可讓工件在承受冷熱疲勞載荷的同時，疊加機(jī)械拉伸疲勞載荷。
本實用新型可快速加熱和自動噴淋冷卻，采用紅外測溫儀和工控機(jī)實現(xiàn)試樣加熱溫度和冷卻溫度的精確控制，從而克服了現(xiàn)有冷熱疲勞試驗裝置試驗溫度和時間控制精度較差，試驗誤差大的缺陷。


以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步說明。
圖1為本實用新型感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置電氣控制原理圖；圖2為感應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1扁銅管，2循環(huán)冷卻水，3噴淋冷卻水管，4噴淋冷卻孔，5內(nèi)銅排，6外銅排，7工控機(jī)，8整流控制電路，9逆變控制電路，10可控硅中頻電源，11中頻變壓器，12感應(yīng)器，13紅外測溫儀，14A/D轉(zhuǎn)換器。
(五)
具體實施方式
參見圖1、圖2，一種感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置，包括感應(yīng)器12、可控硅中頻電源10、中頻變壓器11、測溫儀13、控制裝置?？煽毓柚蓄l電源10輸出接中頻變壓器11，中頻變壓器11輸出端接感應(yīng)器12。測溫儀13對裝于感應(yīng)器12內(nèi)的試樣測溫后輸出接控制裝置，測溫儀13為二臺紅外測溫儀，一臺測加熱溫度，溫度范圍200至1000℃，一臺測冷卻溫度，溫度范圍0至500℃?？刂蒲b置包括工控機(jī)7，工控機(jī)7輸出信號接整流控制電路8和逆變控制電路9，整流控制電路8和逆變控制電路9輸出接可控硅中頻電源10。感應(yīng)器12線圈由扁銅管1、外銅排6、內(nèi)銅排5組成，扁銅管1中間開口通循環(huán)冷卻水2，外銅排6和內(nèi)銅排5間夾裝有上下兩根扁銅管1，外銅排6、內(nèi)銅排5和上下兩根扁銅管1圍成的腔體為噴淋冷卻水管3，在噴淋冷卻水管3的內(nèi)銅排5壁上開有數(shù)個噴淋冷卻孔4；噴淋冷卻水管3外接噴淋電磁閥，噴淋電磁閥由工控機(jī)7輸出信號控制。工控機(jī)7輸出信號接計數(shù)器，對感應(yīng)器12加熱和噴淋電磁閥開啟計數(shù)。
參見圖1，通過變頻電源，把三相50Hz的交流電源轉(zhuǎn)換為單相500Hz-2500Hz中頻電壓，此電壓接在中頻變壓器11上，通過變壓器11降壓增流作用，可把中頻電源的能量集中在相對較小的單位面積上。通過感應(yīng)器12，可使放在感應(yīng)器12內(nèi)的金屬試樣自身發(fā)熱，通過紅外測溫儀13測量試樣的溫度。當(dāng)溫度達(dá)到人為設(shè)置的溫度后，中頻電源10停止加熱，這時冷卻水通過噴淋電磁閥將向試樣噴水降溫，當(dāng)溫度低于100度以下時，將再次進(jìn)行加熱，并重復(fù)數(shù)次。
下面對主要部件詳細(xì)說明1.可控硅中頻電源可控硅中頻電源10是一種將三相工頻電能轉(zhuǎn)換為單相某一頻率的電能的高效變頻器。采用交直交的變流模式，即通過三相可控硅全控整流橋把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，通過電抗器的平波作用，把直流電能輸送給單相逆變器，逆變器再轉(zhuǎn)換成某一所需頻率的交流電能，通過控制三相整流橋可控硅導(dǎo)通角，就可改變輸出直流電壓的高低，也可以使全控橋工作在整流狀態(tài)(工作狀態(tài))，有源逆變狀態(tài)(停機(jī)狀態(tài))。
通過可控硅SCR7、8、SCR9、10的交替導(dǎo)通與關(guān)斷，即可在負(fù)載中頻變壓器11上獲得某一頻率的中頻電壓，由于中頻變壓器11的自然功率因數(shù)較低，一般均在0.1左右，所以需要電容C提供一定的中頻補(bǔ)償電流，以使負(fù)載正常連續(xù)工作。為了方便的調(diào)整負(fù)載輸出頻率，以達(dá)到較好的加熱效果，中頻變壓器11采用一次、二次匝數(shù)均可調(diào)整。一次匝數(shù)為15～6匝可調(diào)，二次匝數(shù)1匝、2匝可調(diào)。這樣通過一次匝數(shù)的調(diào)節(jié)，可改變變壓器11二次的輸出電壓及整個負(fù)載阻抗，以達(dá)到最佳的加熱狀態(tài)。
2.紅外測溫儀由于一臺紅外測溫儀13的測溫范圍覆蓋不了100～1000℃，所以采用了兩臺紅外測溫儀13，一臺為0～500℃，一臺為200～1000℃。一臺專門用來測量加熱溫度，一臺專門來測量冷卻溫度。顯示儀表采用智能型數(shù)字顯示儀表，可設(shè)置加熱溫度，也可顯示加熱溫度，并有4～20mm電流信號、或0～+5V電壓信號輸出，也有一組開關(guān)量信號輸出。紅外測溫儀13的測溫信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器14后輸入工控機(jī)7，從而控制加熱電源停機(jī)或電磁閥噴淋冷卻試樣。
3.感應(yīng)加熱器感應(yīng)器12作為中頻變壓器11的負(fù)載，接在變壓器11二次接線板上，感應(yīng)器12線圈為一匝，為了能加熱、冷卻同時用一只感應(yīng)器線圈，感應(yīng)線圈內(nèi)部采用了特殊的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，參見圖2。在正常加熱狀態(tài)下，感應(yīng)器12加熱時間較短，約數(shù)秒鐘試樣表面就可被加熱到1000℃左右。感應(yīng)器12的冷卻由循環(huán)冷卻水2銅管進(jìn)行間接冷卻。感應(yīng)器12升溫至100℃均為正常。當(dāng)加熱溫度達(dá)到后，噴淋冷卻水再通過噴淋小孔4冷卻試樣的同時，也冷卻了感應(yīng)器12。感應(yīng)器12內(nèi)徑可根據(jù)不同規(guī)格的試樣料選用不同的內(nèi)徑尺寸。
4.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要有中頻加熱電源輸出功率控制，加熱溫度控制，冷卻時間控制，試驗次數(shù)控制等。
4.1中頻加熱電源輸出功率控制對同一個試驗工件，試驗次數(shù)要重復(fù)試驗數(shù)百或數(shù)千次，這就要求加熱電源輸出功率相對穩(wěn)定，這樣才能保證每次試驗時參數(shù)的準(zhǔn)確性與一致性。中頻加熱電源輸出功率可通過手動功率調(diào)節(jié)來進(jìn)行預(yù)置或通過工控機(jī)7來進(jìn)行預(yù)置輸出功率的大小，后通過反饋環(huán)節(jié)及功率采樣電路來進(jìn)行比較后進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，以達(dá)到每次相對穩(wěn)定的輸出功率。
4.2加熱溫度控制冷熱疲勞試驗的溫度控制采用二個美國雷泰公司生產(chǎn)的TX型紅外測溫儀，兩個紅外測溫儀13共同組成的測溫范圍可在0℃～1000℃范圍內(nèi)。通過測溫儀13的4～20mA電流信號輸出，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器14送給工控機(jī)7，實現(xiàn)試樣溫度與加熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊。
當(dāng)測溫儀13的輸出信號達(dá)到設(shè)置的加熱溫度時，輸出給工控機(jī)7的信號經(jīng)工控機(jī)7判斷比較后，就可以使中頻加熱電源的整流工作停止，使加熱電源的輸出功率為零，而無輸出。
4.3冷卻溫度、試驗次數(shù)控制當(dāng)加熱電源停止加熱后，噴淋電磁閥通電，噴淋冷卻水噴向試樣，對試樣進(jìn)行冷卻。試樣最終冷卻溫度將由測溫儀13來進(jìn)行測量，當(dāng)試樣溫度到達(dá)冷卻溫度后，噴淋冷卻停止。由于在噴淋冷卻時測溫儀13測量誤差較大，這部分控制將采用測溫儀、噴淋時間、冷卻時間等的模糊控制方式進(jìn)行控制。
試驗次數(shù)采用數(shù)字式計數(shù)器，當(dāng)每次噴淋電磁閥通電時，也將此信號給計數(shù)器，計數(shù)器加1，當(dāng)試驗次數(shù)與預(yù)置的試驗次數(shù)相當(dāng)時，將發(fā)出聲響信號，以提示操作者，試驗裝置將停止工作。
權(quán)利要求1.一種感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置，包括感應(yīng)器、可控硅中頻電源、中頻變壓器、測溫儀、控制裝置，可控硅中頻電源輸出接中頻變壓器，中頻變壓器輸出端接感應(yīng)器，測溫儀對裝于感應(yīng)器內(nèi)的試樣測溫后輸出接控制裝置，控制裝置包括工控機(jī)，工控機(jī)輸出信號接整流控制電路和逆變控制電路，整流控制電路和逆變控制電路輸出接可控硅中頻電源，其特征是感應(yīng)器線圈由扁銅管、外銅排、內(nèi)銅排組成，扁銅管中間開口通循環(huán)冷卻水，外銅排和內(nèi)銅排間夾裝有上下兩根扁銅管，外銅排、內(nèi)銅排和上下兩根扁銅管圍成的腔體為噴淋冷卻水管，在噴淋冷卻水管的內(nèi)銅排壁上開有數(shù)個噴淋冷卻孔，噴淋冷卻水管外接噴淋電磁閥，噴淋電磁閥由工控機(jī)輸出信號控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置，其特征是工控機(jī)輸出感應(yīng)器加熱和噴淋電磁閥開啟信號接計數(shù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置，其特征是測溫儀為二臺紅外測溫儀。
專利摘要本實用新型涉及金屬材料冷熱疲勞試驗裝置。一種感應(yīng)加熱式金屬材料冷熱疲勞試驗裝置，其可控硅中頻電源輸出接中頻變壓器，中頻變壓器輸出端接感應(yīng)器，測溫儀對裝于感應(yīng)器內(nèi)的試樣測溫后輸出接控制裝置，控制裝置包括工控機(jī)，其特征是感應(yīng)器線圈由扁銅管、外銅排、內(nèi)銅排組成，扁銅管中間開口通循環(huán)冷卻水，外銅排和內(nèi)銅排間夾裝有上下兩根扁銅管，外銅排、內(nèi)銅排和上下兩根扁銅管圍成的腔體為噴淋冷卻水管，在噴淋冷卻水管的內(nèi)銅排壁上開有數(shù)個噴淋冷卻孔，噴淋冷卻水管外接噴淋電磁閥，噴淋電磁閥由工控機(jī)輸出信號控制。本實用新型可快速加熱和自動噴淋冷卻，采用紅外測溫儀和工控機(jī)實現(xiàn)試樣加熱溫度和冷卻溫度的精確控制。
文檔編號G01N25/00GK2828797SQ20052004202
公開日2006年10月18日 申請日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者李小兵, 孫大樂, 姚利松, 范群 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司