一種用于落錘撕裂試驗(yàn)的冷處理裝置及處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種冷處理裝置及處理方法，具體來說涉及一種用于落錘撕裂試驗(yàn)的 冷處理裝置及處理方法，屬于金屬材料物理測試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱軋鋼板落錘撕裂試驗(yàn)是評價工程機(jī)械用鋼、鋼板焊接接頭沖擊韌性的重要方 法。落錘撕裂試驗(yàn)的試樣尺寸一般為長度305mmX寬度75mm，板厚一般大于8mm。用于落錘 撕裂試驗(yàn)的傳統(tǒng)低溫槽一般采用復(fù)疊式冷機(jī)、蒸發(fā)器、加熱管、PID溫度調(diào)節(jié)器、低溫槽體、 攪拌器、保溫蓋。其工作原理是：試樣放在低溫槽的底部或試樣隔板上，復(fù)疊式冷機(jī)通過二 級復(fù)式制冷將壓縮、液化的制冷劑輸入布置在低溫槽攪拌區(qū)的金屬盤管式蒸發(fā)器中，落錘 低溫槽內(nèi)注入載冷劑，一般使用無水酒精，通過PID溫度調(diào)節(jié)器控制冷機(jī)制冷和槽體底部 加熱管加熱，從而獲得低溫槽內(nèi)載冷劑所需溫度控制，低溫槽接近蒸發(fā)器一端區(qū)域的載冷 劑經(jīng)蒸發(fā)器冷卻，通過攪拌器的攪拌使載冷劑在低溫槽內(nèi)循環(huán)，均勻溫度，實(shí)現(xiàn)對落錘撕裂 試驗(yàn)鋼板試樣的低溫處理。
[0003] 對落錘撕裂試驗(yàn)鋼板的低溫處理的現(xiàn)有方法中，當(dāng)使用低溫槽處理-40°c ~ -60°c 鋼板試樣時，存在制冷時間長、能耗高、超低溫控制不穩(wěn)定等問題，溫度越低，冷處理問題也 越明顯，甚至無法穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)對鋼板-60°C ~ -80°C的超低溫處理。
[0004] 檢索現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)：專利CN201220530891. 8落錘試驗(yàn)低溫槽導(dǎo)流筒隔板循環(huán)裝 置提供一種加速低溫槽內(nèi)載冷劑充分流動的結(jié)構(gòu)；專利CN201120262239. 8落錘試驗(yàn)低溫 槽新型槽體結(jié)構(gòu)裝置提供了另一種加速低溫槽內(nèi)載冷劑充分流動的結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)器、加熱器 布置在循環(huán)槽內(nèi)，并將攪拌裝置也安裝在蒸發(fā)器中，工作槽內(nèi)只有樣品架和試樣，實(shí)現(xiàn)提高 低溫槽內(nèi)載冷劑循環(huán)和溫度均衡控制。上述文獻(xiàn)為了提高落錘試驗(yàn)鋼板的溫度均勻性，但 對制冷時間長、能耗高、超低溫控制不穩(wěn)定等問題不能實(shí)質(zhì)性改善。因此，迫切的需要一種 新的技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種用于落錘撕裂試驗(yàn)的冷處理裝置及 處理方法，該技術(shù)方案應(yīng)用復(fù)疊式冷機(jī)在落錘低溫槽的一端制冷的同時，在落錘低溫槽的 另一端用一種超低溫冷阱進(jìn)行二次強(qiáng)制冷卻，在落錘低溫槽的中央?yún)^(qū)域設(shè)計(jì)配套的試樣隔 板、試樣支架，在攪拌器的攪拌下，利用試樣隔板、試樣支架、超低溫冷阱的導(dǎo)流柵以及試樣 的排列布置，實(shí)現(xiàn)定向?qū)Я骼鋮s，從而獲得高效、均勻冷卻，并能精確、穩(wěn)定控制溫度。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種用于落錘撕裂試驗(yàn)的冷處理裝 置，其特征在于：所述冷處理裝置包括復(fù)疊式冷機(jī)本體，所述復(fù)疊式冷機(jī)本體設(shè)置有低溫槽 內(nèi)腔，所述低溫槽內(nèi)腔的一端設(shè)置有攪拌器、蒸發(fā)器，中間設(shè)置有支架、試樣隔板，所述低溫 槽內(nèi)腔的另一端設(shè)置有超低溫冷阱，所述隔板與超低溫冷阱接觸的另一端間隔設(shè)置多排貫 通孔，低溫槽內(nèi)腔上方設(shè)置固定保溫蓋和活動保溫蓋。該技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了二次冷卻，通過定 向?qū)Я骼鋮s，從而獲得高效、均勻冷卻的試樣，并能精確、穩(wěn)定控制溫度。
[0007] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述超低溫冷阱設(shè)置為四邊形的中空盒裝薄殼結(jié)構(gòu)的槽 體容器，其下部設(shè)置有金屬導(dǎo)流柵，內(nèi)腔底部側(cè)面設(shè)置蓄冷組件，其內(nèi)腔底部間隔設(shè)置多組 片狀的金屬蓄冷柵，其內(nèi)腔上還設(shè)置有金屬加強(qiáng)筋，所述加強(qiáng)筋上設(shè)置有可移動的內(nèi)置蓋。 蓄冷組件的作用是蓄冷、固定蓄冷柵、提高槽體側(cè)板的剛度。
[0008] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述導(dǎo)流柵是L形狀，數(shù)量為6-12個，平行間隔排列，與 槽體底部外表面焊接固定。導(dǎo)流柵的作用是確保定向?qū)Я?，達(dá)到快速冷處理的目的。
[0009] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述金屬蓄冷柵是片狀的金屬板組合，由金屬板折彎或 沖壓或拼焊而成，間隔排列分布在槽體底部內(nèi)側(cè)。蓄冷柵不僅能夠快速蓄冷，而且能夠減少 液氮初始加入時產(chǎn)生的沸騰、氣爆、飛濺，提高了制冷速度，也使添加液氮時的安全性。
[0010] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述金屬加強(qiáng)筋的數(shù)量至少為2個，沿槽體對稱分布，其 上表面的高度低于槽體的上表面fT20mm，所有加強(qiáng)筋的上表面的高度相同。這樣可以增加 冷阱的蓄冷能力，防止冷阱內(nèi)液氮與冷阱外酒精混合，并且充分節(jié)約空間。
[0011] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述內(nèi)置蓋上設(shè)置有工藝孔，所述工藝孔的數(shù)量至少為 一個，內(nèi)置蓋上的工藝孔位置與槽體底部的蓄冷柵位置形成上下對應(yīng)，便于液氮揮發(fā)排氣。 所述至少一個工藝孔設(shè)置在內(nèi)置蓋的中心位置，所述中心位置的工藝孔內(nèi)設(shè)有提升桿，提 升桿能夠在工藝孔內(nèi)上下fTlOmm范圍內(nèi)移動，并且內(nèi)置蓋上的工藝孔位置與槽體底部的 蓄冷柵位置形成上下對應(yīng)。內(nèi)置蓋平鋪在加強(qiáng)筋上，可以通過提升桿移動。提升桿的作用 是添加液氮時用工具夾持提升桿移開內(nèi)置蓋，液氮加滿后，再夾持提升桿移動內(nèi)置蓋覆蓋 在冷阱容器上方，防止操作者異常接觸液氮發(fā)生危險(xiǎn)。提升桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是能夠在工藝孔 內(nèi)上下fTlOmm范圍內(nèi)移動，靜止懸垂?fàn)顟B(tài)下，復(fù)疊式冷機(jī)本體低溫槽的上部活動保溫蓋與 提升桿不接觸。
[0012] -種用于落錘撕裂試驗(yàn)的冷處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：1)在 復(fù)疊式冷機(jī)低溫槽內(nèi)腔的靠近制冷機(jī)的一側(cè)布置冷凝管式的蒸發(fā)器、攪拌器和溫度探頭， 在低溫槽內(nèi)腔底部布置加熱管；2)在復(fù)疊式冷機(jī)低溫槽內(nèi)腔的遠(yuǎn)離制冷機(jī)的一側(cè)布置試樣 隔板，所述試樣隔板的高度距低溫槽內(nèi)腔下表面的高度為25~50 mm，試樣隔板的上表面焊 接固定兩排波浪形的試樣支架，支架能夠以間隔25~50 _布置鋼板試樣，并使鋼板試樣平 行或接近平行狀態(tài)、堅(jiān)立在試樣隔板上；3)在試樣隔板遠(yuǎn)離制冷機(jī)的一側(cè)布置超低溫冷阱， L字母形狀導(dǎo)流柵的排列方式與鋼板試樣的排列方式基本相同，以間隔、平行或接近平行 狀態(tài)分布；4)在復(fù)疊式冷機(jī)低溫槽內(nèi)腔注入載冷劑如無水酒精，載冷劑液面高度高于鋼板 試樣堅(jiān)立的高度，低于超低溫冷阱的上表高度；5)開啟復(fù)疊式冷機(jī)對低溫槽內(nèi)腔的載冷劑 制冷，同時開啟攪拌器，載冷劑由隔板下方定向?qū)Я髦晾溱宀垠w底部側(cè)隙及隔板另一端多 個貫通孔流出，并經(jīng)過冷阱的強(qiáng)制冷卻，通過溫度PID控制控制低溫槽內(nèi)的冷卻、加熱的平 衡，調(diào)節(jié)載冷劑的溫度；6)在超低溫冷阱內(nèi)注入超低溫液體，以_196°C的液氮為優(yōu)選最佳； 7)液氮的注入量根據(jù)設(shè)定溫度和所需時間來確定，開始注入液氮時，應(yīng)將液氮先少量澆注 在超低溫冷阱的蓄冷柵上，待蓄冷柵冷透，白色煙霧明顯減少后，再加大注入量，澆注后，將 內(nèi)置蓋合上，液氮液面盡量不要溢出內(nèi)置蓋的工藝孔；8)低溫槽內(nèi)腔通過活動保溫蓋、固定 保溫蓋的閉合實(shí)現(xiàn)保溫，在保溫過程中，液氮揮發(fā)產(chǎn)生的無毒氮?dú)馔ㄟ^內(nèi)置蓋工藝孔及活 動保溫蓋的微小側(cè)隙排出；9)觀察溫度儀表的顯示，到達(dá)設(shè)定溫度保溫15min以上，溫度波 動符合落錘撕裂試驗(yàn)要求，即完成低溫處理，可進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。
[0013] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：1)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、工作效率高；2)該技 術(shù)方案中由于試樣兩端都有制冷裝置，并且載冷劑流體能夠定向?qū)Я?，加速試樣冷卻。超 低溫冷阱用于快速提高落錘撕裂試樣的冷處理速度、均勻性；3)該技術(shù)方案中設(shè)置L型 導(dǎo)流柵，確保定向?qū)Я鳎_(dá)到快速冷處理的目的；4)該技術(shù)方案整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合流體傳熱 原理，使用安全方便、靈活，能夠明顯縮短傳統(tǒng)復(fù)疊式冷機(jī)低溫槽制冷時間，降低能耗，提 高溫度均勻性和控制精度，解決鋼板落錘撕裂試驗(yàn)低溫處理試樣存在的實(shí)用問題。用于 落錘撕裂試驗(yàn)鋼板的低溫處理，特別適合落錘撕裂試驗(yàn)鋼板-40°C ~-80°C冷處理，也可用 于-80°C ~-90°C極端低溫冷處理。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明超低溫冷阱主視圖； 圖1-1為圖1的A-A方向剖視視圖； 圖2為圖1-1的I局部放大圖； 圖2-1為圖1-1的II局部放大圖； 圖3為本發(fā)明內(nèi)置蓋移除的超低溫冷阱俯視圖； 圖4為本發(fā)明超低溫冷阱的內(nèi)置蓋俯視圖； 圖5為本發(fā)明冷處理方式整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明冷處理方式俯視圖； 圖例：1.導(dǎo)流柵；2.超低溫冷阱槽體；3.蓄冷組件；4.側(cè)板；5.加強(qiáng)筋；6.內(nèi)置蓋； 7.蓄冷柵；8.提升桿；11.低溫槽內(nèi)腔；12.蒸發(fā)器；13.攪拌器；14.試樣支架；15.試樣隔 板；16.試樣；17.超低溫冷阱；18.活動保溫蓋；19.固定保溫蓋，20.工藝孔。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 為了加深對本發(fā)明的認(rèn)識和理解，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳 細(xì)的說明和介紹。
[0016] 實(shí)施例1 : 參見圖5、圖6, 一種用于落錘撕裂試驗(yàn)的冷處理裝置，所述冷處理裝置包括復(fù)疊式冷 機(jī)本體，所述復(fù)疊式冷機(jī)本體設(shè)置有低溫槽內(nèi)腔11，所述低溫槽內(nèi)腔的一端設(shè)置有攪拌器 13、蒸發(fā)器12,中間設(shè)置有支架14、試樣16、隔板15,所述低溫槽內(nèi)腔的另一端設(shè)置有超低 溫冷阱17,所述隔板15與超低溫冷阱17接觸的另一端間隔設(shè)置多排直徑8~15mm的貫通 孔，低溫槽內(nèi)腔上方設(shè)置固定保溫蓋和活動保溫蓋。該技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了二次冷卻，通過定向 導(dǎo)流冷卻，從而獲得高效、均勻冷卻及超低溫的試樣，并能精確、穩(wěn)定控制溫度。
[0017] 實(shí)施例2: 參見圖1、圖1-1、圖2、圖3,作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述超低溫冷阱17設(shè)置為四邊形 的中空盒裝薄殼結(jié)構(gòu)的槽體