[发明专利]一种可在线观测的高效冷热疲劳试验装置及方法

权利要求书

1.一种可在线观测的高效冷热疲劳试验装置，其特征在于冷热疲劳试验装置由可旋转轮毂（1）、强风装置(2)、位置成像观察记录仪(3)、辐条(4)、感应加热炉炉体(5)、红外测温仪(6)、试样(7)、冷却剂容器(8)、传送带(9)、无极变频电动机(10)组成，分为加热装置、试样夹持装置、传动装置、冷却装置以及在线观测装置五部分；加热装置为分段式非完整圆环型环型感应加热炉；试样夹持装置包括旋转轮毂、辐条；传动装置包括传送带、无极变频电动机；在线观测装置包括位置成像观察记录仪、红外测温仪；冷却装置即冷却剂容器；冷热疲劳试验装置的最上方是加热装置，采用非完整圆分段式环型感应加热炉；环型感应加热炉炉体的入口端部，设置强风装置、位置成像观察记录仪；强风装置用来干燥试样，位置成像观察记录仪用来对试样表面进行在线观察，可对试样表面进行图像采集，观测试样表面形貌，尤其是对疲劳裂纹的形成及扩展的观测；环型感应加热炉炉体的出口端设置红外测温仪，用来测量试样在进入淬火介质前的温度，以保证达到规定的淬火加热温度；环型感应加热炉炉体的下方，设置淬火冷却介质容器，用来进行淬火试验过程；分段式环型感应加热炉对试样加热，入口段温度可根据试样尺寸及形状进行调节，高于目标温度30-50℃，以提高试样加热效率。

2.根据权利要求1所述一种可在线观测的高效冷热疲劳试验装置，其特征在于环型感应加热炉炉体的回转圆心部位，设置可旋转轮毂，轮毂的前侧装载辐条，辐条对试样进行夹持，辐条的数量根据实验需要来确定；轮毂的后侧设置皮带或者飞轮，用来连接传动装置，传动装置的另一端连接无极变频电动机，通过电动机的转动，来实现轮毂带动辐条，进而带动试样在环型感应加热炉中的转动。

3.根据权利要求1所述一种可在线观测的高效冷热疲劳试验装置，其特征在于分段式非完整圆环型环型感应加热炉温度控制区域分为2-4段；圆环回转角度在180-270°之间；环型感应加热炉的试样出口侧炉段温度设为目标温度，试样入口侧炉段温度要求高于目标温度30-50℃，以充分利用高温加热效果，提高加热速率，以保证实验温度的准确性，加热炉炉体一侧开口，试样通过可旋转轮毂带动的辐条夹持通过开口侧进入加热炉。

4.根据权利要求1或2所述一种可在线观测的高效冷热疲劳试验装置，其特征在于试样夹持辐条为套管式可伸缩设计，辐条实际长度根据试样类型及尺寸进行调节；辐条安装在轮毂上，轮毂由无极变频电机驱动，根据加热炉工况计算试样在加热炉中的运动速度，以此来调整轮毂旋转速度，运动速度为0.15-0.2°/s，以保证试样在加热炉中的加热效果；轮毂上辐条数量为8-30根，以达到最大的试验效率。

5.根据权利要求1所述一种可在线观测的高效冷热疲劳试验装置，其特征在于淬火剂容器尺寸及淬火剂深度根据试样形状及尺寸确定，淬火时，要使得试样刚好没于淬火剂中；淬火剂容器内部设有溶液冷却装置，以保障淬火过程中淬火剂温度不变，淬火剂选择水或者油作为淬火冷却介质。

6.根据权利要求1所述一种可在线观测的高效冷热疲劳试验装置，其特征在于试样每次淬火结束，在出淬火剂液面后设置强风装置，对试样进行吹干；试样吹干后在进入感应加热炉之前设有一实验观察区，进行试样的在线观测；利用位置成像记录仪进行观测拍照，记录热疲劳裂纹的形核和扩展过程，以及记录裂纹形貌及测量热疲劳裂纹扩展速率。

7.如权利要求1所述一种可在线观测的高效冷热疲劳试验装置的测试方法，其特征在于实验过程为：

1）试样安装与运动调试：

将试样安装在辐条支架上，调整支架长度，使所有试样处于加热炉内部适当的位置；启动驱动电机，使试样运动，保证试样在加热炉中的位置处于炉膛中心；

2）淬火槽位置及液面调整：

试样运动调整好后，根据试样运动轨迹，确定淬火槽位置及淬火剂液面高度，使试样能够完全没入淬火槽中，同时淬火槽壁不影响试样的运动；

3）环型感应加热炉温度设定：

确定好试样及淬火槽位置后，使加热炉开始工作，根据试样大小，设置环形感应加热炉试样出口段温度设为目标温度，试样入口段温度要求高于设定温度，保证试样淬火时的温度；

4）试样运动速度调整：

加热炉温度设定好后，进行预实验，利用红外温度计测量试样加热后进入淬火槽前的温度，在试样运动速度满足0.15-0.2°/s要求的情况下，使试样温度达到预定要求，既保证试样淬火效果，又保证实验效率。