[发明专利]一种对整体零部件进行耐热疲劳试验的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别涉及一种对整体零部件进行耐热疲劳试验的系统及方法。

背景技术

气缸体、气缸盖、排气管等是发动机的主要零部件，其耐热疲劳性能的好坏直接影响发动机的整体品质。发动机的零部件一旦进行材料变更或结构更改都必须进行模拟工况的可靠性试验。气缸体、气缸盖、排气管等零部件需要在高温下工作，因此，对于这些零部件的材料变更或结构改进，均需要进行耐热疲劳试验。目前对发动机气缸体、气缸盖、排气管等零部件的耐热疲劳试验有如下方式。

第一种是在发动机台架试验机上做可靠性试验，这种方式需要针对每种结构或材料的零部件装配到一台发动机上，然后连接到台架试验机上进行可靠性试验。针对每种结构或材料的零部件装配一台发动机，试验成本很高；并且一次试验只能对一个零部件进行试验，正常情况下每次试验需要耗时500小时，对不同结构或材料的同一种零部件全部做一次试验，周期很长，效率很低；不能同时对同一种零部件的不同结构或材料进行试验，无法保证试验条件相同，且无法进行直接对比，这样的试验误差较大。

第二种是在将零部件的局部取薄片后加工为结构相同的标准试样，或将与该零部件材质相同的试块加工成结构相同的标准试样，将标准试样在小型加热装置（加热温度在200℃以下）内加热到设定温度后，再用水或空气的方式冷却停留一段时间，如此反复做冷热冲击疲劳试验，根据热疲劳裂纹萌生的早晚和扩展速率做出判定。

金属材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后发生部分或完全断裂，断裂包括裂纹的萌生与扩展的过程。

由于这种方式中的小型加热装置的最高温度在200℃以下，而气缸体、气缸盖、排气管的工作温度在500℃以上，因此无法模拟这些零部件在实际工况下的零部件的热疲劳情况；这种方式无法反应同一种材料的不同结构的零部件的热疲劳性能，因此试验结果准确度欠佳；试验时需要专人在现场操作，每隔数分钟一个冷热循环，每次均需要操作人员从加热装置取出样件并放入水中冷却，然后再放回加热装置内，工作强度高，且效率低。

另外，还有一种气缸盖的热疲劳试验机，根据气缸盖上的温度场分布情况在相应位置钻出若干个通孔，用于安装热电偶，在PLC系统上设置各个部位的加热温度和冷却时间等参数，然后通过线圈对缸盖底面的燃烧室区域进行循环式的加热和空冷以评判裂纹萌生和扩展情况。这种方式只能对气缸盖做试验，通用性差；每次仅能试验一缸，为避免对临近缸造成影响，只能对不相邻的两个缸进行试验，如六缸的气缸盖只能对第二和第五缸进行试验，无法确定未做试验的那些缸是否存在薄弱位置；不同的气缸盖的温度场分布不同，需要准备专用的线圈，且热电偶仅能一次性使用，试验成本高；每次仅能试验一个气缸盖，不能同时对采用不同结构或不同材料的气缸盖方案进行试验，无法保证它们的试验条件完全相同，且无法直接对比，对评判各方案的优劣有一定影响。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种零部件整体耐热疲劳的试验系统及方法，从而克服发动机气缸体、气缸盖、排气管等零部件的耐热疲劳试验效率低、准确度欠佳的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种对整体零部件进行耐热疲劳试验的方法，方法包括如下步骤：提供试验系统，其包括PLC控制器、自动吊运机构、加热炉、水箱和容置装置，容置装置设有多个容置腔；通过PLC控制器设置试验系统的试验模式，加热炉的预定加热温度、加热炉的预定保温时间、容置装置在水箱中的预定冷却时间；将同一种类型的零部件组放置在容置装置的多个容置腔内，零部件组包括不同材料或不同结构的多个零部件，启动试验系统，将容置装置放置到加热炉内；将容置装置内的零部件加热至预定加热温度，并在加热炉内保温预定保温时间；将容置装置移动至加热炉外，自动吊运机构将容置装置吊运至水箱内；使容置装置在水箱内停留至预定冷却时间，然后通过自动吊运机构将容置装置吊运至加热炉外；将容置装置放入加热炉内，对零部件进行加热；重复如上操作直至试验系统完成预定总循环次数；通过确定零部件的裂纹情况或热疲劳裂纹萌生与扩展速率来评判零部件组。

优选地，上述技术方案中，PLC控制器设有定时观察模式，定时观察模式设置了多个循环节点，如果PLC控制器为定时观察模式，在多个循环节点，当容置装置从水箱吊运至加热炉外时，试验人员观察每个零部件的裂纹萌生与扩展情况。