一种标准试件轴向均温段的获取方法
【专利摘要】本发明为一种标准试件轴向均温段的获取方法，实现步骤如下：(1)制作三个单独的感应加热线圈，其中两个为内径相对较小的涡旋状感应加热线圈，一个为内径较大的单匝感应加热线圈；(2)两个小径的线圈内径相同，位于试件上下两端，大径线圈位于试件中部，电流流向与两个小径的线圈相反，安装时保证三个线圈同心。所述方法能够实现对高温力学试件的均匀加热，整个考核段内最大温差在±5℃以内，可以满足高温力学试验对考核段温度均匀性的试验要求。并且该方案能够方便地调节线圈之间的轴向间距。
【专利说明】
一种标准试件轴向均温段的获取方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种标准试件轴向均温段的获取方法，属于材料高温力学性能试验等技术领域。
【背景技术】
[0002]在材料高温力学性能试验中考核段温度均匀性会对试验结果的准确性产生很大的影响，为此美国机械工程师学会(ASME)、国际标准化组织(ISO)、中国国家标准化管理委员会等国内外研究机构制订了严格地标准，如ASME E606、IS0 1211UGB/T 26077-2010等。高频电磁感应加热是材料性能测试领域一种常用的加热方法。该方法通过制作感应线圈，并连接在高频感应炉上，实现对感应线圈中心物体的加热。常用的感应线圈为数匝等直径的螺旋线圈。这种线圈，在试件长度较长时采用较多的线圈匝数，基本能够满足考核段温度均匀性的试验要求。但是对于试样长度较短标准试件来说，考核段约占试件1/3左右，而且试件夹持段一般不宜受热，因此线圈的匝数受限，通常约为3?5匝。在这种情况下，等直径的螺旋线圈加热会使考核段中部温度高、两端温度低，导致试件考核段温度均匀性差，不能满足试验要求，因此需要一种标准试件轴向均温段的获取方法。
【发明内容】
[0003]本发明技术解决问题:克服高温力学试验中传统感应加热方法温度均匀性差的缺点，提供一种标准试件轴向均温段的获取方法，实现高温力学试件考核段内均匀加热，保证高温力学试验的均温试验条件。
[0004]本发明技术解决方案:本发明为一种标准试件轴向均温段的获取方法，其特征在于实现步骤如下:
[0005](I)制作三个独立的感应加热线圈，其中两个为内径较小涡旋状感应加热线圈，一个为内径较大单匝感应加热线圈。
[0006](2)两个小径的线圈内径相同，位于试件上下两端，大径线圈位于试件中部，电流流向与两个小径的线圈相反，安装时保证三个线圈同心。
[0007 ]所述两个内径较小的祸旋状感应加热线圈的内径范围是40mm?60mm。
[0008]所述内径较大单阻感应加热线圈的内径范围是60mm?150mm。
[0009]利用所述方法能够实现对高温力学试件的均匀加热，整个考核段内最大温差在±5°C以内，满足高温力学试验(试验温度500°C?1200°C)对考核段温度均匀性的试验要求。传统感应加热线圈是一个整体，每匝线圈之间相互连接，两匝线圈之间的间距不可调节，因此每个感应加热线圈只能适用于特定考核段长度的标准试件。
[0010]本发明中三匝线圈相互独立，两两之间互不干涉，因此内径较小的涡旋状感应加热线圈与内径较大单匝感应加热线圈之间的轴向距离能够方便地调节，可以适应考核段长度不同的标准试件。并且能够方便地调节线圈之间的轴向间距。
[0011]本发明与现有技术相比最大的优点在于:传统的加热线圈为等直径感应加热线圈，由于这种线圈磁感线分布(如图1所示)为中部密集，上下两端稀疏，因此中部加热能力强，两端加热能力相对较弱，具体体现为加热时中间温度高、两端温度低，很难满足材料高温力学性能试验对均匀温度场的要求。为解决这一难题，在中部引入电流流向相反的大径线圈，其磁感线(如图2所示)与两个小径线圈的磁感线相比较较稀疏且磁感线方向相反，从而降低原磁场的中部磁感线密度，降低其中部加热能力。引入电流流向相反的大径线圈后，整个试件考核段内的磁感线分布(如图3所示)更加均匀，从而获得更加均匀的温度场。试验证明本发明设计的新型标准试件轴向均温段的获取方法能够实现对高温力学试件均匀加热，整个考核段内最大温差始终在±5°C以内，可以保证高温力学试件温度均匀的试验条件，同时由于本发明采用三个独立线圈的形式，因此可以方便调节线圈的轴向间距，而且不需要拆装试件，便可完成中部大径线圈的拆装，十分方便实用，具有一定的工程意义和实用价值。
【附图说明】
[0012]图1为等直径感应加热线圈磁感线分布图；
[0013]图2为大径单匝感应加热线圈磁感线分布图；
[0014]图3为本发明中感应加热线圈磁感线分布图；
[0015]图4为某高温力学试验标准试件图；
[0016]图5为小径涡旋状感应加热线圈图，其中(a)为线圈正视图，(b)为线圈俯视图，(C)为线圈示意图；
[0017]图6为大径单圈感应加热线圈图，其中(a)为线圈正视图，(b)为线圈俯视图，(C)为线圈示意图；
[0018]图7为本发明的标准试件轴向均温段获取方法的示意图，其中(a)为线圈示意图，(b)为线圈正视图，(C)为线圈俯视图。
【具体实施方式】
[0019]某高温力学标准试件如图4所示，试验时应尽量保证考核段温度均匀。为了获取较好的轴向均温段，本发明采用如下方法:(I)制作三个独立的感应加热线圈:其中两个为内径较小祸旋状感应加热线圈，其内径范围是40mm?60mm，(如图5所示)，一个为内径较大单Bi感应加热线圈，其内径范围是60mm?150mm，(如图6所示)(2)两个小内径的线圈内径相同，位于标准试件上下两端，大径线圈位于试件中部，电流流向与两个小径的线圈相反，安装时保证三个线圈同心，装配效果如图7所示。
[0020]为了分析传统加热方式与本发明加热方式的加热效果，利用图4所示高温力学标准试件进行了试验对比，通过多通道测温仪同时测量高温力学标准试件加热部位轴向上不同点的温度。传统线圈为采用外径为6mm的铜管弯制而成，线圈内径分别为50mm，传统方式制作的加热线圈加热高温力学标准试件时呈现出中间温度高、两端温度低的特点，轴向温差可达100°C;本方案中加热线圈同样采用外径为6mm的铜管弯制而成，在所绕制的两个小径线圈内径为50mm，大径线圈为150mm情况下，试验证明整个考核段内最大温差在±5 °C以内，可以保证高温力学标准试件温度均匀的试验条件。通过对比说明，本发明的加热方式很好的保证了高温力学试件电磁感应加热时温度场的均匀性，可以保证高温力学试验对考核段温度均匀性的试验要求。而且传统感应加热线圈是一个整体，每匝线圈之间相互连接，两匝线圈之间的间距不可调节，因此每个感应加热线圈只能适用于特定考核段长度的标准试件。本发明中三匝线圈相互独立，两两之间互不干涉，因此内径较小的涡旋状感应加热线圈与内径较大单匝感应加热线圈之间的轴向距离能够方便地调节，可以适应考核段长度不同的标准试件。
[0021]本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
[0022]以上所述，仅为本发明部分【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种标准试件轴向均温段的获取方法，其特征在于实现步骤如下: (1)制作三个独立的感应加热线圈，其中两个为内径较小的涡旋状感应加热线圈，一个为内径较大单匝感应加热线圈； (2)两个小径的线圈内径大小相同，位于标准试件上下两端，大径线圈位于试件中部，电流流向与两个小径的线圈相反，安装时保证三个线圈同心。2.根据权利要求1所述的标准试件轴向均温段的获取方法，其特征在于:所述两个内径较小的祸旋状感应加热线圈的内径范围是40mm?60mm。3.根据权利要求1所述的标准试件轴向均温段的获取方法，其特征在于:所述内径较大单Bi感应加热线圈的内径范围是60mm?150_。4.根据权利要求1所述的标准试件轴向均温段的获取方法，其特征在于:利用所述方法能够实现对高温力学试件的均匀加热，整个考核段内最大温差在±5°C以内，满足高温力学试验对考核段温度均匀性的试验要求。5.根据权利要求1所述的标准试件轴向均温段的获取方法，其特征在于:所述三匝线圈相互独立，两两之间互不干涉，内径较小的涡旋状感应加热线圈与内径较大单匝感应加热线圈之间的轴向距离能够方便地调节，可以适应考核段长度不同的标准试件，并且能够方便地调节线圈之间的轴向间距。
【文档编号】G01N1/44GK106018056SQ201610620955
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月1日
【发明人】王荣桥, 张斌, 蒋康河, 胡殿印, 申秀丽, 樊江
【申请人】北京航空航天大学