适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置的制作方法

本发明涉及一种可适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，具有高控温精度、全场均匀加热、快速加热、适用于复杂型面的优点，可面向航空航天、能源动力装备等领域涉及大量的轴件、管件、焊接件等结构开展焊接部位去应力处理、整体或局部退火热处理、表面高温淬火处理、表面涂层固化处理等，能有效提升轴件、管件、焊接件等的热处理技术水平。

背景技术：

航空航天、能源动力装备等领域涉及大量的轴件、管件、焊接件等，例如燃气轮机的轴承、航空发动机的主轴、航天飞机的喷管、核电装备的高温管道等。这些高端装备的轴件、管件、焊接件等在生产过程中，不可避免地要经过各类热处理，包括焊接部位去应力处理、整体或局部退火热处理、表面高温淬火处理、表面涂层固化处理等。目前常见的热处理方式有两种：火焰枪加热和电热带加热。火焰枪加热是通过喷嘴将火焰或者是把燃烧后炽热的气体喷射到工件表面，将其迅速加热至高温的热处理工艺。这种方法加热速度快，设备简单，灵活性较高，一般用于表面淬火，所用燃料和助燃剂通常为氧-乙炔燃料。然而，在实际使用中，火焰枪每次只能对小面积区域进行加热，工件表面的温度也很难均匀、噪音大，同时在加热中容易引入有害气体杂质。此外，这种方式对工艺要求高，人工操作经验要求高。另一种方式是电热带加热，电热带通过内部的电阻丝对工件表面进行热处理，但其控温精度很低，误差常常大于20℃，无法满足航空航天等高端装备制造的控温要求。此外，电热带升温速率低、能耗大，无法满足快速热处理的要求。综述所述，对轴件、管件、焊接件而言，热处理过程中的加热面积、升温速率、控温精度、有害杂质引入等都会对其性能造成影响，因此，有必要面向高端装备中轴件、管件及焊接件，开发一种具有高控温精度、全场均匀加热、快速加热、适用于复杂型面等优点的热处理装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中对对轴件、管件、焊接件热处理的不足，提供了一种适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，具有全场均匀加热、快速加热、清洁加热无污染、不会引入杂质、无噪音、高控温精度(1℃)的优点，可面向航空航天、能源动力等领域重大装备中各种尺寸的轴形、环形及焊接件等结构开展不同需求的热处理。

本发明采用如下技术方案来实现的：

适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，包括至少一个加热模块，单个加热模块包括石英材质主体，该石英材质主体内开设有平行设置的水冷槽和加热槽，水冷槽的两端分别开设有水冷槽入水口和水冷槽出水口，并通过石英材质主体的一个侧面引出，加热槽内镶嵌有石英灯加热器，且石英灯加热器的两端通过陶瓷绝缘保护头与石英材质主体固定在一起，石英灯加热器的电线从石英材质主体中引出。

本发明进一步的改进在于，石英材质主体的两端分别设置有金属夹具。

本发明进一步的改进在于，石英材质主体呈长条状。

本发明进一步的改进在于，水冷槽入水口和水冷槽出水口引出的侧面远离加热槽。

本发明进一步的改进在于，石英灯加热器的外壁采用可透红外光线、高温软化温度为1600℃的石英玻璃，其中的钨发热丝通电后辐射出红外光线，并能够穿过透明的石英材质主体。

本发明进一步的改进在于，使用时，该柔性加热装置针对不同形状的轴状、环状、单向非均匀表面形状的加热试样，将多个加热模块安装在不同曲率的金属基座上，进行单个加热模块的组合排布来实现辐射热处理。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，由至少一个标准的加热模块组装而成，可根据不同的零件曲率半径拼接成不同曲率的加热装置，能够实现全场均匀加热、清洁加热无污染，并且不会引入杂质、无噪音，可面向各种尺寸的轴形、环形、焊接件等结构工件进行去应力、退火处理、预热、烘干热处理等，能极大提高目前此类结构件的热处理水平。

进一步，石英材质主体两侧有金属夹具，便于进行模块化拼接。

进一步，石英灯加热器的外壁采用可透红外光线、高温软化温度为1600℃的石英玻璃，其中的钨发热丝通电后辐射出红外光线，并穿过透明的石英材质主体，辐射加热试样。同时，石英材质主体中的水冷槽为石英灯加热器的外壳石英玻璃提供降温。

综上所述，本发明可取代传统火焰枪和电热带热处理技术，能根据不同的零件曲率半径拼接成不同曲率的加热装置，对被测试样进行远程非接触式加热，并通过内部的冷却水槽对石英灯加热器进一步降温，能够实现全场均匀加热、清洁加热无污染，并且不会引入杂质、无噪音，极大拓展了目前此类构件的热处理能力。

附图说明

图1为本发明单个加热模块的结构正视图；

图2为本发明单个加热模块的结构右视图；

图3为本发明单个加热模块的结构俯视图；

图4为本发明小型轴件加热正视图；

图5为本发明小型轴件加热等轴测视图；

图6为本发明大型轴件加热正视图；

图7为本发明大型轴件加热等轴侧视图；

图8为本发明单向非均匀表面试样加热正视图；

图9为本发明单向非均匀表面试样加热等轴侧视图。

附图标记说明：

1为石英灯加热器的电线，2为水冷槽入水口，3为水冷槽出水口，4为水冷槽，5为石英材质主体，6为石英灯加热器，7为金属夹具，8为陶瓷绝缘保护头，9为金属基座，10为加热试样。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步的说明。

如图1至图9所示，本发明提供的适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，单个加热模块由8个部分组成，如图1至图3所示，包括石英灯加热器的电线1、水冷槽入水口2、水冷槽出水口3、水冷槽4、石英材质主体5、石英灯加热器6、金属夹具7和陶瓷绝缘保护头8。

在单个加热模块中，石英灯加热器6与水冷槽3安装在石英材质主体5上。水冷槽入水口2与冷水冷槽出水口3连接在水冷槽4上，提供冷却水流动通道。水冷槽4的材料为石英管，具有良好的耐热能力，通道中的冷却水流动带走从石英灯加热器6表面传递来的热量，使石英灯管表面的温度下降到软化温度以下，为石英灯加热器6提供冷却。石英灯加热丝为钨发热丝，位于石英灯加热灯管6的中轴线上，与两侧的陶瓷绝缘保护头4相连。石英灯加热器6中的钨发热丝产生的红外光通过石英材质主体向外辐射，对实验试样进行辐射热处理。

针对不同形状的轴状、环状、单向非均匀表面等特殊形状的加热试样10，热处理加热过程如图4至图9所示。根据待热处理试样的不同形状，将多个加热模块安装在不同曲率的金属基座9上，进行单个加热模块的组合排布来实现辐射热处理。

本发明提供的一种可适用于不同曲率耐高温结构的柔性加热装置，通过模块化的设计，可根据不同的零件曲率半径拼接成不同曲率的加热装置，并结合石英灯辐射加热技术，能够实现全场均匀高精度加热与控温、清洁加热无污染，并且不会引入杂质、无噪音，极大提高了目前此类结构件的热处理能力。

技术特征：

1.适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，其特征在于，包括至少一个加热模块，单个加热模块包括石英材质主体(5)，该石英材质主体(5)内开设有平行设置的水冷槽(4)和加热槽，水冷槽(4)的两端分别开设有水冷槽入水口(2)和水冷槽出水口(3)，并通过石英材质主体(5)的一个侧面引出，加热槽内镶嵌有石英灯加热器(6)，且石英灯加热器(6)的两端通过陶瓷绝缘保护头与石英材质主体(5)固定在一起，石英灯加热器的电线(1)从石英材质主体(5)中引出。

2.根据权利要求1所述的适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，其特征在于，石英材质主体(5)的两端分别设置有金属夹具(7)。

3.根据权利要求1所述的适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，其特征在于，石英材质主体(5)呈长条状。

4.根据权利要求1所述的适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，其特征在于，水冷槽入水口(2)和水冷槽出水口(3)引出的侧面远离加热槽。

5.根据权利要求1所述的适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，其特征在于，石英灯加热器(6)的外壁采用可透红外光线、高温软化温度为1600℃的石英玻璃，其中的钨发热丝通电后辐射出红外光线，并能够穿过透明的石英材质主体。

6.根据权利要求1所述的适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，其特征在于，使用时，该柔性加热装置针对不同形状的轴状、环状、单向非均匀表面形状的加热试样(10)，将多个加热模块安装在不同曲率的金属基座(9)上，进行单个加热模块的组合排布来实现辐射热处理。

技术总结
本发明公开了一种适用于不同曲率轴件、管件及焊接结构的柔性加热装置，包括至少一个加热模块，单个加热模块包括石英材质主体，该石英材质主体内开设有平行设置的水冷槽和加热槽，水冷槽的两端分别开设有水冷槽入水口和水冷槽出水口，并通过石英材质主体的一个侧面引出，加热槽内镶嵌有石英灯加热器，且石英灯加热器的两端通过陶瓷绝缘保护头与石英材质主体固定在一起，石英灯加热器的电线从石英材质主体中引出。本发明具有全场均匀加热、快速加热、清洁加热无污染、不会引入杂质、无噪音、高控温精度(1℃)的优点，可面向航空航天、能源动力等领域重大装备中各种尺寸的轴形、环形及焊接件等结构开展不同需求的热处理。

技术研发人员：江鹏;孙帆;杨镠育;王铁军
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2020.06.22
技术公布日：2020.11.10