专利名称：感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属材料冷热疲劳试验装置，尤其涉及采用中频感应加热的金属材料冷热疲劳试验装置。
背景技术：
目前金属材料冷热疲劳试验机的标准还没有。现有的金属材料冷热疲劳试验有的采用火焰加热和感应加热后，将试样快速移动到带有冷却水装置中冷却，再移动到加热装置加热，再冷却，这样反复来回试验；也有的借助齿轮淬火机床，采用人工在感应线圈和冷却水之间进行循环试验，这样劳动强度大，试验温度和时间控制精度较差，试验误差大。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置，该冷热疲劳试验装置可快速加热和自动喷淋冷却，采用红外测温仪和工控机实现试样加热温度和冷却温度的精确控制，从而克服了现有冷热疲劳试验装置试验温度和时间控制精度较差，试验误差大的缺陷。
本实用新型是这样实现的一种感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置，包括感应器、可控硅中频电源、中频变压器、测温仪、控制装置，可控硅中频电源输出接中频变压器，中频变压器输出端接感应器，测温仪对装于感应器内的试样测温后输出接控制装置，控制装置包括工控机，工控机输出信号接整流控制电路和逆变控制电路，整流控制电路和逆变控制电路输出接可控硅中频电源，其特征是感应器线圈由扁铜管、外铜排、内铜排组成，扁铜管中间开口通循环冷却水，外铜排和内铜排间夹装有上下两根扁铜管，外铜排、内铜排和上下两根扁铜管围成的腔体为喷淋冷却水管，在喷淋冷却水管的内铜排壁上开有数个喷淋冷却孔；喷淋冷却水管外接喷淋电磁阀，喷淋电磁阀由工控机输出信号控制。
上述的感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置，所述工控机输出信号接计数器，对感应器加热和喷淋电磁阀开启计数。
上述的感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置，所述测温仪为二台红外测温仪，一台测加热温度，温度范围200至1000℃，一台测冷却温度，温度范围0至500℃。
本实用新型通过变频电源和感应器，把中频电源的能量集中在金属试样表面实现快速加热，利用红外测温仪工控机实现试样加热温度的精确控制，同时结合自动喷淋淬火系统实现试样冷却快速精确的控制。因此该试验装置可以较精确模拟冶金设备、备件工作时的冷热疲劳状态，可以进行多重材料的极端冷热疲劳破坏比较试验，此外，为了能准确模拟工件的实际载荷状态，该试验机可让工件在承受冷热疲劳载荷的同时，叠加机械拉伸疲劳载荷。
本实用新型可快速加热和自动喷淋冷却，采用红外测温仪和工控机实现试样加热温度和冷却温度的精确控制，从而克服了现有冷热疲劳试验装置试验温度和时间控制精度较差，试验误差大的缺陷。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置电气控制原理图；图2为感应器结构示意图。
图中1扁铜管，2循环冷却水，3喷淋冷却水管，4喷淋冷却孔，5内铜排，6外铜排，7工控机，8整流控制电路，9逆变控制电路，10可控硅中频电源，11中频变压器，12感应器，13红外测温仪，14A/D转换器。
(五)
具体实施方式
参见图1、图2，一种感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置，包括感应器12、可控硅中频电源10、中频变压器11、测温仪13、控制装置。可控硅中频电源10输出接中频变压器11，中频变压器11输出端接感应器12。测温仪13对装于感应器12内的试样测温后输出接控制装置，测温仪13为二台红外测温仪，一台测加热温度，温度范围200至1000℃，一台测冷却温度，温度范围0至500℃。控制装置包括工控机7，工控机7输出信号接整流控制电路8和逆变控制电路9，整流控制电路8和逆变控制电路9输出接可控硅中频电源10。感应器12线圈由扁铜管1、外铜排6、内铜排5组成，扁铜管1中间开口通循环冷却水2，外铜排6和内铜排5间夹装有上下两根扁铜管1，外铜排6、内铜排5和上下两根扁铜管1围成的腔体为喷淋冷却水管3，在喷淋冷却水管3的内铜排5壁上开有数个喷淋冷却孔4；喷淋冷却水管3外接喷淋电磁阀，喷淋电磁阀由工控机7输出信号控制。工控机7输出信号接计数器，对感应器12加热和喷淋电磁阀开启计数。
参见图1，通过变频电源，把三相50Hz的交流电源转换为单相500Hz-2500Hz中频电压，此电压接在中频变压器11上，通过变压器11降压增流作用，可把中频电源的能量集中在相对较小的单位面积上。通过感应器12，可使放在感应器12内的金属试样自身发热，通过红外测温仪13测量试样的温度。当温度达到人为设置的温度后，中频电源10停止加热，这时冷却水通过喷淋电磁阀将向试样喷水降温，当温度低于100度以下时，将再次进行加热，并重复数次。
下面对主要部件详细说明1.可控硅中频电源可控硅中频电源10是一种将三相工频电能转换为单相某一频率的电能的高效变频器。采用交直交的变流模式，即通过三相可控硅全控整流桥把交流电能转换为直流电能，通过电抗器的平波作用，把直流电能输送给单相逆变器，逆变器再转换成某一所需频率的交流电能，通过控制三相整流桥可控硅导通角，就可改变输出直流电压的高低，也可以使全控桥工作在整流状态(工作状态)，有源逆变状态(停机状态)。
通过可控硅SCR7、8、SCR9、10的交替导通与关断，即可在负载中频变压器11上获得某一频率的中频电压，由于中频变压器11的自然功率因数较低，一般均在0.1左右，所以需要电容C提供一定的中频补偿电流，以使负载正常连续工作。为了方便的调整负载输出频率，以达到较好的加热效果，中频变压器11采用一次、二次匝数均可调整。一次匝数为15～6匝可调，二次匝数1匝、2匝可调。这样通过一次匝数的调节，可改变变压器11二次的输出电压及整个负载阻抗，以达到最佳的加热状态。
2.红外测温仪由于一台红外测温仪13的测温范围覆盖不了100～1000℃，所以采用了两台红外测温仪13，一台为0～500℃，一台为200～1000℃。一台专门用来测量加热温度，一台专门来测量冷却温度。显示仪表采用智能型数字显示仪表，可设置加热温度，也可显示加热温度，并有4～20mm电流信号、或0～+5V电压信号输出，也有一组开关量信号输出。红外测温仪13的测温信号经A/D转换器14后输入工控机7，从而控制加热电源停机或电磁阀喷淋冷却试样。
3.感应加热器感应器12作为中频变压器11的负载，接在变压器11二次接线板上，感应器12线圈为一匝，为了能加热、冷却同时用一只感应器线圈，感应线圈内部采用了特殊的内腔结构，参见图2。在正常加热状态下，感应器12加热时间较短，约数秒钟试样表面就可被加热到1000℃左右。感应器12的冷却由循环冷却水2铜管进行间接冷却。感应器12升温至100℃均为正常。当加热温度达到后，喷淋冷却水再通过喷淋小孔4冷却试样的同时，也冷却了感应器12。感应器12内径可根据不同规格的试样料选用不同的内径尺寸。
4.控制系统控制系统主要有中频加热电源输出功率控制，加热温度控制，冷却时间控制，试验次数控制等。
4.1中频加热电源输出功率控制对同一个试验工件，试验次数要重复试验数百或数千次，这就要求加热电源输出功率相对稳定，这样才能保证每次试验时参数的准确性与一致性。中频加热电源输出功率可通过手动功率调节来进行预置或通过工控机7来进行预置输出功率的大小，后通过反馈环节及功率采样电路来进行比较后进行自动调节，以达到每次相对稳定的输出功率。
4.2加热温度控制冷热疲劳试验的温度控制采用二个美国雷泰公司生产的TX型红外测温仪，两个红外测温仪13共同组成的测温范围可在0℃～1000℃范围内。通过测温仪13的4～20mA电流信号输出，经A/D转换器14送给工控机7，实现试样温度与加热系统数据通讯。
当测温仪13的输出信号达到设置的加热温度时，输出给工控机7的信号经工控机7判断比较后，就可以使中频加热电源的整流工作停止，使加热电源的输出功率为零，而无输出。
4.3冷却温度、试验次数控制当加热电源停止加热后，喷淋电磁阀通电，喷淋冷却水喷向试样，对试样进行冷却。试样最终冷却温度将由测温仪13来进行测量，当试样温度到达冷却温度后，喷淋冷却停止。由于在喷淋冷却时测温仪13测量误差较大，这部分控制将采用测温仪、喷淋时间、冷却时间等的模糊控制方式进行控制。
试验次数采用数字式计数器，当每次喷淋电磁阀通电时，也将此信号给计数器，计数器加1，当试验次数与预置的试验次数相当时，将发出声响信号，以提示操作者，试验装置将停止工作。
权利要求1.一种感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置，包括感应器、可控硅中频电源、中频变压器、测温仪、控制装置，可控硅中频电源输出接中频变压器，中频变压器输出端接感应器，测温仪对装于感应器内的试样测温后输出接控制装置，控制装置包括工控机，工控机输出信号接整流控制电路和逆变控制电路，整流控制电路和逆变控制电路输出接可控硅中频电源，其特征是感应器线圈由扁铜管、外铜排、内铜排组成，扁铜管中间开口通循环冷却水，外铜排和内铜排间夹装有上下两根扁铜管，外铜排、内铜排和上下两根扁铜管围成的腔体为喷淋冷却水管，在喷淋冷却水管的内铜排壁上开有数个喷淋冷却孔，喷淋冷却水管外接喷淋电磁阀，喷淋电磁阀由工控机输出信号控制。
2.根据权利要求1所述的感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置，其特征是工控机输出感应器加热和喷淋电磁阀开启信号接计数器。
3.根据权利要求1所述的感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置，其特征是测温仪为二台红外测温仪。
专利摘要本实用新型涉及金属材料冷热疲劳试验装置。一种感应加热式金属材料冷热疲劳试验装置，其可控硅中频电源输出接中频变压器，中频变压器输出端接感应器，测温仪对装于感应器内的试样测温后输出接控制装置，控制装置包括工控机，其特征是感应器线圈由扁铜管、外铜排、内铜排组成，扁铜管中间开口通循环冷却水，外铜排和内铜排间夹装有上下两根扁铜管，外铜排、内铜排和上下两根扁铜管围成的腔体为喷淋冷却水管，在喷淋冷却水管的内铜排壁上开有数个喷淋冷却孔，喷淋冷却水管外接喷淋电磁阀，喷淋电磁阀由工控机输出信号控制。本实用新型可快速加热和自动喷淋冷却，采用红外测温仪和工控机实现试样加热温度和冷却温度的精确控制。
文档编号G01N25/00GK2828797SQ20052004202
公开日2006年10月18日 申请日期2005年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者李小兵, 孙大乐, 姚利松, 范群 申请人:宝山钢铁股份有限公司