一种应用激光检测的荷软蠕变测试仪的制作方法

本实用新型涉及材料测量技术领域，具体涉及一种应用激光检测的荷软蠕变测试仪。

背景技术：

高温荷重软化温度和高温压蠕变是评价耐火材料高温性能的两项重要技术指标。荷重软化温度是指耐火材料在一定负荷下以一定速率升温时产生变形的温度，表示耐火材料同时抵抗高温和荷重作用的能力。我国目前有两类标准方法测试该性能：国家标准《GB/T 5989-2008 耐火材料荷重软化温度试验方法示差升温法》(ISO 1893:2005，IDT)以及黑色冶金行业标准《YB/T 370-1995耐火制品荷重软化温度试验方法(非示差-升温法)》、《YB/T 2203-1998耐火浇注料荷重软化温度试验方法(非示差-升温法)》。压蠕变是指耐火材料在恒定的压应力下以一定的升温速率加热并达到设定的温度，记录试样在恒定温度下随着时间而产生的高度方向上的变形量以及相对于试样原始高度的百分变化率。依据国家标准《GB/T 5073-2005耐火材料压蠕变试验方法(ISO 3187:1989，MOD)》进行测试。

上述两项国家标准分别规定了荷重软化温度和压蠕变的测试方法，根据标准内容，均采用示差升温法，所用设备构造相同，包括：电加热炉，炉膛内高温区竖直放置试样，试样上下两端分别为上垫片、压棒和下垫片、支承棒，差动内、外管和位移传感器固定在一起，差动内、外管的顶端通过试样和支承棒的中心通孔分别顶在上、下垫片上。将差动内管在试样中心孔内的一段长度随温度变化的曲线，与试验结果进行校正，能真实、准确的反映试样的变形过程。试样为中心带通孔的圆柱体，直径50㎜，高50㎜，中心孔孔径12～13㎜，并与圆柱体同轴。上述两项冶金标准均采用非示差-升温法测试耐火材料的荷重软化温度，所用设备构造相同，包括：电加热炉，炉膛内高温区竖直放置试样，位移传感器置于荷重砝码的正上方。测量的是试样、压棒、支承棒、上下垫片及各部分机构变形量的总和，再利用空白实验曲线校正结果。试样为直径36㎜或50㎜，高度50㎜的圆柱体。

在实际应用中，因为示差升温法的制样及试验操作较为繁琐，加上标准的制定、推广与非示差-升温法比较起步晚，以及行业惯例等一些因素，推广应用受到影响。而非示差-升温法虽然操作简单、应用广泛，但是影响实验准确性的因素较多，检测结果与示差升温法相比存在差异。业内认为示差升温法能真实地反映耐火材料的荷重软化温度，避免了试验设备及人为的影响因素，而且是国际标准，我国国家标准等同采用，应该大力推广，使我国耐火材料测试技术与国际上保持统一。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种应用激光检测的荷软蠕变测试仪，本装置结构简单，能够准确的检测蠕变率和荷重软化开始温度两项重要的高温性能指标，为使用单位合理选材提供依据，指导高温窑炉砌筑施工，保证生产安全，延长炉衬使用寿命，降低维护成本。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种应用激光检测的荷软蠕变测试仪，包括加热炉、实验台、变形测量装置和控制系统，加热炉设置于试验台上，加热炉内设有试验工位，试验工位上由上至下依次设有上压棒、上垫片、下垫片和下压棒，试样设置于上垫片和下垫片之间，上压棒的上端从加热炉的顶部穿出，上压棒的顶部设有砝码，砝码用于对试样施加压力和载荷，上垫片和下垫片的直径大于上压棒、下压棒和试样的直径，加热炉的炉体内设有热电偶；

其中，变形测量装置包括两个设置于试验台上的激光测距仪，两个激光测距仪分别设置于加热炉的上方和下方，加热炉的上端和下端均设有检测孔，两个激光测距仪透过检测孔，检测试样变形时上垫片和下垫片的移动距离，控制系统分别与加热炉、激光测距仪和热电偶连接；控制系统通过加热炉对试样进行加温，通过热电偶测量加热炉炉膛内的温度，通过激光测距仪测量试样在实验中的变形。

按照上述技术方案，加热炉的炉膛内均匀布设有多个加热棒。

按照上述技术方案，加热棒为U型硅钼棒，U型硅钼棒的个数为4～6个。

按照上述技术方案，所述的荷软蠕变测试仪还包括通气装置，通气装置包括刚玉管、软管和气瓶，刚玉管的一端插入加热炉的炉膛内，刚玉管的另一端通过软管与气瓶连接，气瓶内设有惰性气体。

按照上述技术方案，加热炉的上端和下端均设有检测孔，上端检测孔设置于下垫片的上方，下端检测孔设置于上垫片的下方。

按照上述技术方案，试验台上设有支撑架，支撑架包括横梁和竖梁，竖梁的下端与试验台连接固定，竖梁的上端与横梁为铰接，横梁水平设置，横梁两端均设有连杆，横梁外端的连杆上固设有配重砝码，横梁内端的连杆上固设有托盘，托盘设置于上压棒的上方，托盘用于盛装砝码。

按照上述技术方案，加热炉内设有多个实验工位，每个实验工位均对应设有相应的支撑架、砝码、配重砝码和激光测距仪。

按照上述技术方案，检测孔上设有耐高温玻璃，用于密封。

本实用新型具有以下有益效果：

1.本装置结构简单，操作方便。在加温和加压的同时，利用激光测距仪直接测量试样形变，能够准确的检测蠕变率和荷重软化开始温度两项重要的高温性能指标，使得测试结果能够真实、准确的反应耐火材料的实际使用性能，为使用单位合理选材提供依据，指导高温窑炉砌筑施工，保证生产安全，延长炉衬使用寿命，降低维护成本。在行业内起到示范作用，具有推广价值，能够带来较好的经济效益和社会效益。

2.通气装置能够实现气氛实验，例如在实验中通入惰性气体，防止含碳试样的氧化，能够一次检测多个试样。

附图说明

图1是本实用新型实施例中应用激光检测的荷软蠕变测试仪的主视图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的K局部示意图；

图4是本实用新型实施例中测试仪控制系统的结构示意图；

图中，1-钢制外壳，2-耐火炉衬，3-炉门，4-炉门砖，5-U型硅钼棒，6-B型热电偶，7- 下压棒，8-下垫片，9-试样，10-上垫片，11-上压棒，12-加热炉，13-支撑架，14-实验台，15- 横梁，16-竖梁，17-螺杆，18-连杆，19-托盘，20-砝码，21-配重砝码，22-激光测距仪，23- 检测孔，24-工业控制机，25-控制柜，26-刚玉管，27-软管，28-气瓶，29-调平地脚。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参照图1～图4所示，本实用新型提供的一个实施例中的应用激光检测的荷软蠕变测试仪，包括加热炉12、实验台14、变形测量装置和控制系统，加热炉12设置于试验台上，加热炉 12内设有试验工位，试验工位上由上至下依次设有上压棒11、上垫片10、下垫片8和下压棒7，试样9设置于上垫片10和下垫片8之间，上压棒11的上端从加热炉12的顶部穿出，上压棒11的顶部设有砝码20，砝码20用于对试样9施加压力和载荷，上垫片10和下垫片8 的直径大于上压棒11、下压棒7和试样9的直径，加热炉12的炉体内设有热电偶；

其中，变形测量装置包括两个设置于试验台上的激光测距仪22，两个激光测距仪22 分别设置于加热炉12的上方和下方，加热炉12的上端和下端均设有检测孔23，两个激光测距仪22透过检测孔23，检测试样9变形时上垫片10和下垫片8的移动距离，控制系统分别与加热炉12、激光测距仪22和热电偶连接；控制系统通过加热炉12对试样9进行加温，通过热电偶测量加热炉12炉膛内的温度，通过激光测距仪22测量试样9在实验中的变形。

进一步地，加热炉12的炉膛内均匀布设有多个U型硅钼棒5，作为加热元件。

进一步地，U型硅钼棒5的个数为4～6个。

进一步地，加热炉12的外壳为钢制材料，加热炉12的炉衬为耐火材料，热电偶为B型热电偶6，插入至加热炉12内，进行测温。

进一步地，所述的荷软蠕变测试仪还包括通气装置，通气装置包括刚玉管26、软管27 和气瓶28，刚玉管26的一端插入加热炉12的炉膛内，刚玉管26的另一端通过软管27与气瓶28连接，气瓶28内设有惰性气体。

进一步地，加热炉12的上端和下端均设有检测孔23，上端检测孔23设置于下垫片8的上方，下端检测孔23设置于上垫片10的下方。

进一步地，试验台上设有支撑架13，支撑架13包括横梁15和竖梁16，竖梁16的下端与试验台连接固定，竖梁16的上端与横梁15的铰接，横梁15水平设置，横梁15两端均设有连杆18，横梁15外端的连杆18上固设有配重砝码，横梁15内端的连杆18上固设有托盘 19，托盘19设置于上压棒11的上方，托盘19用于盛装砝码20；当托盘19内添加不同重量的砝码，对上压棒11施压不同的力，从而通过上压棒11对试样9施加载荷。

进一步地，竖梁通过螺杆17与横梁铰接。

进一步地，加热炉12内设有多个实验工位，每个实验工位均对应设有相应的支撑架13、砝码20、配重砝码21和激光测距仪22。

进一步地，实验工位的个数位2个。

进一步地，检测孔23上设有耐高温玻璃，用于密封。

进一步地，控制系统包括工业控制机和控制柜。

本实用新型的工作原理：

由于非示差法测试荷重软化温度的冶金行业标准制定较早，经过多年的推广和数据积累，在耐火材料行业内得到了认可，在耐火材料检测时习惯性的采用此方法。采用该方法的测试仪，位移传感器置于荷重砝码的正上方。测量的是试样9、压棒、支承棒、上垫片10、下垫片8及施加负荷的机械系统在一维纵向上变形量的总和。

示差升温法的制样及试验操作较为繁琐，加上标准的制定、推广与非示差-升温法比较起步晚，以及行业惯例等一些因素的影响，推广应用受到局限。该方法通过差动内、外管和位移传感器，可直接测量试样9加下垫片8的变形量，再通过标准物质的形变曲线进行校正，能真实、准确的反映试样9的变形过程。

非示差-升温法操作简单、应用广泛，现有检测设备大多采用黑色冶金行业标准的非示差 -升温法，但是该方法影响实验准确性的因素较多，检测结果的可靠性、准确性较差。业内认为示差升温法能真实地反映耐火材料在高温和压应力同时作用下的形变，避免了试验设备及人为的影响因素，而且是国际标准，我国国家标准等同采用，应该大力推广，使我国耐火材料测试技术与国际上保持统一。

本实用新型设计的一种应用激光检测的荷软蠕变测试仪采取的技术方案是：

(1)本实用新型设计基于国家标准示差升温法对荷软蠕变测试仪进行了重新设计和改良。

(2)测试仪器由加热炉12及实验台14、变形测量装置、控制系统、通气装置四部分组成。

(3)加热炉12由钢制外壳1、耐火炉衬2、左右两侧炉门3、炉门砖4组成。炉膛内均匀布置4根～6根U型硅钼棒5(根据实验工位与炉膛大小决定)作为加热元件。炉体正中有圆形小孔，插入B型热电偶6进行测温。

(4)炉膛内部横向均匀布置2～4个实验工位，相应炉体顶部有2～4个圆形孔用于放置压棒。实验工位至下而上分别为下压棒7、下垫片8、试样9、上垫片10、上压棒11。下压棒7、试样9、上压棒11均为圆柱体，直径相等。

(5)下垫片8、上垫片10直径比试样9大。

(6)加热炉12与支撑架13均安装于实验台14上。

(7)支撑架由横梁15和竖梁16构成，横梁15正中间位置与竖梁16采用可转动的螺杆 17连接，利用杠杆原理由砝码对试样施加载荷。

(8)横梁15前、后端对称设置钢质连杆18，前端连杆18下部连接托盘19，用于放置砝码20，托盘19下部布置了耐火毡，防止高温对装置的影响。

(9)砝码20对试样施加载荷，根据实验要求进行增减。

(10)横梁15后端为配重砝码21，与连杆18固定，配重砝码21的质量等于横梁15前端托盘19再加1kg砝码的质量。横梁15前端未加砝码时，后端比前端重，使前端抬起，方便装样。

(11)实验时，需将砝码20、试样9、下压棒7、上压棒11的中心点在同一轴心线上对齐。以保证加荷装置能沿上压棒11、试样、下压棒公共轴心线竖直施加压力。

(12)变形测量装置采用一组激光测距仪22，上部激光测距仪22固定在支撑架13上，下部激光测距仪22固定在实验台14上。上、下激光测距仪22对应的炉壳位置均开有检测孔 23，用耐高温玻璃封闭，使激光能够进入炉膛。上部激光测距仪22测量其到下垫片8的距离，下部激光测距仪22测量其到上垫片10的距离，经过简单的运算能够得到试样高度方向的形变。

(13)多个实验工位均配置相同的支撑架13、砝码20、配重砝码21、激光测距仪22等装置，本次实验装置示意图实验工位的个数为2个。

(14)控制系统主要由工业控制机24、控制柜25组成。与加热元件U型硅钼棒5、测温元件B型热电偶6、变形测量装置激光测距仪22相连，实现自动测温、升温、控温、测量试样形变。

(15)通气装置包括刚玉管26、软管27、气瓶28，刚玉管26通过加热炉12侧面小孔插入炉膛内，外端与软管27、气瓶28依次相连。

(16)实验台14下部设置有调平地脚29。

(17)为防止垫片与压棒经过高温实验后粘连，可在它们之间放置一张圆形薄纸。

(18)按照国家标准规定的实验程序步骤进行荷重软化温度或压蠕变试验，并记录试验结果。

综上所述，设计的一种应用激光检测的荷软蠕变测试仪，与现有试验设备相比，构造简单，测试结果精确度高，利用激光测距仪直接测量试样形变，避免了非示差法和示差法利用位移传感器间接测量带来的误差，克服了非示差法实验设备的检测数据误差大的毛病，同时解决了示差法制样、操作繁琐，设备结构复杂的缺点。该荷软蠕变测试仪效率高，能够一次检测多个试样，并配置了通气装置，能够进行气氛实验，如在实验中通入惰性气体，防止含碳试样的氧化。

设计的测试仪能够准确的检测蠕变率和荷重软化开始温度两项重要的高温性能指标，使得测试结果能够真实、准确的反应耐火材料的实际使用性能。为使用单位合理选材提供依据，指导高温窑炉砌筑施工，保证生产安全，延长炉衬使用寿命，降低维护成本。在行业内起到示范作用，具有推广价值，能够带来较好的经济效益和社会效益。

以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。