[1]Изобретение относится к области прочностных свойств материалов при высоких температурах, в частности к конструкциям вакуумных индукционных испытательных установок с рабочими температурами до 1200°С.
[2]Известна представленная фирмой Walter+bai ag (w+b) высокотемпературная установка для испытания механических свойств материалов при высоких температурах на воздухе в условиях индукционного нагрева испытуемого образца.
[3]Дан общий вид установки и показан процесс проведения испытания образца.
[4]Каркас установки состоит из жесткой сварной рамы, где по вертикально расположенным винтам перемещается подвижная траверса. На ней установлен захват (нижний), где закрепляется образец. Второй захват (верхний) установлен соосно с нижним на верхней балке рамы и непосредственно связан с датчиком силы.
[5]Пневмозахваты цанговые надежно удерживают образец, размещенный в центре ВЧ индуктора, который закреплен на отдельной стойке рядом.
[6]Два индентора экстензометра подходят к расчетной части образца и определяют деформацию его во время испытания.
[7]При подаче напряжения на ВЧ индуктор образец разогревается до рабочей температуры, экстензометр замеряет деформацию (термодеформацию), а при движении нижней траверсы вниз происходит разрушение образца с записью полной его деформации.
[8]Недостатками данной конструкции являются невысокая рабочая температура, испытания на воздухе, неравномерное распределение температуры по образцу из-за разницы шага витков в ВЧ индукторе, отсутствие защитных экранов.
[9]Задача изобретения - повышение рабочей температуры на испытуемом образце до 4000°С в вакуумной камере.
[10]Решение этой задачи достигается тем, что в вакуумную водоохлаждаемую камеру установлен источник индукционного нагрева - ВЧ индуктор.
[11]Камера выполнена в виде цилиндра с двумя боковыми крышками, которые плотно, через резиновые уплотнения, прилегают к корпусу камеры и прижимаются к ней замками.
[12]ВЧ индуктор установлен по центру камеры. Соосно с ним расположены верхняя и нижняя тяги. Верхняя тяга соединена с датчиком силы, нижняя (подвижная) тяга обеспечивает перемещение образца. На концах тяг установлены захваты, удерживающие образец.
[13]На чертеже представлена вакуумная камера с источником нагрева - ВЧ индуктором.
[14]Камера полностью выполнена из нержавеющей стали, по торцам ее корпуса 1 проточены кольцевые канавки для вакуумных уплотнений 2.
[15]Неподвижная крышка 3 плотно прижата к корпусу камеры замком (не показано), но аналогично позиции 20.
[16]На дне камеры, по центру, расположен держатель теплового экрана 4. несъемная часть теплового экрана 5 должна устанавливаться в паз плотно, т.к. через две прорези в нем проходит ВЧ индуктор.
[17]Нижняя тяга захвата 6 с минимальным зазором проходит через держатель теплового экрана. Это необходимо для того, чтобы избежать падение разрушенного образца 19 на ВЧ индуктор.
[18]ВЧ индуктор введен в вакуумную камеру через стальной стакан 7, герметично установленный в неподвижной крышке 3 с помощью уплотнения 8, обжатого гайкой 13. Внутри стакана размещены два текстолитовых изолятора 9, между которыми находится вакуумное уплотнение 10. Это уплотнение через втулку 11 поджимается гайкой 12 и плотно обжимает трубки ВЧ индуктора.
[19]В верхней части камеры расположен корпус силоизмерителя 15, а ниже, в самой камере, на верхнем захвате 18 расположен экран 16, который может лежать на самом захвате. Его ставят для защиты внутренней поверхности 14 камеры от напыления со стороны образца.
[20]Смотровое окно 17 имеет шторку (не показана) для того, чтобы не перегрелось стекло и уплотнение. Шторка открывается лишь в момент контроля температуры образца пирометром.
[21]Испытуемый образец 19 устанавливается в захваты.
[22]При использовании ВЧ индуктора необходимо исключить замыкание его витков. Причиной замыкания в нашем случае может послужить часть разрушенного при разрыве образца, выпавшего из захвата.
[23]Учитывая это, необходимо выполнить верхний захват закрытым. Это известная форма захвата, когда два полусухаря с гнездами под образец и тягу после их установки на тяге фиксируются цилиндром, образуя неразъемное соединение при нагружении образца.
[24]Нижний захват можно выбрать любым, так как разорванный образец и захват лежат ниже ВЧ индуктора.
[25]Подвижная крышка 21 уплотняется и поджимается замком 20.
[26]В нижней части камеры условно показан механизм перемещения нижней тяги 22. Конструкция вакуумных испытательных установок является известной; она не составляет предмета патентной охраны и поэтому в настоящей заявке не раскрыта.
[27]Вакуумная камера с индукционным нагревом работает следующим образом.
[28]В камеру напускают воздух (в выключенном состоянии система находится под вакуумом, кроме форвакуумного насоса) и открывают подвижную крышку 21. Концевые выключатели на крышке отключают высокочастотный генератор.
[29]Снимают ближайшую половину теплового экрана 5, после чего вынимают из захватов 6 и 18 испытанный образец 19.
[30]Протирают внутренние поверхности камеры 1 спиртом и в захваты 6 и 18 устанавливают новый образец 19, после чего в держатель экрана 4 помещают снятую вторую половину теплового экрана 5.
[31]Закрывают подвижную крышку 21 и прижимают ее замком 20.
[32]После этого подключают форвакуумный и диффузионный насосы и обеспечивают необходимый вакуум в рабочей камере. При достижении необходимого вакуума включают высокочастотный генератор и проводят нагрев образца. Контроль температуры осуществляют пирометром. При достижении заданной температуры проводят выдержку образца и его испытание.
[33]При применении индукционного способа нагрева зона максимального нагрева ограничивается высотой ВЧ индуктора, одновременно существенно упрощается задача с тепловыми экранами. Для самого корпуса камеры не требуется многослойная защита из тугоплавкого материала. Процесс нагрева испытуемого образца может идти со скоростью до 100°С в секунду.
[34]Рабочая часть образца должна полностью находиться в зоне нагрева ВЧ индуктора, что необходимо для получения заданной и стабильной температуры на его расчетной длине.
