Устройство для изучения термической усталости металлов при повторных циклах нагрев-охлаждение » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Устройство для изучения термической усталости металлов при повторных циклах нагрев-охлаждение

18.05.2021

Детали машин и механизмов, работающие в нагретом состоянии, практически всегда испытывают колебания температуры. Пределы этих колебаний и частота их повторения зависят от условий эксплуатации. Строго говоря, инженерные сооружения, в которых имеются подвергающиеся нагреву элементы, всегда необходимо изготовлять, учитывая неизбежные изменения температуры во время службы. Отсутствие такого учета и экспериментальной проверки материалов в тепловых режимах, моделирующих условия работы, может оказаться причиной аварий, вызываемых развитием «сверхвысокой пластичности». Это явление обнаружено нами при изучении влияния адсорбции примесей границами зерен.

Для испытаний образцов при циклических колебаниях температуры в заданных экспериментатором пределах с одновременным наблюдением за микроструктурой в процессе опыта можно использовать установки, описанные ранее. Однако в этих случаях для автоматического сохранения заданного режима необходимо дооборудование электрической схемы специальным прибором.

На рис. 123 приведена принципиальная схема установки ИМАШ-5М, в систему управления которой встроен прибор, разработанный А.Е. Федоровским и автором. Этот прибор позволяет выдерживать предельные температуры нагрева и охлаждения (в интервале 1600—20 °С) образца с точностью ±0,5%. а также обеспечивает выдержку образца продолжительностью до 120 сек. (путем установки на шкале моторного реле времени типа РВ-3 требуемой экопозиции). В тех случаях, когда необходима более продолжительная выдержка, например до 30 мин., можно применить другое реле времени такого же типа, но со шкалой на 30 мин.

Принципиальная электрическая схема прибора для автоматического управления циклическим нагревом приведена на рис. 124. В схеме применены четыре кодовых реле и одно моторное реле времени типа РВ-3 завода ЗИЛ.

Для контроля температуры образца в установке ИМАШ-5М используется трехпозиционный электронный потенциометр ЭПД-17. Для работы прибора необходимы контакты только двух позиций, обозначенных на схеме рис. 124 цифрами 1 и 3. Такое же обозначение имеется на этих контактах непосредственно в самом потенциометре типа ЭПД-17. Контакт 1 служит для регулирования минимального значения температуры образца Тмин во время выдержки на нижнем предельном значении температуры. Этот контакт включен таким образом, что он остается разомкнутым при T > Tмин.

Интервал температур Тмин — Tмакс устанавливается путем поворота на определенный угол и крепления в этом положении имеющегося в электронном потенциометре ЭПД-17 диска, управляющего положением контакта 3.

Уровень верхней температуры цикла фиксируется стрелкой-ограничителем потенциометра, как и при обычном регулировании заданной температуры с помощью данного прибора. Максимальный интервал между Tмин и Тмакс может составлять 800°С и лежит в диапазоне между 20 и 1600 °C.

Продолжительность выдержки при предельных значениях температуры может изменяться в пределах от 0 до 2 мин. и устанавливаться по шкале реле времени РВ-3, управляемого контактом P4III и тумблером T2I.

Пусковые обмотки контакторов K1 и K2 (показанных на рассмотренной выше схеме рис. 123), подающих напряжение в цепь нагрева образца, включаются через контакты кодовых реле Р4I, P4II, P1IV и P2III. При этом используются проводники 4, 5 и 6 (см. рис. 123). Контактор K1 включается при регулировании верхнего предельного значения температуры Тмакс, а контактор K2 — при регулировании нижнего значения температуры Tмин.

Обмотки кодовых реле OP1, OP2, OP3 и OP4 питаются постоянным током, получаемым в результате однополупериодного выпрямления переменного тока промышленной частоты. Для этой цели используют селеновый столбик ВС, а для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения служит конденсатор C1.

Обмотки кодовых реле OP1 и OP2 соединены таким образом, что одновременно может быть включено только одно из этих реле. При включении реле OP1 и разомкнутом контакте 3 потенциометра ЭПД-17 реле OP4 разомкнуто и через верхнюю ветвь питания контакторов (контакты P4I и P1IV) напряжение сети поступает на пусковую обмотку контактора K1, подающего напряжение на трансформатор Tp (см. рис. 123). При достижении образцом верхнего заданного предела температуры замыкается контакт 3 в потенциометре ЭПД-17, в результате чего срабатывает реле OP4. При этом одновременно включается реле времени РВ-3 и выключается подводимое к образцу напряжение. Во время работы реле времени контакт 3 в ЭПД-17 через реле OP4 поддерживает температуру образца на верхнем пределе. По окончании установленной на шкале реле времени выдержки замыкается нормально замкнутый контакт реле времени PB1 и через соответствующий контакт реле OP3 (P3I или P3II), включаемого и выключаемого одновременно с P1, поступает пусковой импульс (за счет зарядного тока конденсатора C3) в обмотку разомкнутого реле OP2. Это приводит к срабатыванию реле OP2 и размыканию OP1 и OP3.

Реле OP3 одновременно служит для переключения направления пускового импульса в OP1 или OP2, а также для подачи импульса в конце каждой выдержки на верхнем пределе температуры на обмотку электромагнитного счетчика ЭС, срабатывающего от зарядного тока конденсатора C2. После включения OP2 и выключения OP1 контакт 3 потенциометра ЭПД-17 оказывается блокированным контактом Р1 при этом реле OP4 может воздействовать на включение цепи нагрева образца и реле времени только после замыкания контакта 1 в ЭПД-17. А это возможно лишь после охлаждения образца до заданного нижнего предела температуры.

По окончании выдержки на нижнем пределе температуры пусковой импульс поступает в обмотку OP1, что приводит к замыканию реле OP1 и OP3 и размыканию цепи реле OP2, после чего цикл повторяется вновь.

Для более надежной работы описываемой схемы реле OP3 шунтировано большой емкостью (100 мкф), что обеспечивает задержку его срабатывания, а также попадание пускового импульса только в обмотку одного из реле: OP1 и OP2. При включении реле OP1 горит неоновая лампа Л2; при работе реле времени PВ1 загорается лампа Л1, о включении реле OP2 сигнализирует лампа Л3.

Для срабатывания реле OP1 при включении питающего напряжения сети реле OP2 шунтируется контактами выключателя типа тумблер T2I.

Внешний вид описанного устройства показана на рис. 125.

В эксплуатации данная система регулирования циклического изменения температуры образца оказалась вполне надежной и стабильной.

Для исследования термической усталости можно рекомендовать специальную установку, схема устройства которой приведена на рис. 126. Исследуемый образец 1, имеющий форму трубки, при помощи зажима 2 присоединяют к токоподводящему медному электроду 3, а через зажим 4 и медный гибкий кабель 5 — к электроду 6. Электроды полые; во время работы установки они охлаждаются проточной водой. Гибкий кабель 5 обеспечивает свободное перемещение образца при изменениях его длины в процессе нагрева и охлаждения.

Упор 7 с регулировочными гайками, позволяющими устанавливать его на требуемой высоте, предназначен в качестве опоры для зажима 4 и предотвращения изгиба образца при нагреве.

Электроды 3 и 6 изолируются от металлической плиты 8. Через плиту подается внутрь образца охлаждающая среда (жидкость или газ). Для подводки охлаждающей среды служат наконечники, состоящие из штуцера 9, на который навинчивается гайка 10, прижимающая к образцу конус 11. При зажиме гайки торец штуцера прижимается к торцовой конической части образца, что обеспечивает плотное и герметичное соединение. Охлаждающая среда проходит через клапан 12, патрубок 13 и шланг 14. По шлангу 15 и штуцеру 16 она отводится от образца.

Образец нагревается пропускаемым через него электрическим током, который подводится к электродам 3 и 5 от вторичной обмотки низковольтного трансформатора 17. Первичная обмотка этого трансформатора через регулятор 18 (позволяющий устанавливать требуемую скорость нагрева) и контактор 19 присоединяются к сети переменного тока промышленной частоты. Для начала нагрева при помощи выключателя 20 требуется замкнуть цепь катушки контактора 19.

Для контроля температуры образца служат термопары 21, горячие спаи которых при помощи точечной электросварки прикреплены к поверхности образца. Переключатель 22 позволяет присоединять одну из термопар к автоматическому потенциометру 23, действующему на контактные группы 24. Для изучения термической усталости при повторных циклах нагрев — охлаждение после достижения образцом заданной температуры контакты 24 автоматически прекращают нагрев, размыкая цепь обмотки контактора 19. Эти же контакты одновременно включают питание в обмотку 25 гидравлического клапана 12, в обмотку реле времени 26, регулирующего продолжительность цикла охлаждения образца, а также в электромагнитный счетчик 27, фиксирующий число циклов нагрев — охлаждение исследуемого образца. Если же необходима выдержка образца при заданной температуре, то контакты выключателя 28 размыкаются. По окончании выдержки образец быстро охлаждают, подавая в его внутренний канал охлаждающую жидкость или газ.

Чтобы предотвратить окисление поверхности образца в рабочей камере установки, образуемой плитой 8 и колпаком 29, создают вакуум или вводят инертный газ (аргон, гелий).

Для выполнения этих операций служат патрубки и 31.

Наблюдать за микроструктурой поверхности образца (на которой делают лыску и приготовляют металлографический шлиф) можно через плоскопараллельное кварцевое стекло 32, находящееся в колпаке. Зону уплотнения этого стекла снабжают водяным охлаждением.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: