[实用新型]一种气氛激光加热原位热冲击/疲劳试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械工程领域，具体涉及一种气氛激光加热原位热冲击/疲劳试验装置。

背景技术

在工程实际生产过程中，有许多零部件不可避免的处于氧化/还原气氛及工作在高温环境下，并且伴随有剧烈的温度变化，由此带来的零部件热冲击/疲劳损失破坏是热端零部件失效的主要形式。为保障其安全性，需要测试其在不同气氛环境下的热冲击/疲劳性能，经多年技术发展，已形成较完善的疲劳性能测试标准，传统热冲击/疲劳试验装置多采用火焰、电感、电阻等传统加热方式对试件进行加热，这使得高周热疲劳的实现需要付出高昂的时间、资金成本。并且不易实现真空以及不同氧化还原气氛环境下的热冲击和热疲劳性能测试。另一方面，材料的热疲劳裂纹扩展阻力作为评价材料热疲劳性能好坏的重要指标，在工程实际设计中具有重要的指导意义，然而，传统热冲击/疲劳试验装置均不能实现对裂纹扩展的实时监测。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是传统热冲击/疲劳试验装置，实验周期长、真空及氧化/还原气氛环境不易实现以及裂纹扩展不可实时监测的缺点，目的在于提供一种气氛激光加热原位热冲击/疲劳试验装置，能够使实验周期短，同时能实现真空及不同氧化/还原气氛环境下的性能测试，并且对裂纹的扩展进行实时的监测以研究材料在热疲劳过程中的裂纹扩展性质。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种气氛激光加热原位热冲击/疲劳试验装置，其特征在于，包括气氛箱，气氛箱与真空装置或持压泄压阀相连，所述气氛箱内设有样品夹持装置、激光加热装置和冷却装置，气氛箱壁上开设有高温透可见光玻璃窗口，高温透可见光玻璃窗口外设有裂纹扩展实时监测装置；气氛箱壁上还开设有高温透红外波玻璃窗口，高温透红外波玻璃窗口外设有红外测温装置；所述激光加热装置、冷却装置、裂纹扩展实时监测装置、红外测温装置均与控制装置相连。

本实用新型的试验装置，采用激光加热装置替代传统的火焰、电感、电阻等加热方式，利用了激光能量密度大的优点，可以对待测样品进行快速的加热，缩短了试验周期；通过在气氛箱内进行热冲击/疲劳试验，可以实现在真空或者不同氧化/还原气氛环境下的样品的测试，对于传统热冲击/疲劳实验装置，像使用火焰作为加热方式的实验装置不能实现真空环境下的试验；对于某些在真空环境下服役的零部件，若在空气条件下进行试验，样品易在高温下发生氧化等反应，从而影响试验数据；此外，在化学工业、能源动力等领域有不少零部件不仅需要耐受高温还需经历周围不同性质气氛环境的腐蚀，这些条件在传统热冲击/疲劳试验装置中都是极难实现的。因此，本实用新型将激光加热装置和气氛装置相结合，不仅能够加快试验周期，同时还能提高测试数据的准确性，还能模拟真空或者不同氧化/还原气氛环境下材料的热冲击、疲劳过程；气氛箱壁上开设有高温透可见光玻璃窗口，高温透可见光玻璃窗口外设有裂纹扩展实时监测装置，能为热疲劳试验提供裂纹扩展的监测条件；红外测温装置通过高温透红外波玻璃窗口能够对待测样品表面的温度进行探测，控制装置接收到温度信息后，能够控制激光加热装置与冷却装置的工作。可在同一装置上实现热冲击与热疲劳，利用真空系统和持压泄压阀，可实现真空条件和不同气氛环境下的热冲击/疲劳试验，具有可控性好，自动化程度高，低能耗，实验周期短的优点。

所述激光加热装置包括激光器和光束整形装置，所述激光器与控制装置相连，激光器的开启和关闭由控制装置控制，激光器输出的激光首先经过由一组透镜组成的光束整形装置调整光束直径以满足试验样品尺寸要求，最终垂直照射于样品表面，对测试样品进行加热，对于传统的加热方式，不能调节受热面积的大小，如采用火焰加热，若是测试样品较小，虽然可通过将火焰调小，但是此时加热效率就会大大的降低，而激光加热装置，通过光束整形装置调整光束直径可以控制加热区域的面积大小，同时不会影响激光的加热功率，这样本装置不仅能够对整个样品进行快速加热，还能实现对某块区域甚至是某个点进行局部加热进行试验；并且采用激光加热，激光聚热性好，同时还能限制激光范围，不易对其他的装置造成高温损坏，增强了装置的使用寿命。

所述冷却装置包括冷却管和流量控制阀，流量控制阀与控制装置相连，可通过向冷却管中通入不同性质的气体介质对加热结束后的测试样品进行冷却，流量控制阀可实现对冷却介质流量大小的精确控制。此外，不同性质的气体可为本装置提供不同条件(氧化/还原)的气氛环境。

所述裂纹扩展实时监测装置包括光学显微镜和图像采集装置，光学显微镜透过高温透可见光玻璃窗口可以对热疲劳试验过程中样品表面裂纹扩展过程进行监测，并通过图像采集装置对其进行收集。