Устройство для нагрева образцов алюминия и его сплавов в вакууме Советский патент 1993 года по МПК F27B17/02 

Изобретение относится к области исследования свойств твердых тел, в частности, к конструкциям устройств, применяемых для определения содержания водорода в алюминии и его сплавах.5

Цель изобретения - повышение производительности устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено жестко прикрепленной к блоку индуктора и размещенной соосно Ю индуктору камерой электронагрева, механизмом дискретного позиционирования камеры и тёплоизолирующим шибером, закрепленным на механизме позициониро- .-.„ вания и установленным внутри камеры, а 45 . механизм позиционирования электрически соединен с блоком управления индуктором. Выбор конкретных признаков предлагаемого устройства объясняется следующим. Установка камеры электронагрева .20. обеспечивает в процессе отжига в ней образцов в кварцевой трубке локализацию металлических возгонов на стенках трубки вне камеры, то есть, на таком удалении от образца, при котором возгоны перестают экрани- 25 ровать высокочастотное поле индуктора при нагреве последующих образцов, переставая, таким образом, влиять на скорость их разогрева. Соосность установки камеры и многовиткового индуктора и соединение 30 между собой блока индуктора, камеры и устройства дискретного позиционирования необходимы, чтобы иметь возможность переходить от индукционного нагрева к нагреву в камере простым перемещением сцепки 35 блока индуктора и камеры электронагрева вдоль их общей оси без каких-либо дополнительных регулировок и прицеливаний, что обеспечивает максимально быстрый переход и предотвращает остывание образца 40 в ненагреваемом состоянии, когда индуктор отключен, а камера еще не надвинута на трубку. Механизм дискретного позициони рования предназначен для фиксации сцеп- ки камера-индуктора в различных позициях, 45 необходимых в процессе работы устройства нагрева (образец греется индуктором; образец греется камерой электронагрева; индуктор и камера отведены от зоны образца, например, для его смены путем поворота 50 трубки), и быстрого перемещения сцепки из 1 одной позиции в другую при смене вида у нагрева. При этом электрическое соедине- / ние механизма позиционирования с блоком

управления индуктором обеспечивает синх- 55 ронность отключения индуктора и перемещения камеры электронагрева на зону образца, что также направлено на предотвращение остывания образца во время заме- ны индуктора камерой электронагрева.

Чтобы предотвратить остывание камеры через открытое отверстие со стороны индуктора за время собственно индукционного нагрева (в течение которого камера находится вне зоны трубки с образцом) и остывание образца, вызванное последующим надвиганием заложенной камеры, последняя снабжена тёплоизолирующим шибером, соединенным с устройством синхронизации открывания и надвигания камеры на кварцевую трубку, которое необходимо, чтобы, с одной стороны, не Держать камеру электронагрева без нужды открытой, а с другой - чтобы не допустить случайного удара кварцевой трубки о неубранный вовремя шибер.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для нагрева образцов (вертикальный вариант), вид спереди.

Устройство для нагрева образцов в вакууме, состоящее из вакуумируемой кварцевой трубки 1, блока управления индуктором 2 и блока индуктора, состоящего из собственно индуктора 3 .и набора дополнительных емкостей 4, дополнительно снабжено камерой электронагрева 5, заглушенной снизу, жестко соединенной с корпусом набора емкостей 4 соосно с индуктором 3. Камера 5, присоединена к механизму дискретного позиционирования, состоящего из двух стоек - направляющих для перемещения камеры 5 вдоль ее продольной оси, привода упруго-натяжного действия, включающего противовес 7 и пружину 8 для перемещения камеры 5 снизу вверх, фиксатора 9 нерабочего положения камеры 5 с пускателем 10 и ограничителя 11 для установления камеры 5 в рабочем положении (нагрев трубки 1с образцом). Пускатель 10 механизма позиционирования электрически соединен с блоком управления индуктором таким образом, что одновременно с выключением индуктора 3 происходит включение пускателя 10, отпирающего фиксатор 9. Камера 5 снабжена шибером 12, перекрывающим верхнее отверстие и соединенным с устройством 13, обеспечивающим открывание камеры 5 во время надвигания ее на трубку 1. Устройство 13 состоит из полого штока 14, с одной стороны соединенного жестко с шибером 12, а с другой стороны также жестко укрепленного на основании, соединяющим стойки 6. Внутри штока 4 расположена термопара 15 в прочной керамической изоляции, закрепленная относительно камеры 5 в таком положении, что при надвигании камеры 5 на трубку 1 спай термопары 15 оказывается вблизи дна трубки 1 с образцом.

Предлагаемое устройство для нагрева образцов работает следующим образом. После достижения необходимого вакуума в трубке 1 и температуры нагрева в камере 5 с помощью рукоятки сцепку камера 5 - индуктор 3 отводят в положение для нагрева образца индуктором (фиксатор 9 в зацеплении с ограничителем № 2). При этом пружина 8 взводится и устройство готово к проведению нагрева образца. Образец, предназначенный для нагрева, сбрасывают в трубку 1. После включения индукционного нагрева и выдержки в течение требуемого промежутка времени происходит (по команде оператора либо таймера блока управления индуктором) одновременное отключение индуктора 3 и включение пускателя 10 отпирающего фиксатор 9. Под воздействием пружины 8 сцепка камера 5 - индуктор 3 начинает перемещаться вверх в положение для нагрева образца камерой 5, задаваемое ограничителем № 3, При этом камера 5 перемещается и относительно неподвижного шибера 12, который таким способом утапливается, в камере 5, однако термопара 15, находящаяся внутри штока 14 и установленная с возможностью перемещения относительно штока 14, движется вместе с камерой 5 навстречу трубке 1. После окончания нагрева камеру 5 с индуктором 3 отводят в крайнее нижнее положение (фиксатор 9 в зацеплении с ограничителем № 1), поворотом трубки 1 вокруг оси шлифа выбрасывают отработанный образец в накопитель, возвращают трубку 1 в исходное положение, сбрасывают в нее очередной образец, отщелкивают (вручную) ограничитель № 1, после чего индуктор 3 пружиной 8 надвигается на трубку 1, и устройство готово к проведению следующего цикла нагрева. .

Пример конкретного выполнения устройства для нагрева образцов в вакууме: изготовлено устройство для нагрева образцов в вакууме в соответствии с чертежом для использования в приборе определения содержания водорода в алюминиевых сплавах модели МХ-7203. Устройство изготовлено на базе инвертора (производства НПО ВНИИТВЧ) с генерируемой частотой 66 килогерц; применен восьмивитковый медный

водоохлаждаемый индуктор. Опробование работы устройства проводили на образцах диаметром 8 мм и длиной 20 мм из алюминиевого сплава АМгб при температуре анализа 500°С. Были проанализированы две

серии образцов по 9 штук каждая: одна серия - с использованием предлагаемого устройства для нагрева образцов, другая - с использованием чисто индукционного нагрева образцов (как в прототипе). Средняя

продолжительность анализа одного образца составляла в этих сериях 16 и 21 мин, соответственно. Если учесть, что продолжительность стадии собственно экстракции водорода из образца составляла в обоих

случаях 10-11 мин, а продолжительность подготовительных операций 5-6 мин и ID- 11 мин, соответственно, то очевидно, что применение предлагаемого устройства для нагрева образцов в вакууме обеспечивает

сокращение продолжительности подготовительных процедур при анализе примерно вдвое и общей продолжительности анализа образцов примерно на 30%, то есть, позволяет увеличить производительность устройства для нагрева образцов.

Формула изобретения Устройство для нагрева образцов алюминия и его сплавов в вакууме, включающее

кварцевую вакуумируемую трубку, блок индуктора и блок управления индукторо.м, о т- личающееся тем, что, с целью повышения производительности, устройство снабжено жестко прикрепленной к блоку

индуктора и размещенной соосно с индуктором камерой электронагрева, механизмом дискретного позиционирования камеры и теплоизолирующим шибером, закрепленным на механизме позиционирования и установленным внутри камеры, а механизм позиционирования электрически соединен с блоком управления индуктором.

Использование: исследование свойств твёрдых тел, в частности для определения содержании водорода в алюминии и его сплавах. Сущность: устройство для нагрева .:;;. ёов льпа- , 20 В, :: - л.. РАЗВ ВАойств ления и его грева Шлиф образцов алюминия и его сплавов в вакууме, включающее кварцевую вакуумируемую трубку 1, блок индуктора 2, состоящий из собственно индуктора 3 и набора дополнительных емкостей, и блок инвертора с таймером, дополнительно снабжено электрической камерой 5 сопротивления, жестко прикреплённой к блоку.индуктора соосно с индуктором, и механизмом ее дискретного позиционирования (МП), тепло- изолирующим шибером 12,закрепленным на МП и установленным внутри камеры 5, а МП электрически соединен с блоком управления индуктора. Устройство позволяет повысить производительность и стабилизировать процесс. 1 ил. : МЛ : - Ё