一种钛合金材料薄壁构件电磁间接快速加热装置及方法，属于材料加热装置领域。现有的电磁感应加热方式无法实现对钛合金材料板材构件直接、快速加热的问题。一种钛合金材料薄壁构件电磁间接快速加热装置及方法，包括：为板材坯料表面喷涂氮化硼喷剂；利用电磁感应加热辐射加热块并使之维持恒定的温度；启动链条电机，在链条电机的电机间歇时间将板材坯料置于位于辐射加热块外部的链条上的初始位置；在电机运送阶段将板材坯料送入辐射加热块；在下一个电极间歇时间里，使辐射加热块内的板材坯料在加热范围内升温；在电机运送阶段将板材坯料送出辐射加热块。本发明专利技术能够精准、快速的实现通过电磁感应方式对钛合金材料板材构件快速加热的目的。速加热的目的。速加热的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种钛合金材料薄壁构件电磁间接快速加热装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种薄壁构件的加热装置及方法，特别涉及一种钛合金材料薄壁构件电磁间接快速加热装置及方法。
技术介绍
[0002]钛合金作为新型轻质高强度材料，具有高强度、高韧性、耐腐蚀、优异疲劳性能、优异高温力学性能、高强质比等特点，被广泛应用于航空和国防领域。但由于钛合金的屈服极限高、杨氏模量低、室温延伸率低等特点，使其在塑性加工时易开裂、成形构件回弹明显，成形难度极高。
[0003]现有钛合金薄壁构件成形方法多为等温成形工艺，此工艺需将模具加热至成形温度，由于模具质量远大于成形构件，等温成形有着极大的热量消耗、模具成本及时间成本。针对此问题，专利技术人曾提出钛合金非平衡态热冲压新工艺，通过快速加热形成非平衡态组织，保证了钛合金热冲压过程中的板材的成形性能，实现了钛合金热冲压技术的生产应用。
[0004]现有的快速加热方式多采用电磁感应加热的方式，电磁加热分为磁场平行于板材与磁场垂直于板材两种方式。垂直于板材的磁场虽可以达到较高的加热速度，但受制于电磁感应的肌肤效应，钛合金薄壁板材快速加热的温度均匀性难以达到热冲压工艺要求；平行于板材的磁场作用于钛合金板材时，受制于板材厚度与钛合金材料磁导率，使板材内部难以产生较强涡流而无法达到工艺要求的升温速度。进一步提高功率虽可提高加热速度，但由于电磁感应加热效率低，加热速度的提升将带来十分显著的焦耳热，这将大幅度提高电磁感应电源与水冷管道的成本，制约了电磁加热在钛合金薄壁板材方面的应用。
[0005]为解决电磁感应加热难以实现快速加热的问题，本申请提出了一种钛合金的薄壁板材的电磁间接快速加热方法及加热设备，其利用电磁感应的方式加热易产生涡流效应的环形辐射加热块，并通过高温加热块实现对钛合金材料板材的辐射加热，实现了钛合金薄壁板材的间接电磁感应快速加热。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是为了解决现有的电磁感应加热方式无法实现对钛合金材料板材构件直接、快速加热的问题，而提出一种钛合金材料薄壁构件电磁间接快速加热装置及方法。
[0007]上述目的通过以下的技术方案实现：
[0008]一种钛合金材料薄壁构件电磁间接快速加热装置，其组成包括加热系统、传送装置、高频感应电源、加热装置支架和一组温度传感器；
[0009]加热装置支架为整个设备的支撑部分；
[0010]高频感应电源设置于加热装置支架的底部；
[0011]加热系统设置于高频感应电源的上方，加热系统的内部中空；
[0012]传送装置用于承载板材坯料，传送装置的中间部分位于加热系统的内部，传送装
置的两端位于加热系统的外部，且传送装置的两端安装在加热装置支架上；温度传感器设置在加热系统上；其中，
[0013]加热系统包括辐射加热块、保温层、电磁感应线圈；
[0014]辐射加热块的外形横截面为键槽形，辐射加热块为内部中空的块体，内部中空部分用于容纳传送装置和板材坯料；
[0015]保温层的外形横截面为键槽形，保温层为内部中空的块体，保温层的内表面平滑；
[0016]电磁感应线圈的外形横截面为键槽形，电磁感应线圈由电磁线圈导线排布缠绕形成，电磁线圈导线的两端连接高频感应电源，电磁线圈导线的外表面带有绝缘层；
[0017]辐射加热块设置在保温层的内部，保温层设置在电磁感应线圈内部，辐射加热块与保温层之间存在夹层，温度传感器设置在所述夹层中辐射加热块的表面；辐射加热块、保温层和电磁感应线圈的横截面方向及长度延长方向一致；
[0018]进一步地，所述的传送装置包括两根链条和两根挂梁，
[0019]两根挂梁平行设置于同一平面上，两根挂梁的两端分别设置在加热装置支架上，两根挂梁对应设置于辐射加热块长度方向上相对的两侧；
[0020]两根链条平行的设置于同一平面上，每根链条的两端都转动设置在对应端的挂梁上，链条的中轴线与挂梁的中轴线垂直；
[0021]所述的链条通过链条电机带动实现绕挂梁转动；所述的链条的制作材料采用绝缘耐高温的高温陶瓷；
[0022]高频感应电源连接电磁感应线圈；
[0023]加热装置支架为整个设备的支撑部分。
[0024]进一步地，所述的电磁线圈导线内部中空，电磁线圈导线与温度控制系统构成加热装置的水冷系统。
[0025]进一步地，所述的辐射加热块的内表面粗糙；
[0026]所述的辐射加热块的制作材料为钴合金。
[0027]进一步地，所述的温度传感器沿着板材坯料宽度方向上排布的长度记为D
A
，所述的温度传感器沿着板材坯料长度方向上排布的长度记为D
L
，D
A
为板材坯料的宽度的一半，即A1/2；D
L
为板材坯料长度的一半，即L1/2。
[0028]一种钛合金材料薄壁构件电磁间接快速加热方法，所述的电磁间接快速加热方法采用电磁感应方式加热辐射加热块，获得高温的辐射加热块并将其作为热能介质，利用热能介质对钛合金材料进行辐射加热；其中，所述的辐射加热块能产生涡流效应；具体通过以下步骤实现：
[0029]步骤一、对板材坯料表面进行喷涂处理；
[0030]为板材坯料表面喷涂氮化硼喷剂；
[0031]步骤二、利用电磁感应加热辐射加热块并使之维持恒定的温度；
[0032]启动在电磁线圈内设置的电磁线圈水冷系统；
[0033]启动高频感应电源给电磁线圈导线通入高频交流电；并利用不同位置的9个温度传感器对辐射加热块的温度进行检测，其中，温度传感器沿着板材坯料宽度方向上排布的长度记为D
A
，所述的温度传感器沿着板材坯料长度方向上排布的长度记为D
L
，D
A
为板材坯料的宽度的一半，即A1/2；D
L
为板材坯料长度的一半，即L1/2；
[0034]将辐射加热块2加热至设定温度T
加热块
，并在加热过程中使温度传感器9所在的测量点温度维持在所需温度范围的10％以内；
[0035]步骤三、对板材坯料进行辐射快速加热；
[0036]启动链条电机，在链条电机的电机间歇时间将板材坯料置于位于辐射加热块外部的链条上的初始位置；之后，在链条电机的电机运送阶段将板材坯料送入辐射加热块；之后，在链条电机的下一个电极间歇时间里，使辐射加热块内的板材坯料在加热范围内升温；之后，在链条电机的电机运送阶段将板材坯料送出辐射加热块；其中，
[0037]将板材坯料置于位于辐射加热块外部的链条上的初始位置的阶段，作为电机间歇时间，表示为t
间歇
；将板材坯料送入或送出辐射加热块的阶段，作为电机运送时间，表示为t
运送
；将辐射加热块内的板材坯料在加热范围内升温的阶段，作为板材加热时间，表示为t
加热
；电机间歇时间t
间歇
与板材加热时间t...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钛合金材料薄壁构件电磁间接快速加热装置，其特征在于：其组成包括加热系统、传送装置6、高频感应电源7、加热装置支架8和一组温度传感器9；加热系统设置于加热装置支架8的上方，加热系统的内部中空；传送装置6用于承载板材坯料1，传送装置6的中间部分位于加热系统的内部，传送装置6的两端位于加热系统的外部，且传送装置6的两端安装在加热装置支架上；温度传感器9设置在加热系统上；其中，加热系统包括辐射加热块2、保温层3、电磁感应线圈；辐射加热块2的外形横截面为键槽形，辐射加热块2为内部中空的块体，内部中空部分用于容纳传送装置6和板材坯料1；保温层3的外形横截面为键槽形，保温层3为内部中空的块体，保温层的内表面平滑；电磁感应线圈的外形横截面为键槽形，电磁感应线圈由电磁线圈导线4排布缠绕形成，电磁线圈导线4的两端连接高频感应电源7，电磁线圈导线4的外表面带有绝缘层5；辐射加热块2设置在保温层3的内部，保温层3设置在电磁感应线圈内部，辐射加热块2与保温层3之间存在夹层，温度传感器9设置在所述夹层中辐射加热块2的表面；辐射加热块2、保温层3和电磁感应线圈的横截面方向及长度延长方向一致；所述的传送装置6包括两根链条61和挂梁62，两根挂梁62平行设置于同一平面上，两根挂梁62的两端分别设置在加热装置支架8上，两根挂梁62对应设置于辐射加热块2长度方向上相对的两侧；两根链条61平行的设置于同一平面上，每根链条61的两端都转动设置在对应端的挂梁62上，链条61的中轴线与挂梁62的中轴线垂直；所述的链条61通过链条电机带动实现绕挂梁62转动；所述的链条61的制作材料采用绝缘耐高温的高温陶瓷；高频感应电源7连接电磁感应线圈；加热装置支架8为整个设备的支撑部分。2.根据权利要求1所述的一种钛合金材料薄壁构件电磁间接快速加热装置，其特征在于：所述的辐射加热块2的内表面粗糙，辐射加热块2的外表面平滑；所述的辐射加热块2的制作材料为钴合金。3.根据权利要求1或2所述的一种钛合金材料薄壁构件电磁间接快速加热装置，其特征在于：所述的温度传感器9沿着板材坯料1宽度方向上排布的长度记为D
A
，所述的温度传感器9沿着板材坯料1长度方向上排布的长度记为D
L
，D
A
为板材坯料1的宽度的一半，即A1/2；D
L
为板材坯料1长度的一半，即L1/2。4.一种利用上述任一装置进行的电磁间接快速加热方法，其特征在于：所述的电磁间接快速加热方法采用电磁感应方式加热辐射加热块，获得高温的辐射加热块并将其作为热能介质，利用热能介质对钛合金材料进行辐射加热；其中，所述的辐射加热块能产生涡流效应；具体通过以下步骤实现：步骤一、对板材坯料1表面进行喷涂处理；为板材坯料1表面喷涂氮化硼喷剂；
步骤二、利用电磁感应加热辐射加热块2并使之维持恒定的温度；启动在电磁线圈内设置的电磁线圈水冷系统；启动高频感应电源7给电磁线圈导线4通入高频交流电；并利用不同位置的9个温度传感器9对辐射加热块2的温度进行检测，其中，温度传感器9沿着板材坯料1宽度方向上排布的长度记为D
A
，所述的温度传感器9沿着板材坯料1长度方向上排布的长度记为D
L
，D
A
为板材坯料1的宽度的一半，即A1/2；D
L
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王克环，李喆，刘钢，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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