一种用于落锤撕裂试验的冷处理装置及处理方法技术领域
本发明涉及一种冷处理装置及处理方法，具体来说涉及一种用于落锤撕裂试验的冷处理装置及处理方法，属于金属材料物理测试技术领域。
背景技术
热轧钢板落锤撕裂试验是评价工程机械用钢、钢板焊接接头冲击韧性的重要方法。落锤撕裂试验的试样尺寸一般为长度305mm×宽度75mm，板厚一般大于8mm。用于落锤撕裂试验的传统低温槽一般采用复叠式冷机、蒸发器、加热管、PID温度调节器、低温槽体、搅拌器、保温盖。其工作原理是：试样放在低温槽的底部或试样隔板上，复叠式冷机通过二级复式制冷将压缩、液化的制冷剂输入布置在低温槽搅拌区的金属盘管式蒸发器中，落锤低温槽内注入载冷剂，一般使用无水酒精，通过PID温度调节器控制冷机制冷和槽体底部加热管加热，从而获得低温槽内载冷剂所需温度控制，低温槽接近蒸发器一端区域的载冷剂经蒸发器冷却，通过搅拌器的搅拌使载冷剂在低温槽内循环，均匀温度，实现对落锤撕裂试验钢板试样的低温处理。
对落锤撕裂试验钢板的低温处理的现有方法中，当使用低温槽处理-40℃~-60℃钢板试样时，存在制冷时间长、能耗高、超低温控制不稳定等问题，温度越低，冷处理问题也越明显，甚至无法稳定地实现对钢板-60℃~-80℃的超低温处理。
检索现有相关文献：专利CN201220530891.8落锤试验低温槽导流筒隔板循环装置提供一种加速低温槽内载冷剂充分流动的结构；专利CN201120262239.8落锤试验低温槽新型槽体结构装置提供了另一种加速低温槽内载冷剂充分流动的结构，蒸发器、加热器布置在循环槽内，并将搅拌装置也安装在蒸发器中，工作槽内只有样品架和试样，实现提高低温槽内载冷剂循环和温度均衡控制。上述文献为了提高落锤试验钢板的温度均匀性，但对制冷时间长、能耗高、超低温控制不稳定等问题不能实质性改善。因此，迫切的需要一种新的技术方案解决上述技术问题。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种用于落锤撕裂试验的冷处理装置及处理方法，该技术方案应用复叠式冷机在落锤低温槽的一端制冷的同时，在落锤低温槽的另一端用一种超低温冷阱进行二次强制冷却，在落锤低温槽的中央区域设计配套的试样隔板、试样支架，在搅拌器的搅拌下，利用试样隔板、试样支架、超低温冷阱的导流栅以及试样的排列布置，实现定向导流冷却，从而获得高效、均匀冷却，并能精确、稳定控制温度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种用于落锤撕裂试验的冷处理装置，其特征在于：所述冷处理装置包括复叠式冷机本体，所述复叠式冷机本体设置有低温槽内腔，所述低温槽内腔的一端设置有搅拌器、蒸发器，中间设置有支架、试样隔板，所述低温槽内腔的另一端设置有超低温冷阱，所述隔板与超低温冷阱接触的另一端间隔设置多排贯通孔，低温槽内腔上方设置固定保温盖和活动保温盖。该技术方案实现了二次冷却，通过定向导流冷却，从而获得高效、均匀冷却的试样，并能精确、稳定控制温度。
作为本发明的一种改进，所述超低温冷阱设置为四边形的中空盒装薄壳结构的槽体容器，其下部设置有金属导流栅，内腔底部侧面设置蓄冷组件，其内腔底部间隔设置多组片状的金属蓄冷栅，其内腔上还设置有金属加强筋，所述加强筋上设置有可移动的内置盖。蓄冷组件的作用是蓄冷、固定蓄冷栅、提高槽体侧板的刚度。
作为本发明的一种改进，所述导流栅是L形状，数量为6-12个，平行间隔排列，与槽体底部外表面焊接固定。导流栅的作用是确保定向导流，达到快速冷处理的目的。
作为本发明的一种改进，所述金属蓄冷栅是片状的金属板组合，由金属板折弯或冲压或拼焊而成，间隔排列分布在槽体底部内侧。蓄冷栅不仅能够快速蓄冷，而且能够减少液氮初始加入时产生的沸腾、气爆、飞溅，提高了制冷速度，也使添加液氮时的安全性。
作为本发明的一种改进，所述金属加强筋的数量至少为2个，沿槽体对称分布，其上表面的高度低于槽体的上表面5~20mm，所有加强筋的上表面的高度相同。这样可以增加冷阱的蓄冷能力，防止冷阱内液氮与冷阱外酒精混合，并且充分节约空间。
作为本发明的一种改进，所述内置盖上设置有工艺孔，所述工艺孔的数量至少为一个，内置盖上的工艺孔位置与槽体底部的蓄冷栅位置形成上下对应，便于液氮挥发排气。所述至少一个工艺孔设置在内置盖的中心位置，所述中心位置的工艺孔内设有提升杆，提升杆能够在工艺孔内上下5~10mm范围内移动，并且内置盖上的工艺孔位置与槽体底部的蓄冷栅位置形成上下对应。内置盖平铺在加强筋上，可以通过提升杆移动。提升杆的作用是添加液氮时用工具夹持提升杆移开内置盖，液氮加满后，再夹持提升杆移动内置盖覆盖在冷阱容器上方，防止操作者异常接触液氮发生危险。提升杆的结构特点是能够在工艺孔内上下5~10mm范围内移动，静止悬垂状态下，复叠式冷机本体低温槽的上部活动保温盖与提升杆不接触。
一种用于落锤撕裂试验的冷处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1）在复叠式冷机低温槽内腔的靠近制冷机的一侧布置冷凝管式的蒸发器、搅拌器和温度探头，在低温槽内腔底部布置加热管；2）在复叠式冷机低温槽内腔的远离制冷机的一侧布置试样隔板，所述试样隔板的高度距低温槽内腔下表面的高度为25~50mm，试样隔板的上表面焊接固定两排波浪形的试样支架，支架能够以间隔25~50mm布置钢板试样，并使钢板试样平行或接近平行状态、竖立在试样隔板上；3）在试样隔板远离制冷机的一侧布置超低温冷阱，L字母形状导流栅的排列方式与钢板试样的排列方式基本相同，以间隔、平行或接近平行状态分布；4）在复叠式冷机低温槽内腔注入载冷剂如无水酒精，载冷剂液面高度高于钢板试样竖立的高度，低于超低温冷阱的上表高度；5）开启复叠式冷机对低温槽内腔的载冷剂制冷，同时开启搅拌器，载冷剂由隔板下方定向导流至冷阱槽体底部侧隙及隔板另一端多个贯通孔流出，并经过冷阱的强制冷却，通过温度PID控制控制低温槽内的冷却、加热的平衡，调节载冷剂的温度；6）在超低温冷阱内注入超低温液体，以-196℃的液氮为优选最佳；7）液氮的注入量根据设定温度和所需时间来确定，开始注入液氮时，应将液氮先少量浇注在超低温冷阱的蓄冷栅上，待蓄冷栅冷透，白色烟雾明显减少后，再加大注入量，浇注后，将内置盖合上，液氮液面尽量不要溢出内置盖的工艺孔；8）低温槽内腔通过活动保温盖、固定保温盖的闭合实现保温，在保温过程中，液氮挥发产生的无毒氮气通过内置盖工艺孔及活动保温盖的微小侧隙排出；9）观察温度仪表的显示，到达设定温度保温15min以上，温度波动符合落锤撕裂试验要求，即完成低温处理，可进行后续试验。
相对于现有技术，本发明的优点如下：1）整体结构设计巧妙、工作效率高；2）该技术方案中由于试样两端都有制冷装置，并且载冷剂流体能够定向导流，加速试样冷却。超低温冷阱用于快速提高落锤撕裂试样的冷处理速度、均匀性；3）该技术方案中设置L型导流栅，确保定向导流，达到快速冷处理的目的；4）该技术方案整结构设计符合流体传热原理，使用安全方便、灵活，能够明显缩短传统复叠式冷机低温槽制冷时间，降低能耗，提高温度均匀性和控制精度，解决钢板落锤撕裂试验低温处理试样存在的实用问题。用于落锤撕裂试验钢板的低温处理，特别适合落锤撕裂试验钢板-40℃~-80℃冷处理，也可用于-80℃~-90℃极端低温冷处理。
附图说明
图1为本发明超低温冷阱主视图；
图1-1为图1的A-A方向剖视视图；
图2为图1-1的I局部放大图；
图2-1为图1-1的II局部放大图；
图3为本发明内置盖移除的超低温冷阱俯视图；
图4为本发明超低温冷阱的内置盖俯视图；
图5为本发明冷处理方式整体结构示意图；
图6为本发明冷处理方式俯视图；
图例：1.导流栅；2.超低温冷阱槽体；3.蓄冷组件；4.侧板；5.加强筋；6.内置盖；7.蓄冷栅；8.提升杆；11.低温槽内腔；12.蒸发器；13.搅拌器；14.试样支架；15.试样隔板；16.试样；17.超低温冷阱；18.活动保温盖；19.固定保温盖，20.工艺孔。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的说明和介绍。
实施例1：
参见图5、图6，一种用于落锤撕裂试验的冷处理装置，所述冷处理装置包括复叠式冷机本体，所述复叠式冷机本体设置有低温槽内腔11，所述低温槽内腔的一端设置有搅拌器13、蒸发器12，中间设置有支架14、试样16、隔板15，所述低温槽内腔的另一端设置有超低温冷阱17，所述隔板15与超低温冷阱17接触的另一端间隔设置多排直径8~15mm的贯通孔，低温槽内腔上方设置固定保温盖和活动保温盖。该技术方案实现了二次冷却，通过定向导流冷却，从而获得高效、均匀冷却及超低温的试样，并能精确、稳定控制温度。
实施例2：
参见图1、图1-1、图2、图3，作为本发明的一种改进，所述超低温冷阱17设置为四边形的中空盒装薄壳结构的槽体容器，其下部设置有金属导流栅1，内腔底部侧面设置蓄冷组件3，其内腔底部间隔设置多组片状的金属蓄冷栅7，其内腔上还设置有金属加强筋5，所述加强筋5上设置有可移动的内置盖6。蓄冷组件的作用是蓄冷、固定蓄冷栅、提高槽体侧板的刚度。其余结构和优点和实施例1完全相同。
实施例3：
参见图2、图5，作为本发明的一种改进，所述导流栅1是L形状，数量为6-12个，平行间隔排列，与槽体底部外表面焊接固定。导流栅的作用是确保定向导流，达到快速冷处理的目的。其余结构和优点和实施例1完全相同。
实施例4：
参见图2、图5，作为本发明的一种改进，所述金属蓄冷栅7是片状的金属板组合，由金属板折弯或冲压或拼焊而成，间隔排列分布在槽体底部内侧。蓄冷栅不仅能够快速蓄冷，而且能够减少液氮初始加入时产生的沸腾、气爆、飞溅，提高了制冷速度，也使添加液氮时的安全性。其余结构和优点和实施例1完全相同。
实施例5：
参见图1-1、图2、图5，作为本发明的一种改进，所述金属加强筋5的数量至少为2个，沿槽体对称分布，其上表面的高度低于槽体的上表面5~20mm，所有加强筋5的上表面的高度相同。这样可以增加冷阱的蓄冷能力，防止冷阱内液氮与冷阱外酒精混合，并且充分节约空间。其余结构和优点和实施例1完全相同。
实施例6：
参见图1-1、图2-1、图4、图5，作为本发明的一种改进，所述内置盖6上设置有工艺孔20，所述工艺孔的数量至少为一个，内置盖上的工艺孔位置与槽体底部的蓄冷栅位置形成上下对应，便于液氮挥发排气，所述至少一个工艺孔设置在内置盖的中心位置，所述中心位置的工艺孔内设有提升杆8，提升杆8能够在工艺孔内上下5~10mm范围内移动，内置盖平铺在加强筋上，可以通过提升杆移动。提升杆的作用是添加液氮时用工具夹持提升杆移开内置盖，液氮加满后，再夹持提升杆移动内置盖覆盖在冷阱容器上方，防止操作者异常接触液氮发生危险。提升杆的结构特点是能够在工艺孔内上下5~10mm范围内移动，静止悬垂状态下，复叠式冷机本体低温槽的上部活动保温盖与提升杆不接触。其余结构和优点和实施例1完全相同。
实施例7：
参见图2、图5，一种用于落锤撕裂试验的冷处理方法，所述方法包括以下步骤：
1）在复叠式冷机低温槽内腔的靠近制冷机的一侧布置冷凝管式的蒸发器12、搅拌器13和温度探头，在低温槽内腔底部布置加热管；
2）在复叠式冷机低温槽内腔的远离制冷机的一侧布置试样隔板15，所述试样隔板15的高度距低温槽内腔11下表面的高度为25~50mm，试样隔板15的上表面焊接固定两排波浪形的试样支架14，支架能够以间隔25~50mm布置钢板试样16，并使钢板试样16平行或接近平行状态、竖立在15试样隔板上；
3）在试样隔板15远离制冷机的一侧布置超低温冷阱17，L字母形状导流栅1的排列方式与钢板试样16的排列方式基本相同，以间隔、平行或接近平行状态分布；
4）在复叠式冷机低温槽内腔注入载冷剂如无水酒精，载冷剂液面高度高于钢板试样16竖立的高度，低于超低温冷阱17的上表高度；
5）开启复叠式冷机对低温槽内腔11的载冷剂制冷，同时开启搅拌器13，通过温度PID控制控制低温槽内的冷却、加热的平衡，调节载冷剂的温度；
6）在超低温冷阱内注入超低温液体，以-196℃的液氮为优选最佳；
7）液氮的注入量根据设定温度和所需时间来确定，开始注入液氮时，应将液氮先少量浇注在超低温冷阱的蓄冷栅7上，待蓄冷栅冷透，白色烟雾明显减少后，再加大注入量，浇注后，将内置盖6合上。液氮液面不要溢出内置盖6的工艺孔20；
8）低温槽内腔通过活动保温盖18、固定保温盖19的闭合实现保温，在保温过程中，液氮挥发产生的无毒氮气通过内置盖6的工艺孔20及活动保温盖18的微小侧隙排出；9）观察温度仪表的显示，到达设定温度保温15min以上，温度波动符合落锤撕裂试验要求，即完成低温处理，可进行后续试验。
上述实验与传动的复叠式冷机的对比数据如下，表格![]()
对比了复叠式冷机冷却与本发明方法的制冷平均速度效果，显然本发明方法的制冷平均速度明显提高，且随着液氮的加入量、添加频次增加，其冷却速度也随之增加。表格2对比了复叠式冷机冷却与本发明方法在一定温度范围内制冷10min低温槽试样隔板各区域的酒精温度均匀性效果，显然本发明方法的制冷温度均匀性明显提高。
表格1复叠式冷机与本发明的制冷平均速度效果对比
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表格2复叠式冷机与本发明的制冷温度均匀性效果对比
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本发明还可以将实施例2、3、4、5、6所述的技术特征至少一个与实施例1组合成新的实施方式。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。