便攜式微創(chuàng)取樣機及其應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域，更加具體的說，涉及一種便攜式氣動磨削取樣裝置，可以高效、穩(wěn)定從在役設備表面實現(xiàn)取樣的裝置，具有取樣過程平穩(wěn)、變形小、產(chǎn)熱低對材料組織無影響等優(yōu)點。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對能源的需求越來越高，造成環(huán)境的污染也隨之加重，因此提高能源的利用效率、發(fā)展新型能源、減少有害氣體及溫室氣體的排放成為經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要支撐點。在研制新能源的同時，提高工業(yè)裝置的操作參數(shù)是提高現(xiàn)有能源的使用效率和物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的最有效手段。因此，現(xiàn)代的發(fā)電、石油、化工和冶金等工業(yè)裝置都向著高溫、高壓、結(jié)構(gòu)大型化的趨勢發(fā)展。
[0003]對于在役設備如壓力容器和管道，服役溫度和壓力較高、服役環(huán)境一般惡劣，通常在高溫高壓和腐蝕條件下運行。隨著工業(yè)裝置向著高溫、高壓、結(jié)構(gòu)大型化趨勢發(fā)展，在役設備的服役環(huán)境更加惡劣。金屬材料在這種條件下長期服役，長期受到拘束應力、熱應力、腐蝕、化學等因素的作用，材料會發(fā)生劣化，材料性能下降，縮短設備的使用壽命。因此，為了保證在役結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定運行，在金屬監(jiān)督或老化壽命評估過程中，需要對服役材料進行性能分析和微觀組織結(jié)構(gòu)分析。
[0004]目前常規(guī)的評估在役設備材料性能的方式主要有:傳統(tǒng)無損檢測方法和取樣試驗方法。這兩種方法都一直在在役設備評估中發(fā)揮著作用，但兩者各自有其局限性。傳統(tǒng)無損檢驗方法如覆膜金相和里氏硬度計，雖然操作簡單、無損，但是所知的信息量有限，也不足夠精確，尤其是近年來隨著工藝裝置向高溫、高壓趨勢發(fā)展，帶來大量新型材料的應用，這些新材料使用時間短，對其材料性能把握不是很充分，傳統(tǒng)的金相金相分析在老化評估方面己不能滿足要求，需要TEM、SEM等更深一步的微觀組織分析。傳統(tǒng)取樣試驗法為了評估在役設備服役后的材料性能，往往采用破壞性試驗，即要獲得材料性能在長期高溫高壓運行后的材料劣化狀況，就需要從在役設備上截取足以完成性能試驗的一塊試驗段。這種方法雖然可以獲得材料服役后各種性能參數(shù)，但對大多數(shù)設備來說，這種做法是不允許的;此外破壞取樣后還需要采用焊接方法修復，容易引起附加的二次危害，嚴重制約了在役設備材料性能評估技術(shù)的應用。
[0005]為了評估在役設備材料性能演變，迫切需要研發(fā)一種便攜式且不具破壞性的微小損傷取樣設備。此外近年國內(nèi)專利有“在役設備微試樣電火花線切割取樣裝置”，采用特殊制造的鉬絲，利用電火花放電的原理，從在役設備切割微小尺寸試樣。這種設備構(gòu)造設計復雜，需要冷卻裝置，設備體積龐大，很難實現(xiàn)現(xiàn)場實際應用;而且切割過程鉬絲易斷，不易推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種便攜式氣動微創(chuàng)取樣設備，可以高效從在役設備上切割微小尺寸試樣，而且試樣的尺寸和大小可控，對在役設備的損傷很小且對金屬材料組織無損傷。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0008]便攜式微創(chuàng)取樣機，包括空氣壓縮機，輸氣管，弧形銑刀，氣動馬達，擺動機構(gòu)，調(diào)整機構(gòu)，固定支座和鎖緊鏈條，其中:
[0009]固定支座設置在鎖緊鏈條中，在固定支座上設置固定孔，用來固定整個微創(chuàng)取樣機；
[0010]空氣壓縮機通過輸氣管分別與氣動馬達和擺動氣缸相連；
[0011]氣動馬達的主軸與弧形銑刀固定連接，且氣動馬達與搖臂固定相連；
[0012]擺動機構(gòu)包括搖臂、擺動氣缸、第一外殼、第二外殼、第一同步帶輪、第二同步帶輪、同步帶、輸出軸，第一外殼和第二外殼固定相連并共同組成殼體，在殼體內(nèi)設置第一同步帶輪和第二同步帶輪，第一同步帶輪通過同步帶和第二同步帶輪相連，在第一外殼外側(cè)固定設置擺動氣缸，擺動氣缸的轉(zhuǎn)子穿過第一外殼與第一同步帶輪相連，第二同步帶輪的輸出軸穿過第一外殼與搖臂相連；
[0013]在擺動機構(gòu)的第二外殼的外側(cè)設置調(diào)整機構(gòu)，包括調(diào)整手輪，刻度盤，絲杠支撐座，調(diào)整絲杠，滑塊，絲杠螺母和鎖緊螺母，其中滑塊通過螺紋與擺動機構(gòu)的第二外殼相連，滑塊與絲杠螺母通過螺紋固定，絲杠螺母與調(diào)整絲杠相連，調(diào)整絲杠和調(diào)整手輪相連，在調(diào)整手輪下方設置刻度盤，用來記錄調(diào)整絲杠轉(zhuǎn)動的距離，在刻度盤下方設置絲杠支撐座，用以鎖緊絲杠防止微創(chuàng)取樣機切削過程絲杠發(fā)生轉(zhuǎn)動;在滑塊的側(cè)面設置加緊螺母，用以鎖死滑塊的位置，防止取樣過程中發(fā)生移動。
[0014]在上述技術(shù)方案中，固定支座通過連接螺栓與鎖緊鏈條連接;鎖緊鏈條之間通過鎖緊釘相互連接，在套住并加緊待處理工件(即待切割管道)之后，將鎖緊鏈條的兩端進行固定，使用鎖緊螺母鎖緊位于鎖緊鏈條兩端的鏈條連接塊。
[0015]在上述技術(shù)方案中，空氣壓縮機通過輸氣管的第一分路與氣動馬達相連;空氣壓縮機通過輸氣管的第二分路和輸氣管的第三分路與擺動氣缸相連。
[0016]在上述技術(shù)方案中，弧形銑刀端部有外螺紋，而氣動馬達的主軸內(nèi)部有內(nèi)螺紋，兩者通過螺紋實現(xiàn)緊密連接;弧形銑刀是碗狀半球殼，半球殼的邊緣制備耐磨涂層，采用電鍍方法制備，通過耐磨涂層與切割管道的摩擦，實現(xiàn)管道的切削。
[0017]在上述技術(shù)方案中，在第二外殼上設置標尺，用于測量殼體的高度并調(diào)整，標尺長度為第二外殼高度的三分之一到一倍。
[0018]在上述技術(shù)方案中，在擺動機構(gòu)中設置同步帶張緊機構(gòu)，其穿過殼體并與同步帶相接觸，用以保證同步帶的張緊力，防止同步帶過松無法實現(xiàn)第二同步帶輪的轉(zhuǎn)動。
[0019]在本發(fā)明的技術(shù)方案中，擺動機構(gòu)的兩個外殼通過連接結(jié)構(gòu)(螺栓和螺母配合)連接為一個整體，并整體的空腔內(nèi)設置第一同步帶輪、第二同步帶輪和同步帶;在第一外殼上通過固定螺栓固定擺動氣缸，擺動氣缸的轉(zhuǎn)子穿過第一外殼與第一同步帶輪相連，第二同步帶輪的輸出軸穿過第一外殼與搖臂相連，并在輸出軸上使用套筒予以保護;氣動馬達通過加持部和加緊螺釘?shù)呐浜?，與搖臂固定為一體，并帶動與之連為一體的弧形銑刀。這樣一來，通過擺動氣缸一第一同步帶輪一同步帶一第二同步帶輪一搖臂一氣動馬達一弧形銑刀的傳遞路線，通過擺動氣缸的調(diào)整即可實現(xiàn)針對弧形銑刀擺動的調(diào)整。同理，通過調(diào)整機構(gòu)的調(diào)整手輪的轉(zhuǎn)動可帶動調(diào)整絲杠的轉(zhuǎn)動，進而使與絲杠相連的滑塊在絲杠上上下移動，由于弧形銑刀和擺動機構(gòu)相連，帶動擺動機構(gòu)和弧形銑刀一起上下調(diào)整，用以調(diào)整弧形銑刀與待切割管道之間距離。
[0020]在進行使用時，以固定支座和鎖緊鏈條將整個機器固定在待取樣的試樣上，利用調(diào)整機構(gòu)調(diào)整弧形銑刀與試樣表面的距離，以空氣壓縮機分別驅(qū)動氣動馬達和擺動機構(gòu)，以帶動弧形銑刀在試樣表面進行高效微損取樣。
[0021 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，(I)微創(chuàng)取樣機采用氣動驅(qū)動，將優(yōu)于電動；由于切割過程中刀具和設備表面之間會產(chǎn)生比較大的扭矩，電動驅(qū)動柔性差，阻力較大容易導致刀具蹦損;而氣動驅(qū)動柔性好，阻力較大時驅(qū)動力達不到刀具停止轉(zhuǎn)動，不易蹦損刀具，安全性好，提高了切割過程中的穩(wěn)定性和安全性；(2)采用碗狀半球殼形態(tài)的弧形銑刀，并在半球殼的邊緣采用電鍍方法制備耐磨涂層(選擇優(yōu)質(zhì)耐磨無機陶瓷材料，例如氮化娃、增韌氧化錯;優(yōu)質(zhì)合金金屬材料，例如高猛合金、抗磨絡鑄鐵、高碳多元金合鋼)，通過轉(zhuǎn)動過程中耐磨涂層與試樣表面的摩擦，對試樣表面進行切削，切削得到材料將保留在弧形銑刀內(nèi)部，此時弧形銑刀也是一個很好的試樣回收機構(gòu)，切割效率高，產(chǎn)熱低，無需冷卻，調(diào)整弧形銑刀的大小以實現(xiàn)對在役設備表面損傷小，對金屬材料組織無影響的切削；(3)采用鏈條方式進行固定，可以實現(xiàn)不同管徑管道上的安裝和使用；(4)采用絲杠一滑塊的傳動結(jié)構(gòu)，方便地實現(xiàn)根據(jù)管徑及所需取樣大小調(diào)整弧形銑刀和試樣表面的距離，以控制銑削深度；(5)使用擺動氣缸和兩個同步帶輪進行傳動，以使搖臂實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，即能夠帶動弧形銑刀進行全方位的運動，選擇270°擺動氣缸時，兩個同步帶輪傳動比為4:3，從而將擺動氣缸的270°旋轉(zhuǎn)變?yōu)閾u臂的360°旋轉(zhuǎn)。
[0022]本發(fā)明中的微創(chuàng)取樣機，采用氣動馬達驅(qū)動帶動具有耐磨涂層的弧形銑刀旋轉(zhuǎn)切削在役設備表面，切割穩(wěn)定、切割效率高、對設備損傷小、產(chǎn)熱低對金屬材料組織無影響且取樣均勻;通過調(diào)整基座機構(gòu)的鏈條長短實現(xiàn)不同管徑管道的取樣;通過調(diào)整調(diào)整機構(gòu)控制弧形銑刀與切割在役設備表面的距離，控制切割試樣的尺寸;需要切取小尺寸試樣時，提高弧形銑刀與在役設備表面的距離；需要切取大尺寸試樣時，降低弧形銑刀與在役設備表面的距離。本發(fā)明目可以高效、微損從在役設備上切割試樣，且對金屬材料組織無損傷，還可將它應用到焊縫或熱影響區(qū)等難于取樣分析的敏感部位和不具備破壞取樣條件的設備及管道的材料取樣中，解決在役設備材料性能評估的難題，具有廣闊應用范圍和經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的微創(chuàng)取樣機的結(jié)構(gòu)圖，其中I為空氣壓縮機，2為輸氣管，2-1為輸氣管的第一分路，2-2為輸氣管的第二分路，2-3為為輸氣管的第三分路，3為弧形銑刀，4為搖臂，5為氣動馬達，6為擺動氣缸，7為擺動機構(gòu)，8為調(diào)整機構(gòu)，9為固定支座，10為鎖緊螺母，11為鏈條連接塊，12為鎖緊鏈條，13為待切割管道。
[0024]圖2是本發(fā)明的微創(chuàng)取樣機中固定支座和鎖緊鏈條的結(jié)構(gòu)示意圖，其中9為固定支座，12為鎖緊鏈條，El為連接螺栓，E2為鎖緊釘，E3為固定孔。
[0025]圖3是本發(fā)明的微創(chuàng)取樣機中弧形銑刀的結(jié)構(gòu)示意圖，其中3為弧形銑刀，5為氣動馬達，Al為耐磨涂層。
[0026]圖4是本發(fā)明的微創(chuàng)取樣機中擺動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖(I)，其中3為弧形銑刀，4為搖臂，5為氣動馬達，6為擺動氣缸，BI為第二外殼，B2為第一外殼，B3為標尺，B4為輸出軸，B5為套筒，B6為同步帶張緊機構(gòu)，B7為加持部，B8為加緊螺釘，B9為固定螺栓，BlO為擺動氣缸的轉(zhuǎn)子。
[0027]圖5是本發(fā)明的微創(chuàng)取樣機