一種形狀記憶合金棒的加熱方法
2023-09-22 05:56:35 1
專利名稱：一種形狀記憶合金棒的加熱方法
技術領域：
本發明涉及土木工程結構智能控制技術領域，具體涉及一種形狀記憶合金棒的加熱方法。
背景技術：
形狀記憶合金是一種兼有感知和驅動功能的功能材料，目前已廣泛應用於儀器儀表、自動控制、航空航天、醫療器具、汽車工程、土木工程、機器人等領域。形狀記憶合金在土木工程結構中的應用包括被動控制和主動控制兩個方面，其中後者主要是利用形狀記憶合金特有的形狀記憶效應，將常溫下處於馬氏體狀態的形狀記憶合金固設在土木工程結構中，環境作用下結構的變形會誘發形狀記憶合金產生變形，此時只要將形狀記憶合金加熱至其奧氏體相變結束溫度以上，形狀記憶合金就會呈現出獨特的 形狀記憶效應，進而對土木工程結構產生很大的回覆力以減小土木工程結構的變形。目前，人們對橫截面積較小的絲狀形狀記憶合金的研究比較多，雖然形狀記憶合金絲的電阻相對較大，可直接通電進行加熱，但其產生的回覆力有限且不能承受剪力，嚴重影響其實際工程應用。為此人們開始對棒狀形狀記憶合金予以關注，提出在地鐵盾構管片螺栓、柱腳螺栓、鋼結構梁-柱節點等部位採用形狀記憶合金棒。但由於棒狀形狀記憶合金的橫截面積較大，電阻較小，如果直接對其進行通電加熱處理，加熱效率比較差。因此，迫切需要尋求一種棒狀形狀記憶合金的高效加熱方法。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種加熱效率高、步驟簡單且無需改變形狀記憶合金棒外部形狀就能實現對其進行加熱的形狀記憶合金棒的加熱方法。該加熱方法促使形狀記憶合金棒由常溫下的馬氏體狀態向高溫下的奧氏體狀態轉變，進而利用其形狀記憶效應實現土木工程結構的有效控制。本發明的目的通過下述技術方案實現一種形狀記憶合金棒的加熱方法，包括以下步驟(I)在形狀記憶合金棒內部沿長度方向鑽通一個或多個孔洞；(2)將表面附有絕緣材料的電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞；(3)電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞後，對電熱絲進行通電加熱；(4)電熱絲將熱量通過熱傳遞的方式傳送給形狀記憶合金棒，當形狀記憶合金棒的溫度達到其奧氏體相變結束溫度時，奧氏體相變完成。優選的，所述形狀記憶合金棒上孔洞的內徑比表面附有絕緣材料的電熱絲的外徑大 Imm Smnin優選的，所述電熱絲兩端伸出形狀記憶合金棒內部沿長度方向的孔洞。優選的，所述步驟(I)中形狀記憶合金棒在常溫下為馬氏體狀態，在所述步驟(3 )加熱過程中，通過溫控裝置將電熱絲表面的溫度控制在形狀記憶合金棒的奧氏體相變結束溫度與絕緣材料所能承受的最高溫度之間。優選的，所述電熱絲表面附有的絕緣材料所能承受的最高溫度不低於200°C，導熱係數的大小不低於O. 5ff/m. k。優選的，所述電熱絲由鐵鉻鋁絲製成，其形狀為彈簧狀。優選的，所述電熱絲表面附有的絕緣材料為導熱矽膠布、氮化硼塗料或矽膠。優選的，所述形狀記憶合金棒的一個孔洞穿入一根電熱絲。本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果(I)本發明形狀記憶合金棒的加熱方法是通過在形狀記憶合金棒內部的孔洞中設置電熱絲，然後對電熱絲進行通電加熱，電熱絲通過熱傳遞的方式將其熱量傳送給形狀記 憶合金棒，進而實現對橫截面較大的形狀記憶合金棒進行加熱；所使用的加熱方法比較簡單，加熱速度也較快，並且無需改變形狀記憶合金棒的外部形狀。相對於直接對形狀記憶合金棒進行通電加熱的方式，本發明方法的加熱效率具有比較明顯的提高。另外，本發明還可以通過在形狀記憶合金棒內部鑽通多個孔洞，分別放置電熱絲，從而進一步提高形狀記憶合金棒的加熱效率。(2)本發明加熱方法中的電熱絲位於形狀記憶合金棒內部，對形狀記憶合金棒的受力方式及其與其它構件的連接影響較小，形狀記憶合金棒可直接承受拉壓、剪切、扭轉等各類變形。(3)本發明加熱方法通過溫控裝置將電熱絲的溫度控制在一定的範圍內，防止溫度過低達不到形狀記憶合金的奧氏體相變結束溫度，導致無法完成形狀記憶合金的相變，或者是溫度過高超過絕緣材料所能承受的最高溫度，導致絕緣材料失效。
圖I是本發明加熱方法採用一根電熱絲時的示意圖。圖2是本發明加熱方法的一根電熱絲在形狀記憶合金中位置的示意圖。圖3是圖2中心孔洞部位的放大示意圖。圖4是本發明加熱方法採用五根電熱絲時的示意圖。圖5是本發明加熱方法的五個電熱絲在形狀記憶合金中位置的示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。如圖I和5所示，本實施方式採用的形狀記憶合金棒的加熱裝置包括220V交流電源、溫控裝置I、開關2和鐵鉻鋁絲製成的電熱絲5，電熱絲5穿過形狀記憶合金棒4內部沿長度方向的孔洞3並且與溫控裝置I、電源及開關2通過串聯的方式連接，電熱絲5的表面纏繞有絕緣材料導熱矽膠布6。溫控裝置I通過調節電路中的電壓或者電流，進而達到調節電熱絲5的溫度的作用。其中電熱絲5表面的絕緣材料也可以用氮化硼塗料或矽膠代替。實施例I
如圖I所示，本實施例中形狀記憶合金棒的加熱方法包含一根電熱絲5。圖I所示的形狀記憶合金棒的加熱方法，包括以下步驟(I)選用一根長度為150mm，直徑為30mm且常溫下處於馬氏體狀態的形狀記憶合金棒4，其中該形狀記憶合金棒4的奧氏體相變結束溫度為126°C。在形狀記憶合金棒4內部沿長度方向鑽通一個直徑為6mm的孔洞3。(2)如圖2和圖3所示，選用一根長度為200mm、標準功率為500W的彈簧狀電熱絲5，其中該電熱絲是由直徑為O. 35mm的鐵鉻鋁絲製成；電熱絲的外徑為4mm左右，在電熱絲5的表面纏繞上兩層厚度為O. 23、. 28mm、導熱係數為O. 75W/m. k及所能承受的最高溫度為260°C的導熱砂膠布6,纏繞導熱砂膠布6後的電熱絲5的外徑為5mm左右,將表面纏繞著導熱矽膠布6的電熱絲5穿過形狀記憶合金棒4的孔洞3 ;電熱絲5兩端伸出形狀記憶合金棒4內部沿長度方向的孔洞3各25mm。
(3)電熱絲5穿過形狀記憶合金棒4的孔洞3後接通電源，對電熱絲5進行通電加熱；溫控裝置I將電熱絲5表面的溫度控制在200°C左右。(4)電熱絲5將熱量通過熱傳遞的方式傳送給形狀記憶合金棒4，當形狀記憶合金棒4的溫度達到其奧氏體相變結束溫度時，奧氏體相變完成。經過本實施例形狀記憶合金棒4的加熱方法進行加熱後，形狀記憶合金棒4外表面達到其奧氏體相變結束溫度所需的通電加熱時間為25. 5分鐘。實施例2如圖4所示，本實施例是實施例I的進一步改進，本實施例形狀記憶合金棒的加熱方法中包含五根電熱絲，五根電熱絲分別與溫控裝置、電源及開關通過串聯的方式連接，即五根電熱絲之間為並聯關係。本實施例形狀記憶合金棒的加熱方法的步驟與實施例I中的加熱方法的區別僅在於(I)如圖5所示，本實施例的步驟(I)在形狀記憶合金棒4內部沿長度方向鑽通5個直徑為6mm的孔洞3 ; (2)本實施例在步驟(2)中，選用五根長度為200mm、標準功率為500W的彈簧狀電熱絲5，在每根電熱絲5的表面纏繞上兩層厚度為O. 23、. 28mm、導熱係數為O. 75ff/m. k及所能承受的最高溫度為260°C的導熱矽膠布6 ；(3)在步驟(3)中將五根電熱絲分別穿過形狀記憶合金棒4的五個孔洞3，每個孔洞穿入一根電熱絲。經過本實施例形狀記憶合金棒4的加熱方法進行加熱後，形狀記憶合金棒4外表面達到其奧氏體相變結束溫度所需的通電加熱時間為7. 2分鐘。形狀記憶合金棒上孔洞的內徑比表面經過絕緣處理的電熱絲的外徑大Imm 5mm，本實施例I和實施例2中形狀記憶合金棒上孔洞的內徑比表面經過絕緣處理的電熱絲的外徑大Imm左右。絕緣材料所能承受的最高溫度為不低於200°C，導熱係數的大小不低於O. 5ff/m. k，本實施例I和實施例2選用的導熱矽膠布的所能承受的最高溫度為260°C，導熱係數為 O. 75ff/m. k。實施例I和實施例2的差別僅在於設置在形狀記憶合金棒4內的電熱絲5的數量不同，因此兩者在形狀記憶合金棒4外表面達到其奧氏體相變結束溫度所需的通電加熱時間也不同，電熱絲5數量越多，所需要通電加熱的時間越短，即效率越高。故可以通過適當增加電熱絲5數量來提高形狀記憶合金棒的加熱效率。本實施方式由電熱絲將熱量通過熱傳遞的方式傳送給形狀記憶合金棒4，從而實現對形狀記憶合金棒進行加熱，加熱方法非常簡單，容易實現。本實施例的方法通過溫控裝置將電熱絲的溫度控制在一定的範圍內，防止溫度過低達不到形狀記憶合金的奧氏體相變結束溫度而導致無法完成形狀記憶合金的相變，或者溫度過高超過絕緣材料所能承受的最高溫度而導致絕緣材料失效。 上述兩個實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種形狀記憶合金棒的加熱方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)在形狀記憶合金棒內部沿長度方向鑽通一個或多個孔洞； (2)將表面附有絕緣材料的電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞； (3)電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞後，對電熱絲進行通電加熱； (4)電熱絲將熱量通過熱傳遞的方式傳送給形狀記憶合金棒，當形狀記憶合金棒的溫度達到其奧氏體相變結束溫度時，奧氏體相變完成。
2.根據權利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特徵在於，所述形狀記憶合 金棒上孔洞的內徑比表面附有絕緣材料的電熱絲的外徑大Imm 5mm。
3.根據權利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特徵在於，所述電熱絲兩端伸出形狀記憶合金棒內部沿長度方向的孔洞。
4.根據權利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特徵在於，所述步驟(I)中形狀記憶合金棒在常溫下為馬氏體狀態，在所述步驟(3 )加熱過程中，通過溫控裝置將電熱絲表面的溫度控制在形狀記憶合金棒的奧氏體相變結束溫度與絕緣材料所能承受的最高溫度之間。
5.根據權利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特徵在於，所述電熱絲表面附有的絕緣材料所能承受的最高溫度為不低於200°C，導熱係數的大小不低於O. 5ff/m. k。
6.根據權利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特徵在於，所述電熱絲由鐵鉻鋁絲製成，其形狀為彈簧狀。
7.根據權利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特徵在於，所述電熱絲表面附有的絕緣材料為導熱矽膠布、氮化硼塗料或矽膠。
8.根據權利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特徵在於，所述形狀記憶合金棒的一個孔洞穿入一根電熱絲。
全文摘要
本發明公開了一種形狀記憶合金棒的加熱方法，包括以下步驟(1)在形狀記憶合金棒內部沿長度方向鑽通一個或多個孔洞；(2)將表面附有絕緣材料的電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞；(3)電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞後，對電熱絲進行通電加熱；(4)電熱絲將熱量通過熱傳遞的方式傳送給形狀記憶合金棒，當形狀記憶合金棒的溫度達到其奧氏體相變結束溫度時，奧氏體相變完成。本發明方法具有加熱效率高，步驟簡單等優點，並且可通過增加形狀記憶合金棒內的電熱絲數量來進一步提高加熱效率。
文檔編號C21D1/40GK102965488SQ20121044527
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月8日 優先權日2012年11月8日
發明者吳波, 馬奎 申請人:華南理工大學