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专利名称：小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种强电磁场烧蚀机理研究技术领域，特别是涉及ー种小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置。
背景技术：
强脉冲放电是当前电磁弹射研究领域的ー个重要方向。利用强脉冲放电，可以提供兆级的电流，产生強大的瞬时推动力，带动物体在很短时间内达到很高速度。但是，由于发射载体与导轨材料的物理性能的差异，特别是导电率、导热系数的差异，以及材料接触界面粗糙度、洁净度、氧化与否等因素的影响，使得瞬时出现的强脉冲电流在接触表面产生巨大的焦耳热，形成烧蚀。烧蚀的产生会导致接触材料的变形、表面结构改变，恶化了重复放电性能，影响电磁转换装置的使用寿命。由于烧蚀的产生原因与强脉冲电流大小、放电形式、接触压カ大小等有夫，因此对烧蚀的研究应该从多角度、多因素进行。温度、应变和加载 力的大小是直接关系强脉冲放电转换性能的重要表象，必须加以研究。目前，许多电磁转换装置困于设备体积超大、结构设计复杂、难以实现及时拆卸和实时观测，而对强脉冲放电产生的烧蚀现象和机理研究不准确。大量数值模拟结果与实际观察结果匹配性较差，无法给出确定的技术数据，瞬时产生的烧蚀温度更是无法測量。针对于此，研制ー种小型、简约、可拆卸、多因素測定的强脉冲放电烧蚀装置是十分必要的。

发明内容
为了克服利用现有大型脉冲放电装置进行烧蚀机理研究技术的不足，本发明提供ー种小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置。该装置可进行装配预紧カ调节、实时烧蚀温度非接触測量、材料微米至毫米级变形尺寸可测、脉冲放电电极易于更换等特点。克服了一般研究不能实时测温、无法精细调节装配力、设备拆装困难、耗时耗カ的缺点。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是ー种小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，所述装置为长方体结构，采用�？槭缴杓疲�可灵活拆卸、安装，其长度为300mnT500mm，宽度为100mnT300mm，高度为20(T400mm。强脉冲电流为0 5 15 400KA ;强脉冲耐受最大电压为12000V ;镗ロ尺寸调节范围为8-15mm ;利用非接触线性CCD测量系统进行膛ロ扩张尺寸测试，精度达到O. 5 μ m ;脉冲放电烧蚀温度測量精度达到O. 50C ;装有静态电阻应变仪进行精确装配应カ调节，应变测试精度达O. I μ ε。所述装置的压板I由四个不锈钢螺栓和不锈钢螺母安装固定，压板I的凹槽内装有绝缘板I，导轨I、摩擦板I依次装在绝缘板I上；用销钉将装有支撑件I的侧板I和装有支撑件II的侧板II固定在压板I上。所述支撑件I和支撑件II的上部依次安装摩擦板
II、导轨II和压板II，所述绝缘板II装入压板II的凹槽内，压板II与两侧的侧板I和侧板II留有间隙，压板III由不锈钢螺母固定在压板II的上部，压板III的中心线上等距离加工Γ7个螺孔，螺孔中装有端面具有球面的不锈钢螺栓。所述静态电阻应变仪的传感器安装在不锈钢螺栓上；光纤温度传感器布置在距离摩擦板I 7或摩擦板II 9侧面8 IOmm处、布置高度为与摩擦板I 7或摩擦板II 9的侧面中心线同一平面高度、移动距离2(T200mm范围内，可測量烧蚀引起的温度变化；所述非接触线性CCD光学測量系统测量布置在放电装置后方，进行放电轨道的尺寸形变測定。所述压板I、压板II和压板III采用A3钢制造，其表面加工精度为IT8级。所述不锈钢螺栓的加工精度为IT9。所述绝缘板I、绝缘板II、支撑件I、支撑件II、侧板I和侧板II采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制造，其密度为2. 08g/cm3,拉伸强度大于500MPa，拉伸模量大于25GPa，弯曲强度大于650MPa，伸长率为1.5%，玻璃纤维含量き70%，介电强度为10X106V/m0导轨I和导轨II的材质为T2纯铜材料，导电率IACS 100%O强脉冲放电的汇流装置采用15 25层T2级软铜片接入，软铜片具有良好的塑性可极大缓解吸收强脉冲放电产生的电磁力，易于更换。 所述静态应变仪采用全桥接线方式，应变片电阻300欧姆；接线方法是相邻应变片相反，且全桥相对相同。所述光纤温度传感器测温范围400-1300°C，H-G非接触式光纤温度传感器，响应时间10毫秒，光纤探头直径3mm,长度15mm。所述非接触线性CCD光学測量系统为单向直径测量仪，测量的精度±0.5μπι，测量范围 O. 02mnT2mm。本发明的有益效果是采用模块化设计，可灵活拆卸、安装。该发明可以实时、准确进行强脉冲放电烧蚀温度，精度±0.5°c、装配预紧力，应变精度可达O. 1μ ε、膛ロ尺寸形变的测量，变形精度达±0. 5 μ m。该装置可进行多品种导电材料的烧蚀试验，强脉冲放电轨道间距离可调节，可以满足不同厚度试样的测试要求。汇流装置采用软铜片，可极大缓解硬接入导致的电磁力损伤。该发明克服了一般研究不能实时测温、无法精细调节装配力、设备拆装困难和耗时耗カ的缺点。具有可进行装配预紧カ调节、实时烧蚀温度非接触測量、材料微米至毫米级变形尺寸可测、脉冲放电电极易于更换等优点。


图I是小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置的结构示意 图2是小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置的立体示意 图3为纯铜材料表面烧蚀照片；
图4强脉冲放电电压为10000V时的击穿试样；
图5强脉冲放电电压为4000V时的击穿试样。在上述附图中，I.不锈钢螺栓，2.不锈钢螺母，3.压板I，4.绝缘板I，5.导轨I，6.侧板I，7.摩擦板I，8.支撑件I，9.摩擦板II，10.导轨II，11.绝缘板II，12.压板II，13.压板III，14.不锈钢球头螺栓，15.侧板II，16.支撑件II，17.销钉。
具体实施例方式实施例I
图I、图2是本发明公开的小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，该装置长方体结构，采用模块式设计，长度为300mm，宽度为156mm，高度为256mm。其中，压板I 3、压板II 12、压板
III13采用A3钢制造。压板III13的中心线上等距离加工5个螺孔。导轨I 5、导轨II 10的材质为T2纯铜材料，导电率IACS 100%。绝缘板I 4、绝缘板II 11、支撑件I 8、支撑件II 16、侧板I 6和侧板II 15采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制造，其密度为2. 08g/cm3，拉伸强度大于500MPa，拉伸模量大于25GPa，弯曲强度大于650MPa，伸长率为I. 5%，玻璃纤维含量き70%，介电强度为10X106V/m。 装置的装配エ序如下
(I)固定好压板I 3，使得压板I 3与平台表面留有35_左右的间隙。(2)将不锈钢螺栓I安装在压板I的四个孔上，用不锈钢螺母2固定。(3)将绝缘板I 4放入压板I 3的凹槽内，两端与压板I 3两端对齐。然后将导轨
I5和摩擦板I 7按照如图I所示的次序依次安放。(4)利用销钉17将侧板I 6和侧板II 15固定在压板I 3上(支撑件I 8和支撑件
II16在组装前利用螺钉分别与侧板I 6和侧板II 15装好)。(5)将摩擦板II 9、导轨II 10和绝缘板II 11按照图I所示放置在支撑件I 8和支撑件II 16上。所述摩擦板I 7和摩擦板II 9即为电磁烧蚀装置烧蚀样件。通过对摩擦板表面烧蚀现象的研究，可以进行强脉冲放电产生的各种烧蚀现象和机理的科学研究。(6)把绝缘板II 11压在导轨II 10上，然后将绝缘板II 11压在压板II 12的凹槽内。(7)将压板III 13装在不锈钢螺栓I上，并用不锈钢螺母2固定好。保证压板III 13与压板I 3平行。(8)将导轨I 5和导轨II 10与供电装置的强脉冲放电的汇流装置连接，所述强脉冲放电的汇流装置采用20层T2级软铜片接入，软铜片具有良好的塑性可极大缓解吸收强脉冲放电产生的电磁力，易于更换。(9)旋紧不锈钢球头螺栓14，应变仪上不锈球头钢螺栓14的总应变換算成カ后即为施加的预紧力。静态电阻应变仪的传感器安装在不锈钢螺栓I上，所述静态应变仪采用全桥接线方式，应变片电阻300欧姆；接线方法是相邻应变片相反，且全桥相对相同。(10)将H-G系列非接触式光纤温度传感器的光纤探头布置在距离摩擦板I (7)或摩擦板II 9侧面8 IOmm处，布置高度为与摩擦板I 7或摩擦板II 9的侧面中心线同一平面高度、移动距离2(T200mm范围内。井根据测温需要进行长度方向的调节。所述光纤温度传感器测温范围400-1300°C，H-G非接触式光纤温度传感器，响应时间10毫秒，光纤探头直径3mm,长度 15mm。(11)将CXD线性测量探头布置在装置尾端，镜头对准装置中心线，随时记录电磁转换过程的膛尾尺寸材料的形变。所述非接触线性CCD光学測量系统为单向直径測量仪，测量的精度±0. 5 μ m，测量范围O. 02mnT2mm。铜-铍和无氧铜材料的烧蚀研究。验件尺寸367 X 40 X 10mm。强脉冲放电条件膛ロ 口径14. 5mm ;脉冲电压600(T8000V，脉冲电流7(Tl20KA。装配预紧カ统ー为2ΚΝ。利用该装置进行的烧蚀表明铍-铜抗烧蚀性能明显好于无氧铜材料。虽然从导热导电性能上说，无氧铜材料具有较优异的性能，但同铍-铜复合材料相比，其烧蚀坑面积较大，表面组织结构损伤严重，可观察到明显的裂纹、熔滴等烧蚀现象。膛尾温度测试表明其膛尾的瞬时温度最高1100°c，但由于被-铜复合材料的抗烧蚀性能增强，被-铜复合材料膛尾部分的表面破坏程度远小于无氧铜材料。实施例2
纯铜材料的烧蚀研究。试验装置尺寸长300mm,宽150mm，高度270mm，装置的其它部分结构同实施例I相同。试验件尺寸367X40X 10mm。强脉冲放电条件膛ロ 口径15mm ;脉冲电压400(T6000V，脉冲电流6(Tl00KA。装配预紧カ统ー为2ΚΝ。图3为上述条件下纯铜表面烧蚀试样。 利用该装置进行的烧蚀表明纯铜抗烧蚀性能随脉冲放电电压、电流的改变影响很大。当放电电压达到6000V，电流増大80ΚΑ以上时，纯铜的表面组织结构严重损伤，可观察到明显熔坑等烧蚀现象。膛尾瞬时温度测试表明放电时温度接近1200°C。实施例3
氧化铝涂层绝缘材料的绝缘性能研究。试验装置尺寸长300mm,宽156mm，高度245mm，装置的其它部分结构同实施例I相同。试验件尺寸300 X 38 X 5mm。强脉冲放电条件膛ロ口径14mm ;脉冲电压400(T8000V，脉冲电流6(Tl00KA。装配预紧カ统ー为2· 5ΚΝ。图4为强脉冲放电电压为10000V时的击穿试样。利用该装置进行的绝缘材料烧蚀表明氧化铝涂层绝缘材料的抗高压性能随着涂层材料厚度不同而不同。当氧化铝厚度达到500 μ m以上后，即使放电电压达到8000V，电流增大70KA以上时，涂层仍然没有被击穿。当电压达到10000V吋，才出现击穿现象。实施例4
杂质对氧化铝复合涂层绝缘性能研究。试验装置尺寸长300mm，宽156mm，高度325mm，装置的其它部分结构同实施例I相同。试验件尺寸300X38X5mm。强脉冲放电条件脉冲电压400(T6000V，脉冲电流5(Γ80ΚΑ。装配预紧カ统ー为2. 5ΚΝ。Ag和Ni杂质含量为O. OImass%ο图5为强脉冲放电电压4000V时，绝缘材料失效照片。微量元素对绝缘性能的研究表明即使微量的导电金属存在，都会导致绝缘性能的破坏。
权利要求
1.ー种小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，包括不锈钢螺栓(I)、不锈钢螺母(2)、压板I (3)、压板II (12)和压板111(13)，其特征是所述装置为长方体结构采用�？槭缴杓疲�长度为300mnT500mm,宽度为100mnT300mm,高度为200 400_ ;所述压板I (3)和压板IIK 13)由四个不锈钢螺栓(I)和不锈钢螺母(2)固定，压板I (3)的凹槽内装有绝缘板I (4)，导轨I (5)、摩擦层I (7)依次装在绝缘板I (4)上；用销钉(17)将装有支撑件I (8)的侧板I (6)和装有支撑件II (16)的侧板II (15)固定在压板I (3)上，所述支撑件I (8)和支撑件II (16)的上部依次安装摩擦层II (9)、导轨II (10)和压板II (12)，所述绝缘板II (11)装入压板II (12)的凹槽内，压板II (12)与两侧的侧板I (6)和侧板II (15)留有间隙，压板III(13)由不锈钢螺母(2)固定在压板II (12)的上部，压板111(13)的中心线上等距离加工Γ7个螺孔，螺孔中装有不锈钢球头螺栓(14);所述装置的强脉冲电流为Og I g 400KA;强脉冲耐受最大电压为12000V ;镗ロ尺寸调节范围为8-15mm，利用非接触线性CCD测量系统进行膛ロ扩张尺寸测试，精度达到O. 5 μ m ;脉冲放电烧蚀温度測量精度达到O. 5°C ;装有静态电阻应变仪进行精确装配应カ调节，应变测试精度达O. I μ ε。
2.根据权利要求I所述的小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，其特征是所述静态电阻应变仪的传感器安装在不锈钢螺栓(I)上；光纤温度传感器布置在距离摩擦板I (7)或摩擦板II (9)侧面8 IOmm处、布置高度为与摩擦板I (7)或摩擦板II (9)的侧面中心线同一平面高度、移动距离2(T200mm范围内，可測量烧蚀引起的温度变化；所述非接触线性CCD光学測量系统测量布置在放电装置后方2(T40mm距离处，进行放电轨道的尺寸形变測定。
3.根据权利要求I所述的小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，其特征是所述压板I(3)、压板II(12)和压板III(13)采用A3钢制造。
4.根据权利要求I所述的小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，其特征是所述绝缘板I(4)、绝缘板II(11)、支撑件I (8)、支撑件II (16)、侧板I (6)和侧板II (15)采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制造，其密度为2. 08g/cm3，拉伸强度大于500MPa，拉伸模量大于25GPa，弯曲强度大于650MPa，伸长率为1.5%，玻璃纤维含量き70%，介电强度为10X106V/m0
5.根据权利要求I所述的小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，其特征是导轨I(5)和导轨II (10)的材质为T2纯铜材料，导电率IACS 100%O
6.根据权利要求I所述的小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，其特征是强脉冲放电的汇流装置采用15 25层T2级软铜片接入，软铜片具有良好的塑性可极大缓解吸收强脉冲放电产生的电磁力，易于更换。
7.根据权利要求I所述的小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，其特征是静态应变仪采用全桥接线方式，应变片电阻300欧姆；接线方法是相邻应变片相反，且全桥相对相同。
8.根据权利要求I所述的小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，其特征是光纤温度传感器测温范围400-1300°C，H-G非接触式光纤温度传感器，响应时间10毫秒，光纤探头直径3mm,长度 15mm。
9.根据权利要求I所述的小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置，其特征是非接触线性CCD光学測量系统为单向直径测量仪，测量的精度±0. 5 μ m，測量范围O. 02mnT2mm。
全文摘要
本发明公开一种小型化的强脉冲单轨放电烧蚀装置。所述装置为长方体结构，采用模块式设计可灵活拆卸、安装。所述装置的强脉冲电流为0≦I≦400KA；强脉冲耐受最大电压为12000V；镗口尺寸调节范围为8-15mm；利用非接触线性CCD测量系统进行膛口扩张尺寸测试，精度达到0.5μm；脉冲放电烧蚀温度测量精度达到0.5℃；装有静态电阻应变仪进行精确装配应力调节，应变测试精度达0.1με。本发明适应多种脉冲放电条件的需要，装配应力可调节，烧蚀温度的测试精度高，可以经过非接触式光纤测温表征，提供准确的烧蚀温度。能够进行精密的材料形变测定，从而为材料的选型提供技术数据。
文档编号G01B11/16GK102692447SQ20121019014
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者李志鑫, 梁波, 温银堂, 王振春, 王文魁 申请人:燕山大学