一种形状记忆合金棒的加热方法

摘要

本发明公开了一种形状记忆合金棒的加热方法，包括以下步骤：（1）在形状记忆合金棒内部沿长度方向钻通一个或多个孔洞；（2）将表面附有绝缘材料的电热丝穿过形状记忆合金棒的孔洞；（3）电热丝穿过形状记忆合金棒的孔洞后，对电热丝进行通电加热；（4）电热丝将热量通过热传递的方式传送给形状记忆合金棒，当形状记忆合金棒的温度达到其奥氏体相变结束温度时，奥氏体相变完成。本发明方法具有加热效率高，步骤简单等优点，并且可通过增加形状记忆合金棒内的电热丝数量来进一步提高加热效率。

权利要求

1.一种形状记忆合金棒的加热方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在形状记忆合金棒内部沿长度方向钻通一个或多个孔洞；

（2）将表面附有绝缘材料的电热丝穿过形状记忆合金棒的孔洞；所述电热丝表面附有的绝缘材料为导热矽胶布、氮化硼涂料或硅胶；

（3）电热丝穿过形状记忆合金棒的孔洞后，对电热丝进行通电加热，在加热过程中，通过温控装置将电热丝表面的温度控制在形状记忆合金棒的奥氏体相变结束温度与绝缘材料所能承受的最高温度之间；

（4）电热丝将热量通过热传递的方式传送给形状记忆合金棒，当形状记忆合金棒的温度达到其奥氏体相变结束温度时，奥氏体相变完成。

2.根据权利要求1所述的形状记忆合金棒的加热方法，其特征在于，所述形状记忆合金棒上孔洞的内径比表面附有绝缘材料的电热丝的外径大1mm～5mm。

3.根据权利要求1所述的形状记忆合金棒的加热方法，其特征在于，所述电热丝两端伸出形状记忆合金棒内部沿长度方向的孔洞。

4.根据权利要求1所述的形状记忆合金棒的加热方法，其特征在于，所述步骤（1）中形状记忆合金棒在常温下为马氏体状态。

5.根据权利要求1所述的形状记忆合金棒的加热方法，其特征在于，所述电热丝表面附有的绝缘材料所能承受的最高温度为不低于200℃，导热系数的大小不低于0.5W/m.k。

6.根据权利要求1所述的形状记忆合金棒的加热方法，其特征在于，所述电热丝由铁铬铝丝制成，其形状为弹簧状。

7.根据权利要求1所述的形状记忆合金棒的加热方法，其特征在于，所述形状记忆合金棒的一个孔洞穿入一根电热丝。

说明书

一种形状记忆合金棒的加热方法

技术领域

[0001] 本发明涉及土木工程结构智能控制技术领域，具体涉及一种形状记忆合金棒的加热方法。

背景技术

[0002] 形状记忆合金是一种兼有感知和驱动功能的功能材料，目前已广泛应用于仪器仪表、自动控制、航空航天、医疗器具、汽车工程、土木工程、机器人等领域。

[0003] 形状记忆合金在土木工程结构中的应用包括被动控制和主动控制两个方面，其中后者主要是利用形状记忆合金特有的形状记忆效应，将常温下处于马氏体状态的形状记忆合金固设在土木工程结构中，环境作用下结构的变形会诱发形状记忆合金产生变形，此时只要将形状记忆合金加热至其奥氏体相变结束温度以上，形状记忆合金就会呈现出独特的形状记忆效应，进而对土木工程结构产生很大的回复力以减小土木工程结构的变形。

[0004] 目前，人们对横截面积较小的丝状形状记忆合金的研究比较多，虽然形状记忆合金丝的电阻相对较大，可直接通电进行加热，但其产生的回复力有限且不能承受剪力，严重影响其实际工程应用。为此人们开始对棒状形状记忆合金予以关注，提出在地铁盾构管片螺栓、柱脚螺栓、钢结构梁-柱节点等部位采用形状记忆合金棒。但由于棒状形状记忆合金的横截面积较大，电阻较小，如果直接对其进行通电加热处理，加热效率比较差。因此，迫切需要寻求一种棒状形状记忆合金的高效加热方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种加热效率高、步骤简单且无需改变形状记忆合金棒外部形状就能实现对其进行加热的形状记忆合金棒的加热方法。该加热方法促使形状记忆合金棒由常温下的马氏体状态向高温下的奥氏体状态转变，进而利用其形状记忆效应实现土木工程结构的有效控制。

[0006] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种形状记忆合金棒的加热方法，包括以下步骤：

[0007] （1）在形状记忆合金棒内部沿长度方向钻通一个或多个孔洞；

[0008] （2）将表面附有绝缘材料的电热丝穿过形状记忆合金棒的孔洞；

[0009] （3）电热丝穿过形状记忆合金棒的孔洞后，对电热丝进行通电加热；

[0010] （4）电热丝将热量通过热传递的方式传送给形状记忆合金棒，当形状记忆合金棒的温度达到其奥氏体相变结束温度时，奥氏体相变完成。

[0011] 优选的，所述形状记忆合金棒上孔洞的内径比表面附有绝缘材料的电热丝的外径大1mm～5mm。

[0012] 优选的，所述电热丝两端伸出形状记忆合金棒内部沿长度方向的孔洞。

[0013] 优选的，所述步骤（1）中形状记忆合金棒在常温下为马氏体状态，在所述步骤（3）加热过程中，通过温控装置将电热丝表面的温度控制在形状记忆合金棒的奥氏体相变结束温度与绝缘材料所能承受的最高温度之间。

[0014] 优选的，所述电热丝表面附有的绝缘材料所能承受的最高温度不低于200℃，导热系数的大小不低于0.5W/m.k。

[0015] 优选的，所述电热丝由铁铬铝丝制成，其形状为弹簧状。

[0016] 优选的，所述电热丝表面附有的绝缘材料为导热矽胶布、氮化硼涂料或硅胶。

[0017] 优选的，所述形状记忆合金棒的一个孔洞穿入一根电热丝。

[0018] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

[0019] （1）本发明形状记忆合金棒的加热方法是通过在形状记忆合金棒内部的孔洞中设置电热丝，然后对电热丝进行通电加热，电热丝通过热传递的方式将其热量传送给形状记忆合金棒，进而实现对横截面较大的形状记忆合金棒进行加热；所使用的加热方法比较简单，加热速度也较快，并且无需改变形状记忆合金棒的外部形状。相对于直接对形状记忆合金棒进行通电加热的方式，本发明方法的加热效率具有比较明显的提高。另外，本发明还可以通过在形状记忆合金棒内部钻通多个孔洞，分别放置电热丝，从而进一步提高形状记忆合金棒的加热效率。

[0020] （2）本发明加热方法中的电热丝位于形状记忆合金棒内部，对形状记忆合金棒的受力方式及其与其它构件的连接影响较小，形状记忆合金棒可直接承受拉压、剪切、扭转等各类变形。

[0021] （3）本发明加热方法通过温控装置将电热丝的温度控制在一定的范围内，防止温度过低达不到形状记忆合金的奥氏体相变结束温度，导致无法完成形状记忆合金的相变，或者是温度过高超过绝缘材料所能承受的最高温度，导致绝缘材料失效。

附图说明

[0022] 图1是本发明加热方法采用一根电热丝时的示意图。

[0023] 图2是本发明加热方法的一根电热丝在形状记忆合金中位置的示意图。

[0024] 图3是图2中心孔洞部位的放大示意图。

[0025] 图4是本发明加热方法采用五根电热丝时的示意图。

[0026] 图5是本发明加热方法的五个电热丝在形状记忆合金中位置的示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0028] 如图1和5所示，本实施方式采用的形状记忆合金棒的加热装置包括220V交流电源、温控装置1、开关2和铁铬铝丝制成的电热丝5，电热丝5穿过形状记忆合金棒4内部沿长度方向的孔洞3并且与温控装置1、电源及开关2通过串联的方式连接，电热丝5的表面缠绕有绝缘材料导热矽胶布6。

[0029] 温控装置1通过调节电路中的电压或者电流，进而达到调节电热丝5的温度的作用。

[0030] 其中电热丝5表面的绝缘材料也可以用氮化硼涂料或硅胶代替。

[0031] 实施例1

[0032] 如图1所示，本实施例中形状记忆合金棒的加热方法包含一根电热丝5。

[0033] 图1所示的形状记忆合金棒的加热方法，包括以下步骤：

[0034] （1）选用一根长度为150mm，直径为30mm且常温下处于马氏体状态的形状记忆合金棒4，其中该形状记忆合金棒4的奥氏体相变结束温度为126℃。在形状记忆合金棒4内部沿长度方向钻通一个直径为6mm的孔洞3。

[0035] （2）如图2和图3所示，选用一根长度为200mm、标准功率为500W的弹簧状电热丝5，其中该电热丝是由直径为0.35mm的铁铬铝丝制成；电热丝的外径为4mm左右，在电热丝
5的表面缠绕上两层厚度为0.23~0.28mm、导热系数为0.75W/m.k及所能承受的最高温度为
260℃的导热矽胶布6，缠绕导热矽胶布6后的电热丝5的外径为5mm左右，将表面缠绕着导热矽胶布6的电热丝5穿过形状记忆合金棒4的孔洞3；电热丝5两端伸出形状记忆合金棒4内部沿长度方向的孔洞3各25mm。

[0036] （3）电热丝5穿过形状记忆合金棒4的孔洞3后接通电源，对电热丝5进行通电加热；温控装置1将电热丝5表面的温度控制在200℃左右。

[0037] （4）电热丝5将热量通过热传递的方式传送给形状记忆合金棒4，当形状记忆合金棒4的温度达到其奥氏体相变结束温度时，奥氏体相变完成。

[0038] 经过本实施例形状记忆合金棒4的加热方法进行加热后，形状记忆合金棒4外表面达到其奥氏体相变结束温度所需的通电加热时间为25.5分钟。

[0039] 实施例2

[0040] 如图4所示，本实施例是实施例1的进一步改进，本实施例形状记忆合金棒的加热方法中包含五根电热丝，五根电热丝分别与温控装置、电源及开关通过串联的方式连接，即五根电热丝之间为并联关系。

[0041] 本实施例形状记忆合金棒的加热方法的步骤与实施例1中的加热方法的区别仅在于：（1）如图5所示，本实施例的步骤（1）在形状记忆合金棒4内部沿长度方向钻通5个直径为6mm的孔洞3；（2）本实施例在步骤（2）中，选用五根长度为200mm、标准功率为500W的弹簧状电热丝5，在每根电热丝5的表面缠绕上两层厚度为0.23~0.28mm、导热系数为0.75W/m.k及所能承受的最高温度为260℃的导热矽胶布6；（3）在步骤（3）中将五根电热丝分别穿过形状记忆合金棒4的五个孔洞3，每个孔洞穿入一根电热丝。

[0042] 经过本实施例形状记忆合金棒4的加热方法进行加热后，形状记忆合金棒4外表面达到其奥氏体相变结束温度所需的通电加热时间为7.2分钟。

[0043] 形状记忆合金棒上孔洞的内径比表面经过绝缘处理的电热丝的外径大1mm～5mm，本实施例1和实施例2中形状记忆合金棒上孔洞的内径比表面经过绝缘处理的电热丝的外径大1mm左右。绝缘材料所能承受的最高温度为不低于200℃，导热系数的大小不低于
0.5W/m.k，本实施例1和实施例2选用的导热矽胶布的所能承受的最高温度为260℃，导热系数为0.75W/m.k。

[0044] 实施例1和实施例2的差别仅在于设置在形状记忆合金棒4内的电热丝5的数量不同，因此两者在形状记忆合金棒4外表面达到其奥氏体相变结束温度所需的通电加热时间也不同，电热丝5数量越多，所需要通电加热的时间越短，即效率越高。故可以通过适当增加电热丝5数量来提高形状记忆合金棒的加热效率。

[0045] 本实施方式由电热丝将热量通过热传递的方式传送给形状记忆合金棒4，从而实现对形状记忆合金棒进行加热，加热方法非常简单，容易实现。本实施例的方法通过温控装置将电热丝的温度控制在一定的范围内，防止温度过低达不到形状记忆合金的奥氏体相变结束温度而导致无法完成形状记忆合金的相变，或者温度过高超过绝缘材料所能承受的最高温度而导致绝缘材料失效。

[0046] 上述两个实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。