多功能一体化结构的金属材料拉伸实验系统技术方案

本发明专利技术提供了一种多功能一体化的金属材料高温拉伸实验系统，是在常规金属材料拉伸实验系统基础上增设一套气氛、加热和真空一体化的装置，从而满足金属材料不同环境条件下的高温拉伸力学性能测试。主要包括惰性气氛保护、多组分气氛环境和真空环境下的金属材料高温拉伸力学性能测试。试件温度的测量采用热电偶丝，其与试件的连接采用点焊方式，引申计置于一体化装置中，可以准确测量金属材料在高温或气氛环境下的弹性模量、拉伸强度等参数，满足特殊材料高温或不同环境气氛下拉伸力学性能的测试要求。

【技术实现步骤摘要】
多功能一体化结构的金属材料拉伸实验系统
本专利技术属于材料高温力学性能研究领域，具体涉及一种多功能一体化结构金属材料拉伸实验系统。
技术介绍
利用材料试验机进行材料高温力学性能研究一般是在材料试验上加装一高温炉，试样置于高温炉内并通过试样延长杆与试验机两端的夹头相连，当温度满足试验要求时进行拉伸试验，利用高温引伸计测量变形，可以计算获得材料的弹性模量等参数。为了获得更高温度下金属材料的拉伸性能，一般采用真空环境下的高温拉伸试验，将试样与延长杆相连并将延长杆部分的一置于真空箱中，另一部分与材料试验机的夹头连接，当温度满足试验要求时进行拉伸试验，利用试验机横粱测量变形，不能获得弹性模量的准确参数，其他材料参数需要进行修正。部分材料的高温实验对实验环境具有特定的要求，如大多数金属在空气中进行高温实验都将产生较严重的氧化，氧化后的材料性能与原始材料具有较大的差别，而某些材料在高温下氧化甚至会产生有毒气体，对实验人员和环境造成较大伤害，因此这类实验对气氛保护具有明确需求。还有部分研究工作，需要测量材料在特殊气氛甚至混合气氛下的高温力学性能，以满足特定工程需求。但目前的金属材料高温拉伸实验系统不能提供符合特定要求的实验环境，相关的实验环境提供装置未见报道。
技术实现思路
为了克服已有技术中金属材料高温拉伸实验时不能提供符合特定要求的实验环境，导致实验材料发生高温氧化甚至释放有毒气体的不足或多组份气体环境下金属材料高温拉伸试验的要求，本专利技术提供了多功能一体化结构的金属材料拉伸实验系统。该实验系统不仅能够方便地进行常规空气中的高温拉伸实验，也能提供特定实验保护气氛或多组份气体环境下的金属材料拉伸试验，满足特殊材料对实验环境气氛的要求，也能进行真空环境下金属材料弹性模量的测试，其材料性能参数不需进行修正。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：在常规材料实验系统基础上增设一套气氛保护或真空保护与加热一体化结构装置，整个系统由加载系统、加热系统、气氛保护（配气）或真空保护一体化装置组成。气氛保护或真空保护与加热一体化结构装置包括与之相连接的二级抽真空系统和保护气氛或多组分配气氛气系统、保护气体（含混合气氛）进气管路系统、废气排放口及管路、废气过滤装置、冷却液体进口及管路系统、冷却液体出口及管路系统、试验机拉伸夹头无摩擦密封结构、电缆穿墙密封结构、引伸计释放密封结构、观察窗密封结构、强制冷却结构、密封箱内的照明灯、引伸计X轴和Y轴方向调节及外部释放机构。加热系统包括三段式独立控制加热炉、监测炉膛温度的铠装热电偶、测量试件温度的热电偶丝，加热炉电源与加热控制系统的输出端相连。本专利技术将整个加热炉、试件、引伸计、试样延长杆及试验机拉伸夹头置于气氛保护或真空保护与加热一体化结构装置中，所述的装置包括气氛保护或真空保护与加热一体化结构的防护箱，防护箱由金属板焊接组成半圆柱形结构，箱体前面为可拆卸的门及观察窗。箱门和箱体的连接可采用螺栓连接方式，也可采用合页扣等其他连接方式，箱门和箱体之间用耐高温橡胶垫隔开。加热炉与箱体采用局部焊接支撑方式联成一体，箱体采用独立支撑方式置于试样机机架内，试验机夹头与箱体采用无摩擦密封结构相连；加热炉与试样延长杆之间采用半密封方式进行局部密封，加热炉局部位置进行减薄和开槽设计，用于安装高温引伸计。本专利技术在一体化装置箱体的底部设置一个进气口，顶部设置一个废气排放口。废气排放口与管道相连，将废气导引到安全区域，进入过滤装置进行过滤和吸收。真空保护箱内的保护气体减少了试件在高温时与氧气发生反应的可能性，同时即使有少量残留的氧气与试件接触，反应产生有毒气体，也可从废气排放口排出。本专利技术在一体化装置箱体上下分别设置有多路冷却水进出口，用于冷却试验机夹头、引伸计以及向一体化装置箱内的强制冷却管路通入冷却水。本专利技术在一体化装置箱体内安装测量拉伸变形的引伸计，用于测量材料在高温或气氛环境下的拉伸变形。引伸计的冷却水软管设计有加强保护套，并采用独立的支撑结构和特殊的安装方式，引伸计可以在支撑结构上进行上下和前后自由调节。本专利技术在一体化装置箱体上设计有穿墙电缆密封结构，所有进出箱内的电缆均设有穿墙电缆密封结构。本专利技术在一体化装置箱体上设计有引伸计手动释放机构，保证拉伸试验在接近引伸计量程时，释放引伸计。本专利技术在一体化装置箱体的内加热炉上下各设计有半密封结构，半密封块为泡沫石棉或耐火砖。在加热炉内设置两套测温热电偶，其中一套为热电偶丝，采用点焊的方式焊接在试件周边，用于测定试件的瞬时温度，并作为加温系统控制系统的输入温度，以准确控制加热过程和试件温度。另一套为三支铠装热电偶，置于炉膛的上、中、下位置，一方面与第一套进行对比监测和监测炉膛温度的均匀性，另一方面，当实验完成、热电偶丝与试件的焊接断裂后，继续对炉膛降温过程进行监测。采用气氛保护实验时，由于实验过程中只有单一的惰性气体，可以通过增加气氛的流量将一体化装置箱体内氧气排空，或先抽真空，再通入惰性气体的方法对试样进行保护。当箱内的氧气排空后，再通入惰性气体，打开冷却系统和加热系统，加热到指定温度后，进行拉伸试验。试验机夹头与一体化装置之间采用无摩擦密封结构连接。采用真空高温拉伸实验时，可以关闭所有的气体进出口阀门，直接抽真空。当真空度达到试验要求时，打开冷却系统和加热系统，加热到指定温度后，进行拉伸试验。采用多组分气氛环境拉伸实验时，可以关闭真空系统。采用多路气体配气方式向一体化装置箱体内进行充气。当混合气氛达到试验要求时，打开冷却系统和加热系统，加热到指定温度后，进行拉伸试验。本专利技术的冷却水进出口、气体进出口采用焊接方式连接，在外部采用阀门密封。本专利技术的有益效果是，使用该实验系统不仅能够方便地进行常规空气中的高温拉伸实验，也能提供特定实验保护气氛，满足特殊材料对实验环境气氛的要求，降低和避免试件的氧化以及释放有毒气体，使实验结果更符合真实情况，也减少对实验人员和环境的伤害。也可以进行真空环境或多组分气体环境下高温试验。附图说明图1为本专利技术的多功能一体化结构金属材料拉伸实验系统示意图；图2为本专利技术的无摩擦密封装置示意图；图3为本专利技术的高温炉半密封装置示意图；图4为本专利技术的电缆或信号线密封装置示意图；图5为本专利技术的引伸计释放机构示意图；图6为本专利技术的引伸计冷却水管增强保护示意图；图7为本专利技术的强制冷却装置示意图；图8为本专利技术的引伸计位置调节装置示意图。图中：1、18.试验机上、下夹头（这里假定上夹头为拉伸方向，下夹头固定）2、19.试验机夹头无摩擦密封装置3、17.试验机夹头冷却水进水管及出口4.引伸计冷却水进水管5.引伸计信号线及电缆穿墙密封装置6.气氛保护或真空保护与加热一体化结构的防护箱7、26.试样上、下延长杆8.加热炉9.试件10.引伸计释放装置11.引伸计位置调节装置12.高温引伸计及测量杆13.废气排放管道14.废气过滤与吸收装置15.引伸计冷却水排放管及出口16.电缆线（与34相连）20、30.试验机夹头冷却水排水管及出口21.抽真空接口及管道（与31联接）22.试样测温及控温热电偶（与34相连）23.灯24.强制冷却水蛇形管25.观察窗27.高温炉半密封装置28.三段测温铠装热电偶（与34相连）29.保护气氛（或混合气氛）进气管道（与32相连）31.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能一体化结构金属材料拉伸实验系统，其特征在于：包括加载系统、加热系统、真空系统和气氛环境系统，以及一套气氛保护、真空保护与加热一体化结构的装置；所述的装置包括气氛保护、真空保护与加热一体化结构的防护箱（6）、保护气体进气口管路（29）、废气排放管路（13）、废气过滤装置（14）、强制冷却装置（24）、无摩擦密封装置（2、19）、穿墙电缆密封装置（5）、引伸计脱落装置（10）；加热系统包括三段式加热炉（8）、测量和控制炉膛温度的铠装热电偶（28）、测量试件温度的热电偶丝（22）与加热控制系统（34）的输出端相连；真空系统包括与氛保护、真空保护与加热一体化结构的装置（6）相连的管路（21）和二级抽真空装置（31）；单组份或多组份配气系统包括进气管路（29）与带流量控制的单一或多组份控制装置（32）相连；冷却系统包括对试验机上下夹头的冷却管路（3，17、20、30）、引伸计冷却保护管路（4、15）与带流量控制的冷却控系统（33）相连。

【技术特征摘要】
1.一种多功能一体化结构金属材料拉伸实验系统，其特征在于：包括加载系统、加热系统、真空系统和气氛环境系统，以及一套气氛保护或真空保护与加热一体化结构装置；所述的装置包括气氛保护或真空保护与加热一体化结构的防护箱（6）、保护气体进气口管路（29）、废气排放管路（13）、废气过滤装置（14）、强制冷却装置（24）、无摩擦密封装置（2、19）、穿墙电缆密封装置（5）、引伸计脱落装置（10）；加热系统包括三段式加热炉（8）、测量和控制炉膛温度的铠装热电偶（28）、测量试件温度的热电偶丝（22）与加热控制系统（34）的输出端相连；真空系统包括与气氛保护或真空保护与加热一体化结构装置相连的管路（21）和二级抽真空装置（31）；单组份或多组份配气系统包括进气管路（29）与带流量控制的单一或多组份控制装置（32）相连；冷却系统包括对试验机上下夹头的冷却管路（3，17、20、30）、引伸计冷却保护管路（4、15）与带流量控制的冷却控系统（33）相连；在气氛保护或真空保护与加热一体化结构装置中设置一组加快保护装置冷却速度的环型冷凝管和相应的冷却水进出口及相应的管路系统；在真空环境试件对金属材料进行高温拉伸试验时，气氛保护或真空保护装置一体化装置与试验机拉伸夹头采用无...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文军，牛伟，王彤伟，陈勇梅，敬华，高洋，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51