超小型微创高温蠕变疲劳试验机制造技术

本实用新型专利技术公开了超小型微创高温蠕变疲劳试验机，包括机架、驱动系统、温控系统、高温气体保护系统、测量控制系统、加载装置和水冷系统。本实用新型专利技术的加载方式为顶部垂直加载，试样位于上下固定平台之间，加载时，利用伺服电机控制下加载杆向上运动，通过冲杆与上加载杆相接触，冲杆的下端通过压头，进而冲压试样。针对高温下的在役结构、微区结构，用以获得材料的各种高温性能，对高温结构的剩余寿命蠕变以及安全运行状态等进行评估。该试验机操作方便，试验温度均匀，试验精度高，可以实现材料多种高温性能的测试如高温蠕变性能、高温松弛性能、高温蠕变疲劳性能以及高温断裂韧性等。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种材料高温性能的测试领域，更具体地说，涉及一种采用微小试样的材料高温性能的试验机。
技术介绍
目前随着中国经济的高速发展，对能源的需 求越来越高，造成环境的污染也随之加重，因此提高能源的利用效率、发展新型能源、减少有害气体及温室气体的排放成为经济可持续发展的重要支撑点。在研制新能源的同时，提高工业装置的操作参数是提高现有能源的使用效率和物质转化效率的最有效手段。因此，现代的发电、石油、化工和冶金等工业装置都向着高温、高压、结构大型化的趋势发展。对于这些高温、高压、高温腐蚀情况下服役的构件，获得其在役条件下材料的高温性能，准确评价在役高温结构的剩余寿命，对于保证高温结构的完整性以及安全运行具有重要意义。目前常规的高温性能测试，所需要的试样几何尺寸比较大，如标准蠕变试样尺寸在IOOmm左右，会对在役结构具有比较大的破坏性，因此导致无法直接从在役结构取样。此外，由于高温结构均比较复杂，其接头部位往往采用焊接结构制造而成，而在高温服役的情况，易在接头的热影响区发生早期失效，对高温结构的寿命具有重要影响。由于热影响区尺寸比较小，无法采用常规高温性能测试方法，获得其性能。因此减少取样对在役结构的破坏就成了研究重点。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中的测试不足，针对高温下的在役结构、微区结构，提供一种在高温下利用微型试样测试材料性能的试验机，用以获得材料的各种高温性能，对高温结构的剩余寿命蠕变以及安全运行状态等进行评估。该试验机操作方便，试验温度均匀，试验精度高，可以实现材料多种高温性能的测试如高温蠕变性能、高温松弛性能、高温蠕变疲劳性能以及高温断裂韧性等，成本低。本技术的目的通过下述技术方案予以实现超小型微创高温蠕变疲劳试验机，包括机架、驱动系统、温控系统、高温气体保护系统、测量控制系统、加载装置和水冷系统，其中机架包括底板、中台板、上横梁以及连接它们的立柱支撑，其中底板用于安装和固定伺服电机和减速机；中台板用于安装和固定传感器和流量计；上横梁用于和上加载杆固定连接；立柱支撑用于将底板、中台板和上横梁的连接和加固；驱动系统包括伺服电机、减速机和传动机构，其中伺服电机用于产生加载的原始动力，经过减速机后通过传动机构向传动杆输出动力；温控系统包括加热炉、热电偶、固定套和温度控制器，其中加热炉用于产生高温环境，炉腔内设置加载系统和石英管，采用立式、对开式管式炉；固定套用于安装和固定加热炉，其一端可与加热炉固定，另一端和机架的立柱连接在一起；热电偶的一端穿过下密封套筒进入石英管中靠近试样放置位置的地方，另一端与温度控制器相连；温度控制器根据热电偶采集的温度信号，对加热炉的加热进行控制，以实现对炉腔温度的控制；高温气体保护系统包括上密封套筒、下密封套筒、石英管、气瓶和流量计，其中上密封套筒、下密封套筒分别设置上下加载杆上，且与石英管的两端相连；石英管的长度稍大于加热炉的炉腔长度；气瓶中充满惰性气体，例如氮气或者氦气或者氩气，通过气体管路和流量计通过下密封套筒的气体流入孔进行石英管内，由于在测试过程中试样一直处于高温环境中，为避免试样的氧化，需要在整个测试过程中保持一定的气体流速，以减少或者排除氧气的影响；由于惰性气体是自下而上地充斥石英管，需要保证下密封套筒紧密连接的同时，上密封套筒与上加载杆的连接可以保证气体的流出；流量计根据需要调整惰性气体的流入量；加载装置包括上下加载杆、压杆、压球、锁紧螺母、导向块、上下固定平台和加载杆连接夹具，其中上加载杆的一端固定在上横梁上，另一端穿过上密封套筒进入石英管内部再与压杆相连；压杆穿过锁紧螺母和导向块，与上固定平台相接触，其顶端与压球相接触；压球位于待测试试样的表面上，且与压杆的顶端和上固定平台相接触，一般采用陶瓷制作而成，耐高温，具有较高的硬度，不易发生变形；在上下固定平台之间放置待测试的试样，并通过锁紧螺母和加载杆连接夹具固定在一起，加载杆连接夹具通过螺纹连接在下加载杆上，下加载杆穿过下密封套筒与传动杆相连，加载杆连接夹具上设置有夹具进气孔，以实现惰性气体进行夹具，为测试提供惰性气体氛围；水冷系统包括水箱、水泵、循环管路和传动杆，由于加热炉实施加热时，整个传动和加载系统的金属部分都会难以避免地产生升温现象，这一现象会对位于整个试验机底部的传感器产生不利影响，故在位于传感器之上的传动杆上设置进水和出水口，通过水箱、水泵和循环管路实现水循环对传动杆的降温，避免温度升高对下部传感器的影响；测量控制系统包括测量控制器、载荷传感器、位移传感器和数据采集卡，其中载荷传感器为高精度载荷传感器，加载精度为试验力的I %左右，直接与传动机构相连，通过导线与测量控制器相连以采集加载载荷的信息；位移传感器采用线性差动位移传感器，其固定在中台板上，测量头垂直接触固定在传动杆上的测量片，同时位移传感器通过导线与测量控制器相连，以采集位移的信息；测量控制器用于采集载荷和位移的信息，并反馈控制伺服电机，以实现载荷和位移的控制；测量控制器与数据采集卡相连，既可以实现在电脑屏幕上的时时显示，又可以对试验数据进行存储。整个试验机中还可以设置隔热板，所述隔热板位于加热炉的上方，降低热辐射对机器影响。采用伺服电机加载一方面可以保证加载的稳定性，控制精度比较高，传动平稳，可以保证测试系统的精度；另一方面，可以实现功能多样化，由于采用伺服电机，本试验机不仅可以给定恒定的力值来测试蠕变性能，给定恒定的变形测试蠕变松弛性能，给定加载速率测定高温断裂韧性以及改变载荷波形测定材料的蠕变疲劳性能，使本试验机具有更广泛的适用性。加载方式为顶部垂直加载，加载时，伺服电机根据控制指令，控制传动杆向上移动，与之相连的下加载杆也向上移动，使得压杆上端和上加载杆下端相接触。上加载杆端通过螺栓固定与上横梁。因此，使得压杆下端挤压压球，进而冲压试样。试验未开始时，首先装入试样，把热电偶固定到试样上，随后装石英管。打开气体瓶，通入气体，调节流量计控制气体流量，使石英管内充满保护气体。根据测试温度，控制大气炉升到指定温度，保温一定时间后，开始加载。试验过程中，试样的变形情况，通过位移传感器测得传动杆的移动，进而测得试样的变形，并通过数据线传递给测量控制器，测量控制器与计算机中的数据采集卡相连，传递数据到电脑，实时显示试样变形情况，并可以实现试验数据的存储以及后续处理等。本技术的超小型微创高温蠕变疲劳试验机，采用伺服电机加载，提高了加载的精度及稳定性，采用了高温气体保护装置，降低高温氧化对试验结果的影响，可以实现高温下蠕变、松弛以及蠕变疲劳等多种性能的测量。开有通气孔，使得保护气体与试样接触，很好的防止测试过程中试样氧化。恒温大气炉为对开式加热炉，炉内装置以及试样的安装均比较方便，采用整体加热的方法，可以很好保证试样的温度；同时电加热炉通过悬臂装置与立柱相连，方便试验操作。附图说明图I本技术试验机的结构示意图。 图2图I中A部分的放大剖面图。其中各个部件的标号为1底板；2伺服电机；3左立柱；4减速机；5传动机构；6中台板；7载荷传感器；8流量计；9下密封套筒；10通气管；11下加载杆；12加热炉；13石英管；14上加载杆；15气压表；16上横梁；17隔热板；18上密封套筒；19加热炉固定套；20热电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超小型微创高温蠕变疲劳试验机，包括机架、驱动系统、温控系统、高温气体保护系统、测量控制系统、加载装置和水冷系统，其中机架包括底板、中台板、上横梁以及连接它们的立柱支撑；驱动系统包括伺服电机、减速机和传动机构；其特征在于， 温控系统包括加热炉、热电偶、固定套和温度控制器，其中固定套一端与加热炉固定，另一端和机架的立柱连接在一起；热电偶的一端穿过下密封套筒进入石英管中靠近试样放置位置的地方，另一端与温度控制器相连，向温度控制器输送炉腔温度信号； 高温气体保护系统包括上密封套筒、下密封套筒、石英管、气瓶和流量计，其中上密封套筒、下密封套筒分别设置上下加载杆上，且与石英管的两端相连；石英管的长度稍大于加热炉的炉腔长度；气瓶中充满惰性气体，通过气体管路和流量计通过下密封套筒的气体流入孔进行石英管内； 加载装置包括上下加载杆、压杆、压球、锁紧螺母、导向块、上下固定平台和加载杆连接夹具，其中上加载杆的一端固定在上横梁上，另一端穿过上密封套筒进入石英管内部再与压杆相连；压杆穿过锁紧螺母和导向块，与上固定平台相接触，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐连勇，赵雷，荆洪阳，韩永典，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：实用新型
国别省市：