[实用新型]超小型微创高温蠕变疲劳试验机

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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100mm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。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型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；