[发明专利]动态液态金属环境下实现精确变形测量的蠕变实验装置及方法

权利要求书

1.动态液态金属环境下实现精确变形测量的蠕变实验装置，其特征在于包括：试验釜（1）、熔化釜（2）、蠕变实验主机（3）、波纹管（4）、反向器（5）、引伸导杆（6）、泵（7）、流量计（8）、氧传感器及氧含量控制模块（9）、液位计（10）、试验釜上端盖（11）、试验机拉杆（12）、液态金属排出管路（13）、熔化釜上端盖（14）、加热炉（15）、真空及气体管路（16）、位移传感器（17），设备之间相连管路与阀门；

所述试验釜（1）是实验装置的主体部分，为蠕变实验的载荷加载、变形测量提供特殊实验环境。试验釜（1）通过支架固定在蠕变实验主机（3）上，试验釜（1）设计为整体结构，试验釜上端盖（11）可拆卸，与起吊装置连接，试验釜上端盖（11）与试验釜（1）采用法兰密封；试验釜（1）外圆是加热炉（15），通过加热炉（15）的温度控制系统对试验釜（1）加热，使试验釜（1）达到工作温度；试验釜（1）连接管路也适用法兰盘连接配合；试验釜上端盖（11）接有热电偶，测量液态金属温度；试验釜上端盖（11）接入液位计（10），通过液位计（10）对液态金属工作液面进行测量；引伸导杆（6）通过试验釜上端盖（11）密封法兰插入试验釜（1）腔内，引伸导杆（6）与试验釜上端盖（11）用波纹管（4）进行密封；引伸导杆（6）下端分别夹在试样上下凸台处，通过位移传感器（17）对引伸导杆（6）引出的位移变形进行精确测量；反向器（5）与试验釜上端盖（14）采用螺纹连接，反向器（5）横梁上有螺纹孔，与试验机拉杆（12）上的螺纹孔构成试样连接的两端，不需在试验釜（1）外面安装试样下端接头，反向器（5）横梁上的螺纹孔作为试样下端接头；实验时，反向器（5）将试样下端接头受到的力传递给试验釜上端盖（14），起到了固定试样下端的作用；试验釜上端盖（11）上有起吊装置，通过试验机拉杆（12）上升将试验釜上端盖（11）、反向器（5）及引伸导杆（6）一并吊出试验釜（1），以便试样的装卸操作；试验机拉杆（12）与试验釜（1）通过波纹管（4）进行密封；

所述熔化釜（2）的作用是加热熔化金属锭子，储存液态金属。熔化釜（2）固定在支架上，熔化釜（2）设计为整体结构，熔化釜上端盖（14）可拆卸，与起吊装置连接，熔化釜上端盖（14）与熔化釜（2）采用法兰密封；熔化釜（2）外圆是加热炉（15），通过加热炉（15）的温度控制系统对熔化釜（2）加热，使熔化釜（2）达到工作温度；熔化釜（2）连接管路，也适用法兰盘连接配合；熔化釜上端盖（14）接有热电偶，测量液态金属温度；熔化釜上端盖（14）接有液位计（10），用于检测液态金属液面位置，熔化釜上端盖（14）接有氧传感器及氧含量控制模块（9），对液态金属中的氧含量进行测控；熔化釜上端盖（14）与熔化釜（2）采用法兰密封熔化釜上端盖（14），熔化釜（2）下端接有液态金属排出管路（13）；

试验釜（1）和熔化釜（2）之间用管路连接，适用法兰盘连接配合，管路上焊接有泵（7）、流量计（8），在液态金属管道入口处和出口处焊接有氧传感器及氧含量控制模块（9），对液态金属中的氧含量进行测控；试验釜（1）和熔化釜（2）接有真空及气体管路（16），真空及气体管路（16）为整个装置提供真空环境、惰性气体保护气氛以及氧控所需的气体，并提供打压气体将液态金属打压回熔化釜（2）。

2.动态液态金属环境下实现精确变形测量的蠕变实验方法，其特征在于实现步骤如下：

（1）通过起吊装置将试验釜上端盖（11）连同反向器（5）和引伸导杆（6）一并吊出试验釜（1），将蠕变试样上下端分别旋入试验机拉杆（12）上的螺纹孔和反向器（5）上的螺纹孔；将引伸导杆（6）分别卡在试样上下凸台处，将位移传感器（17）安装在引伸导杆（6）上端，将金属锭子放入熔化釜（2）；

（2）加热前，用真空及气体管路（16）对整个装置进行抽真空，再向装置注入保护气体；用加热炉（15）对熔化釜（2）进行加热，使熔化釜（2）内的金属锭子在保护气氛下熔化；氧传感器及氧含量控制模块（9）对装置内的液态金属氧含量进行测量，并通过真空及气体管路（16）向装置内注入氧控所需的气体，实现对液态金属氧含量的调控；

（3）金属锭子在熔化釜（2）中熔化成为液态金属后，通过泵（7）驱动流入试验釜（1）；液态金属流速可通过泵（7）调节，并通过流量计（8）进行流速测量；通过液位计（10）对试验釜（1）和熔化釜（2）内液态金属工作液面进行测量。实验结束后，试验釜（1）中的液态金属回流至熔化釜（2）中，以实现液态金属的回收利用；熔化釜（2）下端设有液态金属排出管路（13），方便定期更换液态金属，防止液态金属内氧化物杂质沉积过多堵塞管路；

（4）实验时，通过加热炉（15）对试验釜（1）和熔化釜（2）内的液态金属加热，并用热电偶实时测温；待液态金属温度达到目标温度后，蠕变试验机（3）对试样施加载荷；试样在载荷作用下，试样整体发生形变；引伸导杆（6）卡在试样标距段上下凸台处，试样标距段受力发生变形时，上下凸台移动，同时带动引伸导杆（6）移动，引伸导杆（6）移动后将标距段形变量传递给试验釜（1）外面的位移传感器（17），实现精确测量试样标距段变形量的目的；

（5）实验结束后，关闭泵（7），通过试验釜上端盖（11）接入的真空及气体管路（16）向试验釜（1）内通入打压气体，使液态金属回流到熔化釜内（2）。然后，用起吊装置将试验釜上端盖（11）、反向器（5）、引伸导杆（6）和试样一起吊出试验釜（1）；拆卸更换试样，开始新的实验。