[发明专利]蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置及相应的测试方法

说明书

技术领域

本发明属于测量设备技术领域，具体是指一种蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置及相应的测试方法。

背景技术

发电设备、石油化工和航空航天高温部件常在高温下承受周期性载荷，在运行过程中其材料或结构受到蠕变-疲劳交互作用。这些设备经常处于反复启动-停车和载荷波动的状态，长期服役情况下这些载荷不可避免导致疲劳裂纹产生，而且一定稳态温度下工作易导致蠕变裂纹萌生和扩展。即便是新近服役的设备，由于冶金和制造技术的限制，也不可能完全避免异物夹杂、道具划痕等缺陷。这些缺陷或裂纹在疲劳、蠕变交互作用下发生扩展，当达到临界状态时很快导致非稳态断裂而失效。故而，必须通过试验了解掌握材料在蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展行为。

目前国内外研究蠕变-疲劳裂纹扩展试验的试验装置及试验方法如下：林富生、孙康等人的发明实现了无缺陷试样的蠕变-疲劳试验，及长春机械科学研究院有限公司的持久蠕变疲劳试验机，均无法实现高温裂纹扩展测试。《316L钢高温疲劳蠕变共同作用下裂纹扩展速率研究》中介绍了柔度法测量裂纹长度，但柔度法计算公式中设计到的变量较多，他们的误差将直接影响到柔度法的测量精度。《动力工程学报》2011年第六期介绍了离位直读法测量蠕变疲劳裂纹扩展速率，但是该方法不能持续的进行蠕变-疲劳裂纹扩展试验，需要中途停止试验，操作复杂。聂宏、汤剑飞等人提出了一种基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法，但是要进行蠕变-疲劳裂纹扩展试验需要不同的试验系统才能实现。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种结构紧凑、操作方便、可长时间无间断测试的蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置及相应的测试方法。

为实现上述的目的，本发明的蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置及相应的测试方法采用以下技术方案：

该蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置，其主要特点是，包括加载系统、控温系统和测量采集系统，所述的测量采集系统包括载荷线位移量测系统和裂纹长度量测系统，所述的加载系统包括夹具、连杆装置、力传感器和绝缘头，所述的夹具包括上夹具和下夹具，试样的上下两端分别与所述的上夹具和所述的下夹具固定连接，所述的夹具的一端与所述的试样连接，所述的夹具的另一端与所述的连杆装置固定连接，所述的连杆装置与绝缘头固定连接，所述的绝缘头包括上绝缘头和下绝缘头，所述的下绝缘头的底部设置有力传感器，所述的试样位于高温炉内，所述的高温炉与所述的控温系统和测量采集系统连接，所述的试样通过交流伺服电机及控制器进行加载。

该蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置中的装置还包括主机框架，所述的交流伺服电机及控制器与该主机框架固定连接，所述的主机框架包括上横梁、中横梁、底座和立柱，所述的交流伺服电机及控制器固定设置于所述的底座的上表面，两根所述的立柱的底端固定于所述的底座，所述的上横梁的两端分别与所述的立柱的上端固定连接，所述的中横梁的两端分别与所述的立柱的中间部位固定连接。

该蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置中的每个所述的绝缘头均包括外套和螺钉，螺钉套设于所述的外套内，垫环与所述的外套的内壁固定连接，所述的螺钉通过所述的垫环固定连接于所述的外套，所述的螺钉和所述的垫环之间设置有垫片，且所述的垫片紧密抵靠所述的螺钉和所述的垫环，所述的上绝缘头的螺钉与所述的上横梁固定连接。

该蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置中的载荷线位移量测系统包括载荷线位移采集装置、夹式引伸计和距离传感器，所述的夹式引伸计分别与所述的上夹具和所述的下夹具连接，所述的夹式引伸计与所述的距离传感器连接，该距离传感器连接于所述的载荷线位移采集装置，且所述的距离传感器设置于所述的高温炉的外部。

该蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置中的裂纹长度量测系统包括电位采集仪和直流电源，所述的电位采集仪和所述的直流电源均通过导线与所述的试样连接。

该蠕变-疲劳的测试方法包括以下步骤：

（1）测量所述的试样的尺寸；

（2）所述的试样进行疲劳裂纹的预制；

（3）所述的试样与所述的裂纹长度量测系统进行连接；

（4）所述的试样与热电偶进行连接；

（5）所述的试样与所述的夹具进行固定连接；

（6）所述的试样与所述的载荷线位移量测系统进行连接；

（7）通过所述的高温炉对所述的试样进行加热；

（8）试样通过交流伺服电机及控制器进行加载。

所述的测量所述的试样的尺寸包括以下步骤：

（1-1）通过量具对所述的试样的韧带区域的三点处测量厚度，并计算厚度平均值；