[发明专利]一种高温断裂强度拉伸试验中的动态温度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温断裂强度拉伸试验中的动态温度测量装置，属于金属材料高温特性试验领域，该装置在金属材料高温拉伸试验中，当圆柱形试验件直径不断减小甚至产生径缩大变形的过程中，也能够可靠地记录下试验件表面温度的动态变化，为获得航空航天材料在快速时变热环境下的强度极限等关键参数提供重要的试验手段。

背景技术

目前导弹等高速飞行器的速度越来越快，机动性能越来越强。为了突破反导系统，高速飞行器会突然爬升、转向或采取“蛇”形机动方式，达到规避反导武器打击的目的；为了反拦截，高速飞行器还会进行高机动变轨，使弹道变得不可预测。同时高速飞行时的气动加热现象非常严重，导致了高速飞行器表面的热环境历程十分复杂，变化速度非常快。

因此为了保证高速飞行器的安全可靠性，必须对航空航天材料进行热强度试验。而在通过拉伸试验(中华人民共和国国家标准GB/T4338-2006，金属材料高温拉伸试验方法)确定航空航天材料的高温断裂强度时，需要模拟飞行过程中的快速变化的加热环境，同时施加拉伸载荷，以获得材料在高速时变热环境下的强度极限等关键表征参数，该项工作对于航空航天材料的可靠性评定、寿命预测以及高速飞行器的安全设计具有非常重要的意义。

在进行金属材料高温拉伸试验(中华人民共和国国家标准GB/T4338-2006，金属材料高温拉伸试验方法)时，材料试验机对圆柱形试验件施加轴向拉伸载荷，从拉伸开始至试验件被拉断的过程如图1所示。当拉伸载荷不断增加，试验件中部的直径不断减小，最后发生断裂，由断裂点的载荷参数可以获得圆柱形试验件的断裂强度参数。

为了获得材料的热强度参数，在加热和加载同时进行的热/载联合试验环境中，必须将圆柱形试验件中部的表面温度准确测量出来。但是，由于加载后试验件中部的直径不断减小(如图1所示)，试验件纵向和径向都将产生非常大的的变形，在试验件断裂前还会出现颈缩现象，此时试验件的变形更为严重，而在试验件表面产生大变形的情况下能将其表面温度的动态变化准确地测量出来的工作非常困难。一般温度测量方法主要有“非接触式”测量和“接触式”测量。

“非接触式”激光测温方法可远离对高温物体表面进行温度测量，但是由于本发明所述的试验件近旁有密集排列的加热阵列给试验件加热，试验件表面的温度变化信息受到加热阵列发出的强光的阻隔和遮蔽，外部激光束无法直接照射到试验件的热表面，因此使用非接触式激光测温方法不能够获得由强光所包围的试验件表面的温度信号。

“接触式”温度测量方法一般将测温传感器通过粘接、焊接或压接的方法固定在试验件的外表面上，通过测温传感器与试验件表面的紧密接触来获取试验件表面的温度信息。若将测温传感器粘接在拉伸试验件表面，由于拉伸试验件的直径不断减小，粘接处在高温大变形的情况下，会出现开胶现象，造成测量失败；若将测温热电偶的端部点焊在圆柱形试验件中部的表面上，虽然在试验开始时可以很好地测得试验件的表面温度，但是当试验件中部出现颈缩大变形时，其直径减少到仅为原直径的几分之一(见图1(c))，且试验件中部在长度方向的变形也很大，因此测温热电偶端部的焊接点处在大变形下常常会出现焊点开焊脱离现象，造成测量失败；如果采用压接方法将测温热电偶端部紧压在圆柱形试验件中部的表面上(该方法在对于平面试验件的温度测量十分有效)，但是对圆柱形拉伸试验件而言，表面呈园弧状，靠压紧力将测温热电偶端部的圆形焊点稳定地压接在曲面上的工作非常困难，稍有偏差将会出现测温传感器端部滑动错位，由于试验中圆柱形试验件的直径在不断地产生变形，直径不断减小，曲率增大，一旦产生滑动将会引起接触不良，造成测量失败。

金属热电偶作为测温传感器12使用时，其两根测温热电偶丝12A、12B的端部需要焊接在一起，传统的方法如图2所示先将A热电偶丝12A和B热电偶丝12B绞绕在一起，且A热电偶丝12A与B热电偶丝12B的测温端焊接在一起，使其端部形成圆珠形状的圆点12C。之后再将未焊部分的两根热电偶丝反向旋开，留下带有两根拖尾形的热电偶测温传感器。但是，将使用传统方法制成的热电偶套装圆柱形拉伸试验件1上时，其热电偶端部测温点5与圆柱形拉伸试验件1的结合处如图2所示会产生缝隙，由于贴合不紧将会引起测温误差。