[发明专利]一种高压氢环境力学试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种高压氢环境力学试验装置，其特征在于，包括主腔体(7)、动密封组(5)、静密封和氢气系统；所述主腔体(7)两端分别安装上带刺型密封塞(14)和下带刺型密封塞(4)；所述主腔体(7)两端内部分别放置上导向环(10)和下导向环(6)，所述上导向环(10)和下导向环(6)之间用于支撑试样(8)；所述试样(8)一端与上连接块(17)连接，且所述上连接块(17)伸入上带刺型密封塞(14)；所述试样(8)另一端与下连接块(3)连接，且所述下连接块(3)伸入下带刺型密封塞(4)；所述下连接块(3)固定在下带刺型密封塞(4)上；所述试样(8)与所述主腔体(7)内孔之间的间隙设为充气室(9)，所述充气室(9)上设有进气口(18)和出气口(19)，所述进气口(18)和出气口(19)连通氢气系统，用于给所述充气室(9)填充氢气；所述上带刺型密封塞(14)与上导向环(10)之间设有动密封组(5)和静密封的组合，所述动密封组(5)与上导向环(10)接触，所述静密封位于动密封组(5)上方；所述下带刺型密封塞(4)与下导向环(6)之间设有动密封组(5)；所述动密封组(5)包括矩形垫圈(0501)、三角形密封圈(0502)、梯形密封圈(0503)和三角形垫圈(0504)；所述三角形密封圈(0502)、梯形密封圈(0503)和三角形垫圈(0504)形成矩形密封圈，所述矩形垫圈(0501)与三角形密封圈(0502)接触；所述三角形垫圈(0504)与下导向环(6)或者上导向环(10)接触；所述静密封包括O型密封圈(12)和楔形密封圈(13)，所述O型密封圈(12)放置在动密封组(5)上，所述O型密封圈(12)上放置楔形密封圈(13)，且所述楔形密封圈(13)斜面与上带刺型密封塞(14)接触，所述上带刺型密封塞(14)底部设有与所述楔形密封圈(13)斜面配合的倒角，通过上带刺型密封塞(14)压紧楔形密封圈(13)；与所述上连接块(17)接触的上带刺型密封塞(14)内孔内设有棘刺(11)；与所述下连接块(3)接触的下带刺型密封塞(4)内孔内设有棘刺(11)；与所述主腔体(7)接触的下带刺型密封塞(4)外圆上设有棘刺(11)。

2.根据权利要求1所述的高压氢环境力学试验装置，其特征在于，所述氢气系统包括出气增压泵(23)、废气管路和回收管路，所述出气增压泵(23)进口与气源连接，所述出气增压泵(23)出口与进气口(18)连接；所述出气口(19)通过三通分别连接废气管路和回收管路。

3.根据权利要求2所述的高压氢环境力学试验装置，其特征在于，所述出气增压泵(23)出口与进气口(18)之间设有压力传感器(20)和安全阀(21)；所述气源为储氢瓶(24)；所述废气管路包括第二手动截止阀(30)、废气回收泵(29)和废气回收瓶(28)；所述回收管路包括第一手动截止阀(25)、氢气回收泵(26)和氢气回收瓶(27)。

4.一种根据权利要求3所述的高压氢环境力学试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

准备工作：所述下连接块(3)与疲劳拉伸设备的下矫正凸台(1)连接，下矫正凸台(1)通过下矫正块(2)与疲劳拉伸设备的工作台固定；所述上连接块(17)与疲劳拉伸设备的上矫正凸台(16)连接，上矫正凸台(16)通过上矫正块(15)与疲劳拉伸设备的拉伸端连接；

清洗腔体：关闭回收管路，打开废气管路，开启出气增压泵(23)，确保腔体内没有空气；

拉伸试验：关闭回收管路，关闭废气管路，开启出气增压泵(23)，通过安全阀(21)确保充气室压力达到设定压力值，在设定压力下疲劳拉伸设备的拉伸端提供连续或间断拉力，直至试样(8)断裂，关闭出气增压泵(23)；

腔体内气体回收：打开回收管路，关闭废气管路，启动氢气回收泵(26)，将氢气送进氢气回收瓶(27)；

分析：分析断裂试样(8)得出单向拉伸力学性能曲线和裂纹扩展长度-疲劳寿命a-N曲线，结合扫描电镜SEM断口微观形貌观测，分析金属材料在高压与常压情况拉断的不同，分析激光喷丸强化金属材料抗氢脆性能的改善。

5.根据权利要求4所述的高压氢环境力学试验装置的试验方法，其特征在于，所述清洗腔体的次数为2-3次；所述设定压力值范围在35-70MPa之间。