[发明专利]一种高压氢环境力学试验装置及其试验方法

说明书

本发明提供了种高压氢环境力学试验装置，包括主腔体、密封组件和氢气系统；所述主腔体两端分别安装上带刺型密封塞和下带刺型密封塞；所述主腔体两端内部分别放置上导向环和下导向环，所述上导向环和下导向环之间用于支撑试样；所述试样一端与上连接块连接，且所述上连接块伸入上带刺型密封塞；所述试样另一端与下连接块连接，且所述下连接块伸入下带刺型密封塞；所述下连接块固定在下带刺型密封塞上；所述试样与所述主腔体内孔之间的间隙设为充气室，所述充气室上设有进气口和出气口，所述进气口和出气口连通氢气系统，用于给所述充气室填充氢气。本发明可以实现在高压气体环境下的拉伸或者疲劳实验。

技术领域

本发明涉及力学试验设备领域，特别涉及一种高压氢环境力学试验装置及其试验方法。

背景技术

氢能具有储量丰富、可再生、可储运和转换利用率高等优点，被认为是21世纪最具发展前景的清洁能源，对于解决目前制约全球经济发展的“能源短缺”和“环境污染”两大难题具有重要意义，代表着人类未来战略资源的发展方向。氢的安全高效存储是氢能规模化利用的关键。目前主要的储氢技术有：气态高压储氢、液态储氢、金属氢化物储氢、吸附储氢和复合储氢等。其中，高压储氢方法由于设备结构简单、充氢速度块、压缩氢气制备能耗低等优点，成为目前占主导地位的储氢方式。然而，现阶段在航空航天、汽车、船舶和军事等领域，临氢设备常用金属内胆在高压储氢环境下长期工作，由于承受着交变载荷和高压富氢环境的共同作用，会出现塑性降低、裂纹扩展速率加块的高压氢脆现象，导致关键结构件在服役期内过早失效，易造成突发灾难性的安全事故。

近年来随着光声光力学科的发展，激光和材料相互作用产生热、力效应的应用已引起了国内外学者的广泛关注，其中，激光喷丸强化Laser Peening-LP技术作为一种新颖的表面改性工艺，已被应用于金属零件抗腐蚀、耐磨损以及抗疲劳性能等研究。专利号为201510563120.7的发明专利，提出了一种能显著提高不锈钢抗氢脆性能的方法，通过高温使氢析出并用氮气吹走，结合激光喷丸诱导的高幅残余压应力以有效提高其在氢腐蚀环境下的表面性能及疲劳性能，明确了激光喷丸能有效改善金属材料的抗氢脆性能，但其只是在普通环境下的实验，没有考虑“环境”的问题。但在实际过程中，许多金属材料并不是在常压下服役，而是在高压环境下，例如储氢瓶等，但在取标准样研究其屈服强度、抗拉强度、氢致塑性(断面收缩率、延伸率和断裂应变)及疲劳强度等性能时，需要进行拉伸或疲劳实验，但实际实验中鲜有装置能满足其高压的环境，所以迫切需要一种高压氢环境力学实验装置，满足检测需求，从而为LP抗氢脆工艺的参数优化，以及拓展LP技术在高压储氢设备关键结构件延寿领域中的应用提供理论基础和实验依据。

通过对国内外文献进行检索，目前尚未发现有关激光喷丸强化提高金属材料抗氢脆性能的高压氢环境力学试验装置的相关报道。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种高压氢环境力学试验装置及其试验方法，能与普通单向拉伸机配合，实现在高压气体环境下的拉伸或者疲劳实验，贴近现实。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种高压氢环境力学试验装置，包括主腔体、密封组件和氢气系统；所述主腔体两端分别安装上带刺型密封塞和下带刺型密封塞；所述主腔体两端内部分别放置上导向环和下导向环，所述上导向环和下导向环之间用于支撑试样；所述试样一端与上连接块连接，且所述上连接块伸入上带刺型密封塞；所述试样另一端与下连接块连接，且所述下连接块伸入下带刺型密封塞；所述下连接块固定在下带刺型密封塞上；所述上带刺型密封塞与上导向环之间和所述下带刺型密封塞与下导向环之间均设有密封组件；所述试样与所述主腔体内孔之间的间隙设为充气室，所述充气室上设有进气口和出气口，所述进气口和出气口连通氢气系统，用于给所述充气室填充氢气。

进一步，所述密封组件为动密封组或静密封或其组合。