[发明专利]一种多功能微试样测试系统、方法、石油化工及核电设备

说明书

本发明属于微试样测试技术领域，公开了一种多功能微试样测试系统、方法、石油化工与核电设备，主机框架，用于支撑固定底座、两根圆柱形立柱、中横梁和上横梁；加载系统，用于实现载荷加载；冷却系统，用于实现传动轴冷却；加热炉，用于实现高温测试的加热，以及常温测试时，形成特殊气体的环境保护氛围；高温气体保护系统，用于实现惰性气体的保护；制冷系统，用于实现保温，保证低温测试时的温度；夹装机构，用于实现不同种材料试样的夹装和固定；测量控制系统，用于实现温度、位移和载荷的测量与控制。本发明在低温、常温和高温下对微试样进行多种力学性能的测试，保证测试时加载及环境变量的稳定，测试结果准确。

技术领域

本发明属于微试样测试技术领域，尤其涉及一种多功能微试样测试系统、方法、石油化工及核电设备。

背景技术

目前，石油化工、核电、航空航天、燃料电池等领域所使用的诸多设备或机械部件，长期服役在高温高压等极端条件或循环载荷下，如设备启停、温度和压力波动、振动等工况，长期服役后材料的力学性能会发生劣化。另外，随着国内外相关工业越来越多的设备已达到设计的使用寿命但设备仍然完好，各国工业面临着设备完整性研究与延寿评估等严峻问题。因此，如何使用一种无损或者近乎无损的方法得到服役材料的多种综合力学性能，即：一方面不对设备产生致命破坏性，另一方面对服役设备进行准确评估，保证其在延寿期限内安全运行成为工业上一个亟待解决的问题。而要对设备进行精确评估，必须对材料的力学性能，尤其是弹塑性、蠕变、疲劳等性能进行精确测试。常规材料测试如拉伸、蠕变、疲劳测试使用的试样尺寸较大，取样具有破坏性、测试成本高且无法对有限体积的材料进行多种力学性能测试。微试样测试技术是一种使用微试样进行材料测试的微损测试技术，现已广泛用于测试材料的弹塑性性能、断裂韧性、韧脆转变温度及高温蠕变性能。

目前，国内外学者开始使用多种微试样测试技术获取材料力学性能，例如小冲杆技术测量材料的蠕变及疲劳性能，并已经证实使用小冲杆技术测试材料的蠕变及疲劳性能具有可行性。然而，由于微试样测试所需试样非常微小，施加的载荷较小，传统试验机的控制与测量系统，由于装配及设计精度所限，得到的测试结果不够准确，并且传统的材料力学性能测试系统通常无法实现多种力学性能的测量。目前为止，仍没有一种能够对微试样进行综合测试的系统或装置，因此提出一种多功能微试样测试系统与方法具有重要意义。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前使用传统材料测试技术进行弹塑性、疲劳、蠕变等力学性能测试时，由于微试样所需载荷较小，传统试验机的控制系统所得到的测试结果不准确，并且，传统测试装置及现有的微试验测试装置无法对微试样进行恶劣环境，例如高、低温及多种气氛环境下的综合测试。

解决以上问题及缺陷的难度为：

(1)如何精确控制微试样测量时所处环境的变量。

(2)如何通过结构设计、优化与传感器布置，消除温度与载荷对测试系统的影响，从而精确测量测试时载荷与位移变化。

(3)如何实现与服役相同的高温、低温与不同气氛的测试环境。

(4)如何实现能够对不同种类的试样，例如金属材料和非金属材料微试样的合理夹持。

解决以上问题及缺陷的意义为：

(1)由于材料力学性能受温度、环境、拘束度等因素共同作用，精确控制微试样测量时所处环境的变量，保证微试验测试环境变量稳定并且合理夹持试样，能够得到精确的材料力学性能。

(2)通过结构设计、优化与传感器布置，消除温度与载荷对测试系统的影响，消除装置由于加工和装配带来的精度误差，从而精确测量测试时载荷与位移变化。

(3)通过设计的相应装置与结构，使得微试样测试环境与工作环境一致，保证得到服役设备材料力学性能准确性。