[发明专利]一种用于极高温裂纹扩展性能测试的环境模拟装置

摘要

一种用于极高温裂纹扩展性能测试的环境模拟装置，由耐高温的多台阶圆轴转换接头、温控冷水机、耐高温的五孔槽型夹具、定位销钉与螺栓、陶瓷粉、带摄像头的对开箱式高温炉、石棉和智能温度控制器等组成。其连接关系为多台阶转换接头通过进、出水管与冷水机相连，五孔槽型夹具一端安装在转换接头上，另一端通过定位销钉和螺栓连接试样，陶瓷粉涂抹于夹具销钉孔上，高温炉将夹具及夹持试样密封包裹，摄像头实时观测、记录裂纹扩展状况，石棉塞堵在高温炉与夹具的连接缝隙处，温度控制器与高温炉相连。本发明通过各子系统间精巧配合和连接，简便、实用、高效、精确地实现裂纹扩展性能试验环境的模拟，为极高温裂纹扩展性能测试提供技术手段。

主权项

一种用于极高温裂纹扩展性能测试的环境模拟装置，其特征在于：由耐高温的多台阶圆轴转换接头、温控冷水机、耐高温的五孔槽型夹具、定位销钉与螺栓、陶瓷粉、带摄像头的对开箱式高温炉、石棉和智能温度控制器等组成。它们之间的连接关系如下：(1)耐高温的多台阶圆轴转换接头通过进、出水管与温控冷水机相连接，以实现极高温环境下转换接头的冷却；(2)耐高温的五孔槽型夹具一端安装在耐高温的多台阶圆轴转换接头上，另一端通过定位销钉与定位孔对试样定位，并通过带螺纹螺栓与试样固定连接；(3)陶瓷粉均匀涂抹于槽型夹具的销钉孔上，有效防止极高温环境下试样与夹具的粘连；(4)带摄像头的对开箱式高温炉将槽型夹具及其夹持试样密封包裹，摄像头透过高温炉上的特种玻璃窗口，实时观测和记录试验中的裂纹扩展状况；(5)石棉均匀塞堵在高温炉与槽型夹具的连接缝隙处，实现极高温环境的密闭和保温；(6)智能温度控制器与对开箱式高温炉相连接，采用智能恒流控温技术实现极高温环境。所述的温控冷水机通过塑料导管连接耐高温的多台阶圆轴转换接头，形成进、出水循环，实现制冷，其冷却方式简单、冷却效率高。所述的耐高温的多台阶圆轴转换接头穿过高温炉的顶部或底部开口后，一端通过螺纹与疲劳试验机固定连接，另一端再通过螺纹与五孔槽型夹具固定连接，这样，试验夹具和试样就置于高温炉内部，且转换接头穿过高温炉的开口小，便于密封和保温，试样装卸简便。选取耐高温抗变形的优质合金钢制造转换接头，转换接头上加工有冷却孔，通过导管与温控冷水机相连，利用进、出水循环，实现降温，可阻隔高温扩散至试验机接头，有效避免高温对试验机传感器的影响，保证试验载荷施加精度。所述的耐高温的五孔槽型夹具的中央孔为定位孔，通过带台肩的圆轴状定位销钉穿过定位孔，对试样进行定位，保证试样安装的同轴度；其余四个螺纹孔上下、左右对称分布在定位孔的四周，通过螺栓夹持试样，如此的夹持方式稳固、夹持力均匀，保证试验载荷施加的精度。此外，耐高温的五孔槽型夹具仅通过螺栓与螺纹孔固定试样，无需螺母等配件，试样装卸简便，提高了试样装卸效率。所述的陶瓷粉均匀涂抹于五孔槽型夹具与试样连接的销钉孔上，有效防止极高温环境下试样与夹具的粘连，在试样拆卸时，更容易，提高了试样装卸效率。所述的带摄像头的对开箱式高温炉是金属箱体结构，采用优质不锈钢制造炉壳，炉壳表面对称加工有耐高温的球形实木把手，炉壳边缘处采用圆角过渡，方便高温炉的闭合及试样装卸。高温炉采用细密无机纤维材料构筑隔热炉膛，其抗热震性强，反红外热辐射和耐腐蚀性好，保证极高温环境的密封和保温。隔热炉膛内均匀排布有上、中、下三段电阻丝进行加热，每段电阻丝还配有合金电阻传感器测定环境温度，之后，连接智能温度控制器，分别由一路微机化数字调节仪进行控制，实现指定的极高温环境。此外，高温炉的一侧还设有耐高温的特种玻璃窗口，玻璃窗口正前方架设高分辨率的电子摄像头，并通过三角框架结构固定于高温炉上，从而，电子摄像头透过高温炉上的特种玻璃窗口，可以实时有效地观察和记录试验中的裂纹扩展状况。所述的石棉均匀塞堵在高温炉与五孔槽型夹具的连接缝隙处，实现极高温环境的密闭和保温，保证试验测试的准确性。所述的智能温度控制器与对开箱式高温炉相连接，基于PID理论协调控制高温炉的加热功率，能够形成达1200±1℃的稳定极高温度场。温度控制器采用智能恒流控温技术实现多段可编程的升温、恒温和降温，具备温度自动修正和上、下限保护功能，设定参数均可数显。智能温度控制器的升温速率快，温度波动小，控制精度高，可以降低加热成本。本发明的环境模拟装置通过各子系统间的合理与精巧配合和连接，实现了试验环境的密闭保温和裂纹扩展的实时观测，可以简便、实用、高效、精确模拟极高温环境，为极高温裂纹扩展性能测试提供技术手段。