CN103884601A - 一种液氦温区圆柱形多试样连续拉伸测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测试装置及方法，具体涉及一种液氦温区圆柱形多试样连续拉伸测试装置及方法。它包括中空圆柱形外杜瓦，在外杜瓦内设置同样是中空圆柱形外的内杜瓦，在外杜瓦顶部设置杜瓦密封盖；杜瓦密封盖上设置八个通孔；低温拉伸测试系统设置外胆输液管和内胆输液管，内胆输液管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦内的空间联通；低温拉伸测试系统设置外胆排气管和内胆排气管，该外胆排气管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦和外杜瓦之间的空间联通，内胆排气管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦内的空间联通；外胆排气管上设置外胆输液管控制排气阀和低温排气总阀。本发明的显著效果是：效率高，回收液体，避免浪费，节约成本。
Description
技术领域
本发明属于测试装置及方法，具体涉及一种液氦温区圆柱形多试样连续拉伸测试装置及方法。
背景技术
优质的低温结构材料在宇航工业、超导技术、高能物理、受控热核反应和电子技术等尖端科学广泛地使用，对于这些材料，低温力学性能的测试是必不可少的步骤之一。在执行材料的液氦低温大批量测试时，如用单试样的低温拉伸测试机构进行材料的低温测试，单试样的低温拉伸测试的液氦消耗量大，测试成本上升，测试效率低下。
发明内容
本发明针对现有液氦单试样拉伸的效率低下缺陷，提供一种高效的液氦多试样低温连续拉伸测试系统及测试方法。
本发明是这样实现的：一种圆柱形多试样低温拉伸测试系统，包括中空圆柱形外杜瓦，在外杜瓦内设置同样是中空圆柱形的内杜瓦，在外杜瓦顶部设置杜瓦密封盖；杜瓦密封盖上设置八个通孔，其中两个与内杜瓦和外杜瓦之间的空间联通，两个与内杜瓦内的空间联通，一个设置在杜瓦密封盖的中心，旋转机构转动杆穿过该孔，一个设置在杜瓦密封盖的偏心大孔用于作动杆穿过，其余的两孔分别用于测试信号检测线和液氦液面计引入；低温拉伸测试系统设置外胆输液管和内胆输液管，该外胆输液管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦和外杜瓦之间的空间联通，内胆输液管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦内的空间联通；在外杜瓦外，外胆输液管的管道上依次设置外胆输液管控制阀和输液管总控制阀，内胆输液管与输液管总控制阀气密联通；低温拉伸测试系统设置外胆排气管和内胆排气管，该外胆排气管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦和外杜瓦之间的空间联通，内胆排气管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦内的空间联通；在外杜瓦外，外胆排气管的管道上依次设置外胆输液管控制排气阀和低温排气总阀，内胆排气管与低温排气总阀气密联通；杜瓦密封盖上的旋转机构支撑架用于安装自动多试样分度旋转机构；启动自动多试样分度旋转机构，试样旋入多试样挂式夹具内。
本申请的低温拉伸测试系统设置作动杆，该作动杆穿过杜瓦密封盖的偏心空伸入内杜瓦内部，在拉杆伸入内杜瓦内部部分的末端设置多试样挂式夹具，多试样挂式夹具用于夹住拉伸试样；转动托盘随着自动多试样分度旋转机构的旋转将试样旋入多试样挂式夹具内；杜瓦密封盖的内壁上设置承压杆，连接在承压杆外壁的转动托盘承力梁经托盘转动杆承担转动托盘系统的重量；托盘与拉伸多试样用螺纹连接。
如上所述的一种低温拉伸测试系统，其中，所述的承压杆的个数为1个。
一种低温多试样连续拉伸测试方法，包括下述步骤
步骤一：校准
步骤二：安装
首先将杜瓦密封盖上的螺栓松开，启动拉伸机，拉伸机的十字梁带动作动杆将转动托盘等多个零件系统与杜瓦密封盖一起提出内杜瓦，关闭拉伸机按钮，在转动托盘上装入已编号的多试样，并在多试样上接上测试信号检测线；接着启动拉伸机，将已装好的多试样放入内杜瓦，用螺栓拧紧密封杜瓦密封盖，此时除了杜瓦密封盖上设置的四个通孔外，外杜瓦和内杜瓦的内部空间与外部空间之间是隔绝的，然后将内胆输液管和外胆输液管分别插入杜瓦密封盖上与内杜瓦和外杜瓦之间空间联通的通孔和与内杜瓦内空间联通的通孔；将外胆排气管和内胆排气管分别插入杜瓦密封盖上与内杜瓦和外杜瓦之间空间联通的通孔和与内杜瓦内空间联通的通孔；启动控制系统按钮，将转动托盘上的一试样准确旋入多试样挂式夹具内。
步骤三：预冷
打开输液管总控制阀和外胆输液管控制阀，向内杜瓦和外杜瓦之间空间和与内杜瓦内空间充入液氮，直到液氮的液面达到指定高度，
步骤四：回收内胆液氮
关闭外胆输液管控制阀和外胆输液管排气阀，然后打开低温排气总阀，通过内胆排气管向内杜瓦充入压缩空气，压缩空气使内杜瓦的液氮通过内胆输液管回流到外杜瓦外部，用高压气体将液氮压到外杜瓦外部后再继续吹气2分钟～3分钟，将内杜瓦里的剩余液氮吹干，
步骤五：充入液氦
撤去高压气源，将液氮源改为液氦源，使液氦通过内胆输液管充入内杜瓦内空间，其液面高度用液氦液面计监测，
步骤六：拉伸测试
根据通用拉伸测试方法，对作动杆施加拉力，对拉伸试样进行拉伸测试，
步骤七：启动自动多试样分度旋转机构
当第一个试样被拉断后，启动自动多试样分度旋转机构，将下一试样自动旋入多试样挂式夹具内，重复步骤六，试样被拉断；再次启动自动多试样分度旋转机构，重复拉伸试样，直到转动托盘上的试样全部被测试完毕，
步骤八：更换被测试样
当第一批多试样拉伸完毕后，如果还有需要测试的下一批拉伸试样，打开杜瓦密封盖，更换拉伸试样并重新密封，继而补充损失的液氦直到液氦液面计19监测到的高度，然后重复步骤六和步骤七进行拉伸测试，
步骤九：回收液氦
在低温排气总阀外端连接高压气源，然后按照类似步骤四的过程将液氦回收，
步骤十：回收液氮
按照类似步骤九的步骤将内杜瓦和外杜瓦之间空间的液氮回收。
如上所述的一种低温拉伸测试方法，其中，所述的步骤一包括：
首先在室温下拉伸一批试样并作好记录；再拆卸掉常规拉伸机的通用夹具，在它上面增加适合于液氦温度实验的系统，安装新设计系统后，不充入低温液体，在新系统的结构拉伸一批试样并作好记录；接着与第一批数据做比较，如果误差在1％以上，调整新系统的结构的装配精度，再拉一批做比较，直到合格为止；如果数据与第一批相比误差在1％以内，认为新系统的结构可以满足实验要求。
如上所述的一种低温拉伸测试方法，其中，所述的步骤三的指定高度对于外杜瓦来说是指将外杜瓦之间空间和与内杜瓦内空间充满，所述的步骤三的指定高度对于内杜瓦来说是指将挂式夹具淹没。
如上所述的一种低温拉伸测试方法，其中，所述的步骤三完成后，静置30分钟至1小时的时间。
如上所述的一种低温拉伸测试方法，其中，所述的步骤五的液氦液面高度用液氦液面计检测其高度并进行自动补液，
如上所述的一种低温拉伸测试方法，其中，所述的步骤五完成后，静置10分钟至15分钟的时间。
如上所述的一种低温拉伸测试方法，其中，所述的步骤七的自动多试样分度旋转机构的试样准确旋入多试样挂式夹具内的微机控制试样位置方法。
本发明的显著效果是：本发明涉及一种用于测试材料低温（液氦4K温度）的多试样连续拉伸测试系统。该测试系统采用新的挂式夹具提高试样装卡的效率；该测试系统采用带有自动多试样分度旋转机构与作动杆构成一机械偏心结构，实现多试样自动按要求旋入挂式夹具内；该测试系统拥用液氦液面自动监测和液氦自动补液系统；该测试系统拥用实验完毕后将剩余低温液体的回收系统；该测试系统具有减少低温液体消耗的双层杜瓦的低温环境箱；该发明装置用计算机控制旋转多试样换位，消除了用手摇动旋转机构到多试样挂式夹具内时测试试样位置不对中造成拉伸时夹具的损坏；该发明装置能够通过多试样自动分度旋转机构与计算机控制系统配合使用，实现低温下多试样自动换样，不间断进行拉伸数据测试，提高测试效率从而节约测试成本；
本发明的方法增加了预处理步骤可以比较精确的测试被测件的拉伸结果；通过回收液氮和液氦，最大程度的避免了浪费。
附图说明
附图1是本发明提供的一种多试样低温拉伸机构示意图
图中：1、自动多试样分度旋转机构，2、作动杆，3、承压杆，4、外胆瓦排气阀，5、低温排气总阀，6、内胆排气管，7、外胆排气管，8、旋转机构转动杆，9、转动托盘承力梁，10、托盘转动杆，11、多试样挂式夹具，12、多试样，13、转动托盘，14、内杜瓦，15、外杜瓦，16、外胆输液管，17、内胆输液管，18、测试信号检测线，19、液氦液面计，20、外胆输液管控制阀，21、输液管总控制阀，22、杜瓦密封盖，23、旋转机构支撑架
具体实施方式
如附图1所示，一种圆柱形多试样低温连续拉伸测试系统，包括中空圆柱形外杜瓦15，在外杜瓦15内设置同样是中空圆柱形外的内杜瓦14，在外杜瓦15顶部设置杜瓦密封盖22；杜瓦密封盖22上设置八个通孔，其中两个与内杜瓦14和外杜瓦15之间的空间联通，两个与内杜瓦14内的空间联通，一个设置在杜瓦密封盖22的中心，旋转机构转动杆8穿过该孔，一个设置在杜瓦密封盖22的偏心大孔用于作动杆2穿过，其余的两孔分别用于测试信号检测线18和液氦液面计19引入；低温拉伸测试系统设置外胆输液管16和内胆输液管17，该外胆输液管17穿过杜瓦密封盖22上的一个通孔与内杜瓦14和外杜瓦15之间的空间联通，内胆输液管17穿过杜瓦密封盖上22的一个通孔与内杜瓦14内的空间联通；在外杜瓦15外，外胆输液管16的管道上依次设置外胆输液管控制阀20和输液管总控制阀21，内胆输液管17与输液管总控制阀21气密联通；低温拉伸测试系统设置外胆排气管7和内胆排气管6，该外胆排气管7穿过杜瓦密封盖22上的一个通孔与内杜瓦14和外杜瓦15之间的空间联通，内胆排气管6穿过杜瓦密封盖22上的一个通孔与内杜瓦14内的空间联通；在外杜瓦15外，外胆排气管7的管道上依次设置外胆排气阀4和低温排气总阀5，内胆排气管6与低温排气总阀5气密联通；杜瓦密封盖22上的旋转机构支撑架23用于安装自动多试样分度旋转机构1；启动自动多试样分度旋转机构1，试样旋入多试样挂式夹具11内。工作人员可以通过控制外杜瓦上的输液管控制阀16和输液管总控制阀21的打开和关闭状态，向内杜瓦14和外杜瓦15之间的空间，以及内杜瓦14内的空间充指定液体。本申请的低温拉多试样伸测试系统设置外胆排气管7和内胆排气管6，该外胆排气管7穿过杜瓦密封盖22上的一个通孔与内杜瓦14和外杜瓦15之间的空间联通，内胆排气管6穿过杜瓦密封盖22上的一个通孔与内杜瓦14内的空间联通。在外杜瓦15外，外胆排气管7的管道上依次设置外胆排气阀4和低温排气总阀5。内胆排气管6与低温排气总阀5气密联通。工作人员可以通过控制外胆排气阀4和低温排气总阀5的打开和关闭状态，向内杜瓦14和外杜瓦15之间的空间，以及内杜瓦14内的空间充指定气体或者液体。
本申请的低温多试样连续拉伸测试系统设置作动杆2，该作动杆2穿过杜瓦密封盖22的偏心空伸入内杜瓦14内部，在拉杆伸入内杜瓦14内部部分的末端设置多试样挂式夹具11，多试样挂式夹具11用于夹住拉伸试样；转动托盘13随着自动多试样分度旋转机构1的旋转将试样旋入多试样挂式夹具11内；杜瓦密封盖22的内壁上设置承压杆3，连接在承压杆3外壁的转动托盘承力梁9经托盘转动杆10承担转动托盘13系统的重量；转动托盘13与拉伸多试样12用螺纹连接。
一种低温多试样连续拉伸测试方法，包括下述步骤：
步骤一：校准
首先在室温下拉伸一批试样并作好记录；再拆卸掉常规拉伸机的通用夹具，在它上面增加适合于液氦温度实验的系统，安装新设计系统后，不充入低温液体，在新系统的结构拉伸一批试样并作好记录；接着与第一批数据做比较，如果误差较大（误差在1％以上认为误差较大），调整新系统的结构的装配精度，再拉一批做比较，直到合格为止；如果数据与第一批接近（误差在1％以内），认为新系统的结构可以满足实验要求。
步骤二：安装
首先将杜瓦密封盖22上的螺栓松开，启动拉伸机，拉伸机的十字梁带动作动杆2将转动托盘13等多个零件系统与杜瓦密封盖22一起提出内杜瓦14，关闭拉伸机按钮，在转动托盘13上装入已编号的多试样12，并在多试样12上接上测试信号检测线18；接着启动拉伸机，将已装好的多试样12放入内杜瓦14，用螺栓拧紧密封杜瓦密封盖22，此时除了杜瓦密封盖22上设置的四个通孔外，外杜瓦15和内杜瓦14的内部空间与外部空间之间是隔绝的，然后将内胆输液管17和外胆输液管16分别插入杜瓦密封盖22上与内杜瓦14和外杜瓦15之间空间联通的通孔和与内杜瓦14内空间联通的通孔；将外胆排气管7和内胆排气管6分别插入杜瓦密封盖22上与内杜瓦14和外杜瓦15之间空间联通的通孔和与内杜瓦14内空间联通的通孔；启动控制系统按钮，将转动托盘13上的一试样准确旋入多试样挂式夹具11内。
步骤三：预冷
打开输液管总控制阀21和外胆输液管控制阀20，向内杜瓦14和外杜瓦15之间空间和与内杜瓦14内空间充入液氮，直到液氮的液面达到指定高度，
步骤四：回收内胆液氮
关闭外胆输液管控制阀和外胆输液管排气阀20，然后打开低温排气总阀5，通过内胆排气管6向内杜瓦14充入压缩空气，压缩空气使内杜瓦14的液氮通过内胆输液管17回流到外杜瓦15外部，用高压气体将液氮压到外杜瓦外部后再继续吹气2分钟～3分钟，将内杜瓦里的剩余液氮吹干，
步骤五：充入液氦
撤去高压气源，将液氮源改为液氦源，使液氦通过内胆输液管17充入内杜瓦内14空间，其液面高度用液氦液面计19监测，
步骤六：拉伸测试
根据通用拉伸测试方法，对作动杆2施加拉力，对拉伸试样进行拉伸测试，
步骤七：启动自动多试样分度旋转机构
当第一个试样被拉断后，启动自动多试样分度旋转机构1，将下一试样自动旋入多试样挂式夹具11内，重复步骤六，试样被拉断；再次启动自动多试样分度旋转机构1，重复拉伸试样，直到转动托盘13上的试样全部被测试完毕，
步骤八：更换被测试样
当第一批多试样12拉伸完毕后，如果还有需要测试的下一批拉伸试样，打开杜瓦密封盖22，更换拉伸试样并重新密封，继而补充损失的液氦直到液氦液面计19监测到的高度，然后重复步骤六和步骤七进行拉伸测试；如果进行多批次试验，需对外杜瓦15与内杜瓦14之间的空间补充液氮，以减少液氦的损耗，
步骤九：回收液氦
在低温排气总阀5外端连接高压气源，然后按照类似步骤四的过程将液氦回收，
步骤十：回收液氮
按照类似步骤九的步骤将内杜瓦14和外杜瓦15之间空间的液氮回收。
Claims (8)
1.一种圆柱形多试样低温拉伸测试系统，包括中空圆柱形外杜瓦，其特征在于：在外杜瓦内设置同样是中空圆柱形的内杜瓦，在外杜瓦顶部设置杜瓦密封盖；杜瓦密封盖上设置八个通孔，其中两个与内杜瓦和外杜瓦之间的空间联通，两个与内杜瓦内的空间联通，一个设置在杜瓦密封盖的中心，旋转机构转动杆穿过该孔，一个设置在杜瓦密封盖的偏心大孔用于作动杆穿过，其余的两孔分别用于测试信号检测线和液氦液面计引入；低温拉伸测试系统设置外胆输液管和内胆输液管，该外胆输液管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦和外杜瓦之间的空间联通，内胆输液管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦内的空间联通；在外杜瓦外，外胆输液管的管道上依次设置外胆输液管控制阀和输液管总控制阀，内胆输液管与输液管总控制阀气密联通；低温拉伸测试系统设置外胆排气管和内胆排气管，该外胆排气管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦和外杜瓦之间的空间联通，内胆排气管穿过杜瓦密封盖上的一个通孔与内杜瓦内的空间联通；在外杜瓦外，外胆排气管的管道上依次设置外胆输液管控制排气阀和低温排气总阀，内胆排气管与低温排气总阀气密联通；杜瓦密封盖上的旋转机构支撑架用于安装自动多试样分度旋转机构；启动自动多试样分度旋转机构，试样旋入多试样挂式夹具内，
本申请的低温拉伸测试系统设置作动杆，该作动杆穿过杜瓦密封盖的偏心空伸入内杜瓦内部，在拉杆伸入内杜瓦内部部分的末端设置多试样挂式夹具，多试样挂式夹具用于夹住拉伸试样；转动托盘随着自动多试样分度旋转机构的旋转将试样旋入多试样挂式夹具内；杜瓦密封盖的内壁上设置承压杆，连接在承压杆外壁的转动托盘承力梁经托盘转动杆承担转动托盘系统的重量；托盘与拉伸多试样用螺纹连接。
2.如权利要求1所述的一种圆柱形多试样低温拉伸测试系统，其特征在于：所述的承压杆的个数为1个。
3.一种低温多试样连续拉伸测试方法，其特征在于：包括下述步骤
步骤一：校准
步骤二：安装
首先将杜瓦密封盖上的螺栓松开，启动拉伸机，拉伸机的十字梁带动作动杆将转动托盘等多个零件系统与杜瓦密封盖一起提出内杜瓦，关闭拉伸机按钮，在转动托盘上装入已编号的多试样，并在多试样上接上测试信号检测线；接着启动拉伸机，将已装好的多试样放入内杜瓦，用螺栓拧紧密封杜瓦密封盖，此时除了杜瓦密封盖上设置的四个通孔外，外杜瓦和内杜瓦的内部空间与外部空间之间是隔绝的，然后将内胆输液管和外胆输液管分别插入杜瓦密封盖上与内杜瓦和外杜瓦之间空间联通的通孔和与内杜瓦内空间联通的通孔；将外胆排气管和内胆排气管分别插入杜瓦密封盖上与内杜瓦和外杜瓦之间空间联通的通孔和与内杜瓦内空间联通的通孔；启动控制系统按钮，将转动托盘上的一试样准确旋入多试样挂式夹具内，
步骤三：预冷
打开输液管总控制阀和外胆输液管控制阀，向内杜瓦和外杜瓦之间空间和与内杜瓦内空间充入液氮，直到液氮的液面达到指定高度，
步骤四：回收内胆液氮
关闭外胆输液管控制阀和外胆输液管排气阀，然后打开低温排气总阀，通过内胆排气管向内杜瓦充入压缩空气，压缩空气使内杜瓦的液氮通过内胆输液管回流到外杜瓦外部，用高压气体将液氮压到外杜瓦外部后再继续吹气2分钟～3分钟，将内杜瓦里的剩余液氮吹干，
步骤五：充入液氦
撤去高压气源，将液氮源改为液氦源，使液氦通过内胆输液管充入内杜瓦内空间，其液面高度用液氦液面计监测，
步骤六：拉伸测试
根据通用拉伸测试方法，对作动杆施加拉力，对拉伸试样进行拉伸测试，
步骤七：启动自动多试样分度旋转机构
当第一个试样被拉断后，启动自动多试样分度旋转机构，将下一试样自动旋入多试样挂式夹具内，重复步骤六，试样被拉断；再次启动自动多试样分度旋转机构，重复拉伸试样，直到转动托盘上的试样全部被测试完毕，
步骤八：更换被测试样
当第一批多试样拉伸完毕后，如果还有需要测试的下一批拉伸试样，打开杜瓦密封盖，更换拉伸试样并重新密封，继而补充损失的液氦直到液氦液面计19监测到的高度，然后重复步骤六和步骤七进行拉伸测试，
步骤九：回收液氦
在低温排气总阀外端连接高压气源，然后按照类似步骤四的过程将液氦回收，
步骤十：回收液氮
按照类似步骤九的步骤将内杜瓦和外杜瓦之间空间的液氮回收，
如上所述的一种低温拉伸测试方法，其中，所述的步骤一包括：
首先在室温下拉伸一批试样并作好记录；再拆卸掉常规拉伸机的通用夹具，在它上面增加适合于液氦温度实验的系统，安装新设计系统后，不充入低温液体，在新系统的结构拉伸一批试样并作好记录；接着与第一批数据做比较，如果误差在1％以上，调整新系统的结构的装配精度，再拉一批做比较，直到合格为止；如果数据与第一批相比误差在1％以内，认为新系统的结构可以满足实验要求。
4.如权利要求3所述的一种低温拉伸测试方法，其特征在于：所述的步骤三的指定高度对于外杜瓦来说是指将外杜瓦之间空间和与内杜瓦内空间充满，所述的步骤三的指定高度对于内杜瓦来说是指将挂式夹具淹没。
5.如权利要求4所述的一种低温拉伸测试方法，其特征在于：所述的步骤三完成后，静置30分钟至1小时的时间。
6.如权利要求5所述的一种低温拉伸测试方法，其特征在于：所述的步骤五的液氦液面高度用液氦液面计检测其高度并进行自动补液。
7.如权利要求6所述的一种低温拉伸测试方法，其特征在于：所述的步骤五完成后，静置10分钟至15分钟的时间。
8.如权利要求7所述的一种低温拉伸测试方法，其特征在于：所述的步骤七的自动多试样分度旋转机构的试样准确旋入多试样挂式夹具内的微机控制试样位置方法。
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