CN104359755A - 用于力学试验机的真空密封结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于力学试验机的真空密封结构及其安装方法，该真空密封结构包括波纹管（6），所述波纹管（6）下端密封连接在试验机拉伸杆（11）的支撑盘（3）上，上端与真空箱连通并密封连接在真空箱外壁。该真空密封结构采用波纹管将试验机和真空箱密封连接，将试验机的拉伸杆密封在波纹管内，并与真空箱连通，可避免试样测试时被氧化而生成氧化膜、影响高温力学数据准确性的状况，且本发明与试验机的连接方式对拉伸杆上的力传感器不会造成影响，保证了力学数据的可靠性；本发明还为获得更接近实际工作情况的力学性能奠定了基础。

Description

用于力学试验机的真空密封结构及其安装方法

技术领域

本发明涉及材料性能测试装置技术，尤其涉及一种用于力学试验机的真空密封结构及其安装方法。

背景技术

拉伸试验机、蠕变试验机、压缩试验机等力学试验机一般用于测试材料的力学性能，材料的部分力学性能为高温力学性能，如强度、变形等数据，测试这类数据时，需要提供高温的实验环境。

而材料在高温环境中容易发生氧化，生成氧化膜，不利于正确评估材料的力学性能。因此，为防止材料在高温下氧化，获得良好的力学性能，一般需要将材料置于真空或惰性气体保护状态，保证材料在加热的同时不被氧化。目前，在材料测试领域还没有为力学试验机提供连接在力学试验机与真空装置之间的真空或惰性气体保护环境的装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种用于力学试验机的真空密封结构，该真空密封结构可与力学试验机配套并连接真空箱等环境设备，为材料提供密封的试验环境，本发明还提供了该真空密封结构的安装方法。

为实现上述目的，本发明的用于力学试验机的真空密封结构，包括波纹管，所述波纹管下端密封连接在试验机拉伸杆的支撑盘上，上端与真空箱连通并密封连接在真空箱外壁。此处，波纹管上端与真空箱连通是指，波纹管连接在真空箱通孔四周，将通孔包围在波纹管内。本方案的真空密封结构可以与拉伸试验机、蠕变试验机、压缩试验机等多种常规力学试验机配套使用，该真空密封结构采用波纹管将试验机和真空箱密封连接，将试验机的拉伸杆密封在波纹管内，并与真空箱连通，通过真空箱提供真空或惰性气体保护环境，可避免试样测试时被氧化而生成氧化膜、影响高温力学数据准确性的状况，并为获得更接近实际工作情况的力学性能奠定了基础，本方案的真空密封结构的使用，可大大简化力学试验机与真空箱等环境设备的连接；此外，采用波纹管密封，波纹管能够以其自身优良的延伸性能随着拉伸杆的移动而运动，保证了试验机拉杆的运动空间。现有技术中，暂无为力学试验机提供连接在力学试验机与真空装置之间的真空或惰性气体保护环境，仅采用整体式的真空箱将试验机的拉伸杆、传感器等装置整体包覆在箱体内，发明人在长期的工作实践中发现，这种采用整体包覆方式进行密封时无法进行较高温度的高温拉伸试验，尤其是温度高达六七百度后，被包覆在真空箱内的传感器，如力、变形传感器等使用温度会超过仪器的使用极限，使用环境明显受限。鉴于此，发明人提出了本发明的真空密封结构，该真空密封结构使用的波纹管可以采用大尺寸焊接波纹管将力学试验机拉伸杆与真空箱通孔密封在波纹管内，创造真空环境，波纹管卡持在力学试验机拉伸杆上传感器的外侧，不会对力学数据采集造成影响，这样既使得力学试验方便操作、观察，又能保证力学数据的准确性；本方案利用波纹管将传感器等其他装置置于真空箱外，远离高温端，传感器的使用不会受到高温影响，因此其可以用于各种高温环境。

作为本发明的进一步改进，所述波纹管通过第一卡盘固定在支撑盘上，波纹管下端焊接在第一卡盘上端，第一卡盘固定在支撑盘上，所述第一卡盘与支撑盘之间还设置有第一密封圈。本方案中，第一卡盘中心设置有供试验机拉伸杆穿过的通孔，波纹管焊接在第一卡盘上端，使用时将卡盘固定在支撑盘上即可，拆卸更加方便，此外，第一卡盘和支撑盘之间还设置有第一密封圈，进一步加强密封效果。本方案中，第一卡盘优选固定在支撑盘的上方，也可以从支撑盘的下方或侧面固定在支撑盘上，其中，固定在支撑盘下方时，波纹管和第一卡盘的直径应大于支撑盘，便于密封的时候将支撑盘也密封在波纹管内；固定在支撑盘侧面时，第一卡盘中心的通孔形状和大小与支撑盘相同，固定时，将支撑盘卡入通孔中并采用密封圈密封即可。

进一步，所述第一卡盘通过第二卡盘和紧固件一固定在支撑盘上，第一卡盘设置在支撑盘上端、第二卡盘设置在支撑盘下端，第一卡盘和第二卡盘通过紧固件一固定连接。本方案中，第二卡盘中心也设置有通孔，且第二卡盘和第一卡盘均至少有相对的两个边沿到试验机拉伸杆中心的距离大于支撑盘外径，使得固定时只需要采用紧固件一将第一卡盘和第二卡盘相向拧紧压紧密封圈即可，而无需在支撑盘上进行开固定孔等改进，这样波纹管直接与力学试验机拉伸杆的支撑盘连接，但不对支撑盘进行任何改进或破坏，也不引入多余的固定件，这种与试验机的连接方式对拉伸杆上的力传感器不会造成影响，保证了力学数据的可靠性。本方案中，紧固件一优选为紧固螺钉，也可以采用螺栓等其他常用紧固件。本方案中，发明人基于上述波纹管与试验机拉伸杆的固定方式设计了本方案中的通过两个卡盘固定并加设密封圈的方案，经过发明人反复试验检测得出，上述在拉伸杆支撑盘上进行固定的方式使第一卡盘、第二卡盘等连接部件处于拉伸杆下端力学传感器的外侧，不会对收集垂直力学数据的力学传感器造成影响。本方案的上述固定方式避免了将连接部件与拉伸杆的连接点（例如焊接）设置在力学试验机拉伸杆等部位上，以避免对力学传感器造成影响；同时也不采用密封圈、O环在力学试验机拉伸杆上实现动密封的方式，以避免动密封方式引入摩擦等因素影响拉伸杆上力学传感器的数据准确性，同时也能避免密封圈、O环动密封在高温环境下失效的问题。

进一步，所述第一卡盘和第二卡盘为圆环形卡盘，且第一卡盘和第二卡盘的外径均大于支撑盘的外径。本方案中，采用两个圆环形卡盘将波纹管固定在支撑盘上，取材更加方便、拆卸也更容易，两个圆环形固定盘可采用金属材质固定盘，便于波纹管的焊接。

进一步，所述第一卡盘下端靠近内径处开有放置第一密封圈的环形凹槽，环形凹槽的圆心与支撑盘的圆心重合，本方案中，将凹槽及其内的密封圈设置在第一卡盘下端内径处，可以使得第一卡盘、支撑盘和拉伸杆取得更好的密封效果。

进一步，所述波纹管上端设置有不带波纹的平直连接段，该平直连接段与真空箱相连通，且密封连接在真空箱下壁上。平直连接段与真空箱相连通，便于采用真空泵抽走波纹管内的空气，平直连接段上端与真空箱下壁密封连接时，将真空箱下壁的用于与波纹管连通的通孔包围其中，即平直连接段密封连接在真空箱下壁的通孔四周。本方案中，平直连接段主要用于连接波纹管和真空箱，为便于该真空密封结构可适用于多种力学试验机，波纹管与真空箱最好在需要时才连接使用，因此其与真空箱的连接最好为可拆卸连接，而波纹管与真空箱直接连接且实现密封就很难做到可拆卸连接，因此本方案中在波纹管上设置平直连接段，再将平直连接段上端与真空箱密封连接，以非常简单巧妙的方式实现了密封连接和可拆卸。此外，为了便于波纹管的连接，本方案中波纹管密封连接在真空箱下壁上，避免波纹管产生弯折。

进一步，所述平直连接段外还设置有一个固定卡套，该固定卡套通过紧固件二固定在真空箱下壁上，平直连接段、真空箱下壁、固定卡套连接处通过第二密封圈密封。本方案中，波纹管上端的平直连接段被固定卡套卡紧，而固定卡套则通过紧固件二固定在真空箱下壁，并采用密封圈密封，从而使波纹管与真空箱等环境设备的直接连接，排除了多余连接件的密封干扰。在使用时，波纹管可以依靠其自身优良的延伸性能随着拉伸杆的移动而运动。本方案中，紧固件二优选为紧固螺钉，也可以采用其他常用紧固件。此处，采用固定卡套将平直连接段与真空箱下壁固定连接，便于拆卸，而且可以与不同的真空箱配合，通用性强，同时也防止了焊接连接对真空箱和波纹管造成的影响。

用于力学试验机的真空密封结构的安装方法，包括以下步骤：

（一）将波纹管下端焊接在第一卡盘上；

（二）将第一密封圈放置在第一卡盘的环形凹槽内，将第一卡盘置于支撑盘上端、第二卡盘置于支撑盘下端，采用紧固件一将第一卡盘和第二卡盘固定，压紧第一密封圈；

（三）将平直连接段上端卡进固定卡套内，并将平直连接段和固定卡套的上端放置在真空箱下壁的通孔四周，在平直连接段、真空箱下壁、固定卡套连接处放置第二密封圈，并采用紧固件二将固定卡套固定在真空箱下壁上并压紧第二密封圈。本步骤中，平直连接段和固定卡套的上端放置在真空箱下壁通孔四周是指平直连接段的上端将通孔包围其中，固定卡套的上端卡在平直连接段外，这样可使得波纹管与真空箱通过通孔连通，且真空箱下壁、平直连接段上端、固定卡套上端通过密封圈密封连接，使得波纹管与真空箱实现密封连接。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

1、本发明可以与拉伸试验机、蠕变试验机、压缩试验机等多种常规力学试验机配套使用，该真空密封结构采用波纹管将试验机和真空箱密封连接，将试验机的拉伸杆密封在波纹管内，并与真空箱连接，可避免试样测试时被氧化而生成氧化膜、影响高温力学数据准确性的状况，并为获得更接近实际工作情况的力学性能奠定了基础；

2、本发明将波纹管直接与力学试验机拉伸杆的支撑盘连接，不引入多余的固定件，其与试验机的连接方式对拉伸杆上的力传感器不会造成影响，保证了力学数据的可靠性；

3、本发明通过在波纹管上设置平直连接段和使用固定卡套使波纹管与真空箱等环境设备的直接连接，排除了多余连接件的密封干扰；

4、本发明的波纹管上下两端还采用密封圈密封，密封效果好；

5、本发明与力学试验机和真空箱的连接为可拆卸连接，拆卸容易、使用方便、通用性强；

6、本发明中，采用波纹管密封，波纹管能够以其自身优良的延伸性能随着拉伸杆的移动而运动，保证了试验机拉杆的运动空间；

7、本发明的真空密封结构能够支持各种试验机及其配套传感器等装置用于各种高温环境中进行拉伸试验，不受环境限制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图例说明：1、第一卡盘； 2、第二卡盘； 3、支撑盘； 4、第一密封圈；  5、紧固件一；  6、波纹管；  7、固定卡套；  8、真空箱下壁； 9、第二密封圈；  10、紧固件二；  11、拉伸杆。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

【实施例1】

如图1所示，用于力学试验机的真空密封结构，包括波纹管6，所述波纹管6下端密封连接在试验机拉伸杆11的支撑盘3上，上端与真空箱连通并密封连接在真空箱外壁。波纹管6的长度根据试验机的行程以及试验量程设计，波纹管6的壁厚尽量薄，以提高其延展性，使得波纹管6依靠其自身优良的延伸性能随着拉伸杆11的移动而运动。

本实施例中，波纹管6下端密封连接在支撑盘3上的实现方式如下：波纹管6下端通过第一卡盘1固定在支撑盘3上，第一卡盘6形状可以为圆形、正方形、梯形或其他任意形状，其中心设置有供试验机拉伸杆11穿过的通孔，第一卡盘1上端采用焊接的方式连接波纹管6，下端固定在支撑盘3上，且第一卡盘1与支撑盘3之间还设置有第一密封圈4。本实施例中，第一卡盘1固定在支撑盘3上有以下3种固定方式，可以采用任一种方式固定：

（1）第一卡盘1固定在支撑盘3的上方：该种方式仅要求第一卡盘1面积足以支持将波纹管6全部焊接其上，可采用紧固螺钉将第一卡盘1固定在支撑盘3上；

（2）第一卡盘1固定在支撑盘3的下方：此时，要求波纹管6的直径、第一卡盘1均应大于支撑盘3，便于密封的时候将支撑盘3也密封在波纹管6内，可采用紧固螺钉将第一卡盘1固定在支撑盘3上，紧固螺钉的拧紧与旋松只能从第一卡盘1的下方进行操作；

（3）第一卡盘1固定在支撑盘3的侧面：要求第一卡盘1中心的通孔形状和大小与支撑盘3相同，固定时，将支撑盘3卡入第一卡盘1中心的通孔中并采用密封圈密封，紧固螺钉设置在第一卡盘3侧面。

上述固定方式中，第一卡盘1固定在支撑盘3上即可，拆卸方便，此外，第一卡盘1和支撑盘3之间还设置有第一密封圈4，进一步加强密封效果。

波纹管6上端与真空箱连通并密封连接在真空箱外壁的实现方式如下：波纹管6上端设置有不带波纹的平直连接段，该平直连接段密封连接在真空箱下壁8的通孔四周，将通孔包围其中，从而与真空箱相连通。

【实施例2】

本实施例中用于力学试验机的真空密封结构，包括波纹管6，波纹管6通过第一卡盘1和第二卡盘2固定在支撑盘3上，第一卡盘1和第二卡盘2为金属圆环状卡盘，且第一卡盘1和第二卡盘2的外径均大于支撑盘3的外径，其中：第一卡盘1设置在支撑盘3上端、第二卡盘2设置在支撑盘3下端，第一卡盘1和第二卡盘2通过紧固螺钉固定连接，所述第一卡盘1下端内径处开有一圈环形凹槽，该环形凹槽的圆心与支撑盘3的圆心重合且环形凹槽的横截面为梯形，该环形凹槽用于放置第一密封圈4，紧固螺钉将第一卡盘1和第二卡盘2相向拧紧时会压紧第一密封圈4，从而起到在拉伸杆11处进行密封的作用。本实施例中，波纹管6上端与真空箱的连接方式与实施例1相同。

【实施例3】

在实施例1或实施例2的基础上，本实施例中，波纹管6上端的平直连接段外还设置有一个圆筒状的固定卡套7， 该固定卡套7将波纹管6上端的平直连接段卡在其中，平直连接段、固定卡套7的上端通过紧固螺钉固定在真空箱下壁8的通孔外沿处，且平直连接段、真空箱下壁8、固定卡套7连接处设置有第二密封圈9。紧固螺钉将固定卡套7固定在真空箱下壁8时，将平直连接段也固定在真空箱下壁8，还将第二密封圈9压紧，实现波纹管6与真空箱的密封连接。在这种连接中，试验机拉伸杆11也不受这些连接部件的影响。

上述用于力学试验机的真空密封结构的安装方法，包括以下步骤：

（一）将波纹管6下端焊接在第一卡盘1上；

（二）将第一密封圈4放置在第一卡盘1的环形凹槽内，将第一卡盘1置于支撑盘3上端、第二卡盘2置于支撑盘3下端，采用紧固件一5将第一卡盘1和第二卡盘2固定，压紧第一密封圈4；

（三）将平直连接段上端卡进固定卡套7内，并将平直连接段和固定卡套7的上端放置在真空箱下壁8的通孔四周，在平直连接段、真空箱下壁8、固定卡套7连接处放置第二密封圈9，并采用紧固件二10将固定卡套7固定在真空箱下壁8上并压紧第二密封圈9。

本发明的使用方法如下：

（1）一般情况下，本发明配套使用的设备有：高温真空环境箱（即真空箱）、力学试验机（拉伸或蠕变试验机）、真空泵、水冷机组、数据采集系统、温控仪表、真空计、热电偶；

（2）力学实验前，首先装夹试样：

a.将真空密封结构按上述安装方法分别与力学试验机和高温真空环境箱连接；

b.打开高温真空环境箱门，将试样装夹到试验机拉伸杆11夹具上；

c.调整试样，放置高温真空环境箱上的测温热电偶；

d.关闭高温真空环境箱门；

（3）设置试验环境并开始试验

a.打开真空泵，将波纹管6和高温真空环境箱抽至设定真空；

b.设定加热温度和加热速率；

c.打开水冷机组，设定水流速率；

d.达到加热温度后保温半小时；

e.开启试验程序，开始拉伸或蠕变试验；

（5）结束试验

依次关闭试验程序，保存实验数据。

采用上述实施例中的真空密封结构将力学试验机和真空箱密封连接后应用于上述实验中，其密封效果好，可以有效防止试样试验时在高温环境下发生氧化，且采用该真空密封结构不会对真空箱和力学实验机带来多余的连接部件，也不会影响试验机的力传感器测量和试验数据的准确性。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.用于力学试验机的真空密封结构，其特征在于，包括波纹管（6），所述波纹管（6）下端密封连接在试验机拉伸杆（11）的支撑盘（3）上，上端与真空箱连通并密封连接在真空箱外壁。

2.根据权利要求1所述的用于力学试验机的真空密封结构，其特征在于，所述波纹管（6）通过第一卡盘（1）固定在支撑盘（3）上，波纹管（6）下端焊接在第一卡盘（1）上端，第一卡盘（1）固定在支撑盘（3）上，所述第一卡盘（1）与支撑盘（3）之间还设置有第一密封圈（4）。

3.根据权利要求2所述的用于力学试验机的真空密封结构，其特征在于，所述第一卡盘（1）通过第二卡盘（2）和紧固件一（5）固定在支撑盘（3）上，第一卡盘（1）设置在支撑盘（3）上端、第二卡盘（2）设置在支撑盘（3）下端，第一卡盘（1）和第二卡盘（2）通过紧固件一（5）固定连接。

4.根据权利要求3所述的用于力学试验机的真空密封结构，其特征在于，所述第一卡盘（1）和第二卡盘（2）为圆环形卡盘，且第一卡盘（1）和第二卡盘（2）的外径均大于支撑盘（3）的外径。

5.根据权利要求3所述的用于力学试验机的真空密封结构，其特征在于，所述第一卡盘（1）下端靠近内径处开有放置第一密封圈（4）的环形凹槽，环形凹槽的圆心与支撑盘（3）的圆心重合。

6.根据权利要求1至5任一所述的用于力学试验机的真空密封结构，其特征在于，所述波纹管（6）上端设置有不带波纹的平直连接段，该平直连接段与真空箱相连通，且密封连接在真空箱下壁（8）上。

7.根据权利要求6所述的用于力学试验机的真空密封结构，其特征在于，所述平直连接段外还设置有一个固定卡套（7），该固定卡套（7）通过紧固件二（10）固定在真空箱下壁（8）上，平直连接段、真空箱下壁（8）、固定卡套（7）连接处通过第二密封圈（9）密封。

8.用于力学试验机的真空密封结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

（一）将波纹管（6）下端焊接在第一卡盘（1）上；

（二）将第一密封圈（4）放置在第一卡盘（1）的环形凹槽内，将第一卡盘（1）置于支撑盘（3）上端、第二卡盘（2）置于支撑盘（3）下端，采用紧固件一（5）将第一卡盘（1）和第二卡盘（2）固定，压紧第一密封圈（4）；

（三）将平直连接段上端卡进固定卡套（7）内，并将平直连接段和固定卡套（7）的上端放置在真空箱下壁（8）的通孔四周，在平直连接段、真空箱下壁（8）、固定卡套（7）连接处放置第二密封圈（9），并采用紧固件二（10）将固定卡套（7）固定在真空箱下壁（8）上并压紧第二密封圈（9）。