CN105334112B - 一种高温真空可充气环境下蠕变疲劳实验装置 - Google Patents

一种高温真空可充气环境下蠕变疲劳实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高温真空可充气环境下蠕变疲劳实验装置，本装置包括供给试样进行蠕变疲劳试验的真空容器，真空容器设为中空管腔构造，该装置还包括用于加热试样的感应加热组件；真空容器上连接有抽真空组件以及充气组件；真空容器外周围还设有加载框架，加载框架上设有用于穿过真空容器固定试样的上、下拉杆，加载框架位于下拉杆的下侧还固设有加载传动组件；真空容器内设有监控试样温度的热电偶组件、以及测试试样变形度的试样变形测量组件；该装置还设有控制柜，各组件均与控制柜电连接。该装置为金属材料在复杂应力以及高温真空或充气环境下测试构建了完善的硬件平台，可准确检测待测试样在其服役环境下的各项材料性能和研究其材料失效机理。

Description

一种高温真空可充气环境下蠕变疲劳实验装置
技术领域
本发明属于材料蠕变疲劳实验技术领域，具体涉及一种高温真空可充气环境下蠕变疲劳实验装置。
背景技术
航天飞行器在其运行过程中，部分零件处于高温真空环境中，需对相应材料高温真空环境下的安全性能进行测试与研究以保证其可靠性；在研究高温单因素对材料蠕变、疲劳等力学性能的影响时，为排除气氛环境对测试结果的影响，如高温时大气对试样的氧化作用，需要进行真空环境试验；而对于服役环境具有某种气体介质的金属又需要在充有相应气体的环境下进行力学性能测试。为此，需要一种在高温真空或充气环境下进行材料力学性能测试的试验装置，为相关材料力学性能测试与失效机理研究提供工具，从而为相关设备的设计与安全维护提供数据与理论支持。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种运行稳定，可实验工况更加全面、检测结果可靠有效的高温真空可充气环境下蠕变疲劳实验装置。该装置为金属材料在复杂应力以及高温真空或充气环境下测试构建了完善的硬件平台，从而可准确检测待测试样在其服役环境下的各项材料性能和研究其材料失效机理。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种高温真空可充气环境下蠕变疲劳实验装置，包括供给试样进行蠕变疲劳试验的真空容器，所述真空容器设为中空管腔构造，该装置还包括用于加热试样的感应加热组件；所述真空容器的外周围还设有加载框架，加载框架上设有用于穿过真空容器并与试样固定联接的上拉杆、下拉杆，加载框架的位于下拉杆的下侧还固设有加载传动组件；所述真空容器还分别与抽真空组件以及充气组件相联接；所述真空容器内设有用于监控试样温度的热电偶组件以及测试试样变形程度的试样变形测量组件；本装置中还设有控制柜，各组件均与控制柜电连接。
优选的，所述上拉杆、下拉杆的杆身上分别同轴套设有上环盖、下环盖，所述上环盖、下环盖与真空容器的相应管口处固定且密封联接，且上环盖、下环盖的远离真空容器的一侧均与可轴向伸缩的波纹管密封衔接，两个波纹管分别与上拉杆、下拉杆的杆身同轴设置，且波纹管的管端部分别与上拉杆、下拉杆的杆身密封联接；所述上环盖、波纹管、真空容器以及下环盖所共同围合而成的内腔构成密封包覆式实验环境。
优选的，该装置在加载框架上还设有用于监控试样受力载荷的载荷传感器，所述载荷传感器与控制柜电连接。
优选的，所述真空容器通过支架固定在加载传动组件上。
优选的，所述真空容器上还连接有真空度监测组件，所述真空度监测组件与控制柜电连接。
优选的，所述感应加热组件包括感应加热线圈，所述感应加热线圈均匀缠绕于试样周侧，并与试样同轴设置。
进一步的，所述感应加热线圈与试样之间的横向间距为2cm～6cm。
优选的，所述变形测量组件包括引伸计，所述引伸计与感应加热线圈之间设有隔热挡板，所述引伸计通过穿过隔热挡板的引伸杆与试样相连。
进一步的，该装置还包括水冷组件；所述隔热挡板设为可供水流过的空心板，隔热挡板通过穿过相应管口的支管与水冷组件相连而构成循环冷却水路。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明通过在真空容器外周围设加载框架，在加载框架上设用于穿过真空容器固定试样的上、下拉杆，加载框架位于下拉杆的下侧，另固设有加载传动组件，构成对待测试样在高温真空下或者充气状态下蠕变疲劳过程中轴向伸缩的配合；上、下拉杆的杆身同轴固设有与真空容器固定且密封联接的上、下环盖，上、下环盖同轴密封并衔接设置有可轴向伸缩的波纹管，波纹管的远离真空容器的端口与上、下拉杆的杆身密封联接，从而上环盖、波纹管、真空容器以及下环盖所共同围合而成的内腔构成了密封包覆式的实验环境，在该实验环境中，通过变形测量组件中与试样相连的引伸计，可以反应出试样的变形度。
综上所述，本发明为金属材料在复杂应力以及高温真空或充气环境下测试构建了完善的硬件平台，从而可准确检测待测试样在其不同服役环境下的各项材料性能，并为研究其材料失效机理提供了有效的保证。
2)、本发明中采用了与控制柜电连接的多种组件，通过控制柜可以准确有效地反应出实时监控的数据并发出及时有效的指令；进一步保证了本装置检测结果的可靠有效性。
3)、本发明通过设置波纹管而有效地实现大行程动密封，保证了本装置的稳定运行，从而提高了试验数据的可靠性。
4)、本发明中变形测量组件的引伸计设置于真空容器内，并用隔热挡板将引伸计与试样-感应加热线圈隔开，不但有效地阻止了感应加热线圈所产生的高温对引伸计的热损害，而且也确保了引伸计的测量结果的精确性。
5)、本发明将隔热挡板设置为空心状，空心状的隔热挡板通过支管与水冷组件相连而构成循环冷却水路，通过循环冷却水流经真空容器及隔热挡板来分隔试样检验环境和引伸计工作环境，即本发明不但保证了试样能够在其设定服役环境下进行各项材料性能的检测，而且在空心状的隔热挡板与相对应的真空容器的内壁之间创造了一个适于引伸计工作的小环境，进一步保障了引伸计能够持续稳定可靠的工作，也大大延长了引伸计的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构简示图。
图2为本发明真空容器的结构示意图。
图中标注符号的含义如下：
1-真空容器 2-感应加热组件 20-感应加热线圈 3-加载框架
30-上拉杆 31-下拉杆 32-上环盖 33-下环盖 34-波纹管
35-载荷传感器 4-加载传动组件 5-抽真空组件 6-充气组件
7-热电偶组件 8-变形测量组件 80-引伸计 81-引身杆
82-隔热挡板 9-控制柜 10-支架 11-水冷组件
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高温真空可充气环境下蠕变疲劳实验装置，包括供给试样进行蠕变疲劳试验的真空容器，所述真空容器1设为中空管腔构造，该装置还包括用于加热试样的感应加热组件2；所述真空容器1外周围还设有加载框架3，加载框架3上设有用于穿过真空容器1固定试样的上拉杆30、下拉杆31，加载框架3位于下拉杆31的下侧还固设有加载传动组件4；所述真空容器1上相应管口处连接有抽真空组件5、以及充气组件6；所述真空容器1内设有监控试样温度的热电偶组件7、以及测试试样变形度的试样变形测量组件8；该装置还设有控制柜9，各组件均与控制柜9电连接，控制柜9的终端连接有计算机。所述真空容器1通过支架10固定在加载传动组件4上。
所述上拉杆30、下拉杆31的杆身同轴套设有上环盖32、下环盖33，所述上环盖32、下环盖33与真空容器1的相应管口处固定且密封联接，上环盖32、下环盖33还分别与可轴向伸缩的波纹管34密封衔接，所述波纹管34分别与上拉杆30、下拉杆31的杆身密封联接。其中，所述上环盖32、波纹管34、真空容器1以及下环盖33共同围合构成密封包覆式实验环境。
如图2所示，所述上环盖32、下环盖33可以直接设置为与真空容器1的相应管口处焊接固定为一体，如此既实现了固定的功能，也完全满足了密封的需求。
该装置在加载框架3上还设有用于监控试样受力载荷的载荷传感器35，所述载荷传感器35与控制柜9电连接。所述真空容器1上还连接有真空度监测组件，所述真空度监测组件与控制柜9电连接。
所述感应加热组件2包括感应加热线圈20，所述感应加热线圈20均匀缠绕于试样周侧，并与试样同轴。所述感应加热线圈20与试样保持横向间距在2cm～6cm。
所述变形测量组件8包括通过引身杆81与试样相连的引伸计80，所述引伸计80与试样、感应加热线圈20之间设有隔热挡板82，所述引伸杆81穿过隔热挡板82。
该装置还包括水冷组件11；所述隔热挡板82设为可供水流过的空心板，并通过支管与水冷组件相连构成循环冷却水路；所述真空容器1通过相应管口与水冷组件11构成循环冷却水路。
下面结合附图对本装置的工作过程做进一步详细的说明。
当需要试验金属材料在高温真空环境下的性能时，首先通过设在加载框架3上的上拉杆30、下拉杆31穿过真空容器1的相应管端口固定试样；接着通过与真空容器1相应管端口相接的抽真空组件5对真空容器1抽真空，并利用真空度监测组件实时监测真空容器1内部的真空度，并将数据反馈到控制柜9上；达到试验环境所需的真空度后，紧接着，通过计算机对控制柜9设定试验温度，并控制感应加热组件2开始工作，其中，通过与试样靠近的感应加热线圈20对试样进行逐步升温，热电偶组件7则实时监控试样温度并反馈至控制柜9，以便相应地对试样的加热速率做出调整，保证温度控制的可靠稳定性；达到试验温度后，试样在不被外介质干扰影响的前提下，检测出高温真空环境下该试样材料的蠕变疲劳情况。
实验结果主要通过如下测试过程得出：①、加载框架3位于下拉杆31的下侧另固设有加载传动组件4，构成对实验试样在高温真空下蠕变疲劳过程中轴向伸缩的配合，并通过加载传动组件4将具体伸缩量反馈给控制柜9，同时，加载框架3上还设有的载荷传感器35可以监控试样的受力载荷，并反馈给控制柜9；②、在上环盖32、波纹管34管壁、真空容器1的管壁以及下环盖33共同围合构成的密封包覆式实验环境中，通过变形测量组件8中与试样间接相连的引伸计80，可以测出试样的变形度，并将数据反馈至控制柜9。
对于服役环境具有某种气体介质的金属，当需要试验金属材料在该种气体环境下的力学性能时，将真空容器1中通入一定量的该种气体介质，在充有相应气体的环境下进行轴向伸缩和变形的力学性能测试，具体测试过程同上所述。
综上所述，本发明为金属材料在复杂应力以及高温真空环境下测试构建了完善的硬件平台，从而可准确检测待测试样在其服役环境下的各项材料性能和研究其材料失效机理。

Claims (2)

1.一种高温真空可充气环境下蠕变疲劳实验装置，包括供给试样进行蠕变疲劳试验的真空容器(1)，所述真空容器(1)设为中空管腔构造，其特征在于：该装置还包括用于加热试样的感应加热组件(2)；所述真空容器(1)的外周围还设有加载框架(3)，加载框架(3)上设有用于穿过真空容器(1)并与试样固定联接的上拉杆(30)、下拉杆(31)，加载框架(3)的位于下拉杆(31)的下侧还固设有加载传动组件(4)；所述真空容器(1)还分别与抽真空组件(5)以及充气组件(6)相联接；所述真空容器(1)内设有用于监控试样温度的热电偶组件(7)以及测试试样变形程度的试样变形测量组件(8)；本装置中还设有控制柜(9)，各组件均与控制柜(9)电连接；
所述感应加热组件(2)包括感应加热线圈(20)，所述感应加热线圈(20)均匀缠绕于试样周侧，并与试样同轴设置；
所述试样变形测量组件(8)包括引伸计(80)，所述引伸计(80)与感应加热线圈(20)之间设有隔热挡板(82)，所述引伸计(80)通过穿过隔热挡板(82)的引伸杆(81)与试样相连；
该装置还包括水冷组件(11)；所述隔热挡板(82)设为可供水流过的空心板，隔热挡板(82)通过穿过相应管口的支管与水冷组件(11)相连而构成循环冷却水路；
所述上拉杆(30)的杆身上套设有上环盖(32)、下拉杆(31)的杆身上套设有下环盖(33)且上环盖(32)、下环盖(33)同轴，所述上环盖(32)、下环盖(33)与真空容器(1)的相应管口处固定且密封联接，且上环盖(32)、下环盖(33)的远离真空容器(1)的一侧均与可轴向伸缩的波纹管(34)密封衔接，两个波纹管(34)分别与上拉杆(30)、下拉杆(31)的杆身同轴设置，且波纹管(34)的管端部分别与上拉杆(30)、下拉杆(31)的杆身密封联接；所述上环盖(32)、波纹管(34)、真空容器(1)以及下环盖(33)所共同围合而成的内腔构成密封包覆式实验环境；
该装置在加载框架(3)上还设有用于监控试样受力载荷的载荷传感器(35)，所述载荷传感器(35)与控制柜(9)电连接；
所述真空容器(1)通过支架(10)固定在加载传动组件(4)上；
所述真空容器(1)上还连接有真空度监测组件，所述真空度监测组件与控制柜(9)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种高温真空可充气环境下蠕变疲劳实验装置，其特征在于：所述感应加热线圈(20)与试样之间的横向间距为2cm～6cm。
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