CN109269882B - 一种带有气氛环境的高温持久试验夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有气氛环境的高温持久试验夹具，包括接头A、夹具A、对开电炉、金属密封管、试样、夹具B和接头B，其中：试样设置在金属密封管内，对开电炉设置在金属密封管的外，夹具A、夹具B分别安装在试样两端，通过螺纹或销钉连接，金属密封管的一端通过固定螺母与接头B连接。夹具A、夹具B与金属密封管之间采用低摩擦动密封方式密封。与现有技术对比，本夹具设计巧妙，操作简单方便，可以安装于实验室常见的各种高温持久试验机上，可实现金属材料在各种气氛环境(腐蚀性气体或惰性气体等)中的高温持久试验。
Description
技术领域
本发明属于金属材料高温试验研究领域，具体涉及一种带气氛环境的高温持久试验夹具。
背景技术
高温持久强度试验是测试材料在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定持续时间内不引起断裂的最大应力的一种材料机械性能试验。高温持久强度为高温构件的设计、选材提供重要依据。目前国内外针对金属材料高温持久强度试验及性能评价方法已有一些标准，如我国标准GB/T 2039-2012，国际标准ISO 204，美国标准ASTM E139-2011，欧洲标准EN10291-2000等。但这些标准中并未规定试验气氛的要求，只有ASTM E139说明当试样易受环境损伤时可在真空或惰性气体保护环境下试验。
目前的高温持久试验通常在静态空气中进行，往往忽略了环境气氛对试验结果的影响，然而已有研究表明环境气氛对金属材料的高温持久性能往往有着重要的影响。在外加载荷和腐蚀性环境气氛的联合作用下，材料往往表现出更为劣化的力学性能。例如燃煤锅炉受热面管，在高温服役过程中，管外壁和内壁分别受到高温烟气和高温蒸汽的腐蚀与氧化，因此只在高温空气中的持久性能并不能真实反映其在一些特殊气氛中的持久性能。此外，例如高温气冷堆蒸汽发生器传热管服役环境为高纯He气，若在高温空气进行持久试验，其结果必将会有一定误差。目前，国内的高温持久试验机普遍只针对高温干空气环境，只有少数厂家开发了带有气氛箱的高温持久试验机，但其结构相对复杂，价格昂贵，无法广泛应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的以上弊端，提供了一种带有气氛环境的高温持久试验夹具。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种带有气氛环境的高温持久试验夹具，包括接头A、夹具A、对开电炉、金属密封管、夹具B和接头B；其中：
试样设置在金属密封管内，对开电炉设置在金属密封管外，夹具A和夹具B分别安装在试样上下两端，通过螺纹或销钉连接，接头A两端分别与持久试验机和夹具A连接，接头B两端分别与夹具B和持久试验机连接；金属密封管两端分别设有排气孔和进气孔，孔外均设有截止阀，金属密封管一端通过固定螺母与接头B连接，夹具A、夹具B与金属密封管之间采用低摩擦动密封方式密封。
本发明进一步的改进在于，夹具A包括组合密封圈Ⅰ、隔环、组合密封圈Ⅱ、挡板、导向环和连接螺纹；其中，组合密封圈Ⅰ、隔环、组合密封圈Ⅱ依次安装于夹具A的密封圈凹槽内，利用双组合密封圈保证夹具A与金属密封管之间的低摩擦动密封性，挡板用于固定组合密封圈Ⅰ；夹具B与夹具A结构相同，位置相反。
本发明进一步的改进在于，组合密封圈Ⅰ包括O形圈A和滑动环A，组合密封圈Ⅱ包括O形圈B和滑动环B，组合密封圈Ⅰ与组合密封圈Ⅱ之间用隔环分开。
本发明进一步的改进在于，金属密封管内壁光洁度优于Ra＝0.8。
本发明进一步的改进在于，滑动环A和滑动环B采用摩擦系数≤0.1的材质制成。
本发明进一步的改进在于，金属密封管在靠近接头B的一端管外设有密封外螺纹，接头B外设也设有密封外螺纹，试验时两者通过固定螺母固定连接。
本发明进一步的改进在于，控温热电偶测温点位于试样标距段所对应的金属密封管外壁，为保证温度准确性，试样与金属密封管内壁间距≤5mm。
本发明进一步的改进在于，调节对开电炉的加热位置，一方面保证试样标距段温度达到预设试验温度，另一方面使得夹具A和夹具B夹持位置温度相对较低；开始试验后，试样在高温持久试验过程中伸长，夹具A与金属密封管之间由于采用低摩擦动密封能够发生相对运动，既保证整个密封腔内的密封性良好，又对加载于试样上的力影响较小。
本发明具有如下有益的技术效果：
1、本发明利用夹具A、夹具B和金属密封管形成密封腔，可以实现金属材料在不同气氛环境(腐蚀性气体、惰性气体等)中的高温持久性能测试，更真实地反应金属材料在一些特殊气氛中的持久性能。
2、本发明采用低摩擦动密封方式，有效减少摩擦力，使得试验结果更加准确可靠。
3、本发明采用双组合密封圈密封，保证气体密封性良好，可在不补气情况下长期试验。
4、本发明设计巧妙，操作简单方便、价格低廉，可以安装于实验室常见的各种高温持久试验机上，应用广泛。
附图说明
图1为本发明的总装配图。
图2为组合密封圈局部结构示意图。
图中：1为接头A；2为夹具A；3为对开电炉；4为金属密封管；5为试样；6为夹具B；7为接头B；
21为组合密封圈Ⅰ；211为O形圈A；212为滑动环A；22为隔环；23为组合密封圈Ⅱ；231为O形圈B；232为滑动环B；24为挡板；25为导向环；26为连接螺纹；
41为排气孔；42为排气截止阀；43为进气孔；44为进气截止阀；45为密封外螺纹；
71为固定螺母；72为密封外螺纹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种带有气氛环境的高温持久试验夹具，包括接头A1、夹具A2、对开电炉3、金属密封管4、夹具B6和接头B7；其中，夹具A2包括组合密封圈Ⅰ21、隔环22、组合密封圈Ⅱ23、挡板24、导向环25和连接螺纹26，其中，组合密封圈Ⅰ21包括O形圈A211和滑动环A212，所述组合密封圈Ⅱ23包括O形圈B231和滑动环B232。将O形圈B231安装于夹具A2一端的凹槽内，之后将滑动环B232安装于凹槽内，两者构成组合密封圈Ⅱ23，之后将隔环22安装于凹槽内，之后再安装组合密封圈Ⅰ21，将挡板24压在组合密封圈Ⅰ21上，将接头A1通过连接螺纹27与夹具A2连接，且压紧挡板24，之后将导向环25安装于夹具A2的导向环凹槽内。利用相同方法将组合密封圈及导向环安装于夹具B6上，将接头B7通过连接螺纹与夹具B6连接。所述滑动环应采用摩擦系数≤0.1的材质，本方案中选择聚四氟乙烯，经过实际测量，摩擦力约为45N。
将所述夹具A2和夹具B6分别安装在试样5上下两端，通过螺纹或销钉连接，选择合适尺寸的金属密封管4，且保证其内壁光洁度优于Ra＝0.8，在金属密封管4合适的位置加工排气孔41和进气孔43，在排气孔41外设置排气截止阀42，在进气孔43外设置进气截止阀44。将所述金属密封管4套装在所述试样及夹具外，所述金属密封管4在靠近下连接接头一端管外设有密封外螺纹45，所述下连接接头7外设也设有密封外螺纹72，持久试验时两者通过固定螺母71固定连接；安装样品时，将固定螺母71拧至密封外螺纹7一侧，取下金属密封管4，安装样品。
试验前向夹具A2、夹具B6和金属密封管4之间形成的密封腔内通入试验所用气体(腐蚀性气体或惰性气体等)，待气体充满整个密封腔后关闭进气截止阀44和排气截止阀42。
在试验过程中先调节所述对开型加热炉3的加热位置，一方面保证试样5标距段温度达到预设试验温度，另一方面使得所述夹具A2和夹具B6夹持位置温度相对较低。开始试验后，试样在高温试验过程中伸长，夹具A2与金属密封管4之间由于采用低摩擦动密封可以发生相对运动，既保证整个密封腔内的密封性良好，又对加载于试样5上的力影响较小。控温热电偶测温点位于试样5标距段所对应的金属密封管4外壁，为保证温度准确性，试样5与金属密封管4内壁间距应≤5mm。
本发明设计巧妙，操作简单方便、价格低廉，可以安装于实验室常见的各种高温持久试验机上，可以实现金属薄壁管全段管样在各种气氛(腐蚀性气体、惰性气体等)环境中的高温持久试验。
Claims (3)
1.一种带有气氛环境的高温持久试验夹具，其特征在于，包括接头A(1)、夹具A(2)、对开电炉(3)、金属密封管(4)、夹具B(6)和接头B(7)；其中：
试样(5)设置在金属密封管(4)内，对开电炉(3)设置在金属密封管(4)外，夹具A(2)和夹具B(6)分别安装在试样(5)上下两端，通过螺纹或销钉连接，接头A(1)两端分别与持久试验机和夹具A(2)连接，接头B(7)两端分别与夹具B(6)和持久试验机连接；金属密封管(4)两端分别设有排气孔(41)和进气孔(43)，孔外均设有截止阀，金属密封管(4)一端通过固定螺母(71)与接头B(7)连接，夹具A(2)、夹具B(6)与金属密封管(4)之间采用低摩擦动密封方式密封；
夹具A(2)包括组合密封圈Ⅰ(21)、隔环(22)、组合密封圈Ⅱ(23)、挡板(24)、导向环(25)和连接螺纹(26)；其中，组合密封圈Ⅰ(21)、隔环(22)、组合密封圈Ⅱ(23)依次安装于夹具A(2)的密封圈凹槽内，利用双组合密封圈保证夹具A(2)与金属密封管(4)之间的低摩擦动密封性，挡板(24)用于固定组合密封圈Ⅰ(21)；夹具B(6)与夹具A(2)结构相同，位置相反；
组合密封圈Ⅰ(21)包括O形圈A(211)和滑动环A(212)，组合密封圈Ⅱ(23)包括O形圈B(231)和滑动环B(232)，组合密封圈Ⅰ(21)与组合密封圈Ⅱ(23)之间用隔环(22)分开；
金属密封管(4)内壁光洁度优于Ra＝0.8；
滑动环A(212)和滑动环B(232)采用摩擦系数≤0.1的材质制成；
金属密封管(4)在靠近接头B(7)的一端管外设有密封外螺纹(45)，接头B(7)外设也设有密封外螺纹(72)，试验时两者通过固定螺母(71)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有气氛环境的高温持久试验夹具，其特征在于，控温热电偶测温点位于试样(5)标距段所对应的金属密封管(4)外壁，为保证温度准确性，试样(5)与金属密封管(4)内壁间距≤5mm。
3.根据权利要求1所述的一种带有气氛环境的高温持久试验夹具，其特征在于，调节对开电炉(3)的加热位置，一方面保证试样(5)标距段温度达到预设试验温度，另一方面使得夹具A(2)和夹具B(6)夹持位置温度相对较低；开始试验后，试样在高温持久试验过程中伸长，夹具A(2)与金属密封管(4)之间由于采用低摩擦动密封能够发生相对运动，既保证整个密封腔内的密封性良好，又对加载于试样(5)上的力影响较小。
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