CN110954411A - 一种新型小试样微拉伸试验装置及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及小试样微拉伸试验技术领域，且公开了一种新型小试样微拉伸试验装置及其测试方法，包括底座，所述底座顶部连接有单臂，所述单臂侧壁连接有横梁，所述横梁底部安装有上夹头，所述底座顶部安装有下夹头，所述上夹头与下夹头之间设有两个连杆。本装置可在1000摄氏度以上高温下正常运行，本装置零件个数少，拆卸灵活方便，实验后试样可以轻易取出，占地面积小，成本较低，生产工艺简单，装置所用材料抗腐蚀、抗蠕变能力强，陶瓷材料使用寿命长，维护成本低，可以满足高温实验需求，装置方便定位试样位置，保证试样和力处在同轴情况下，避免不必要的误差，本装置操作方便，夹紧过程只需转动螺丝提供推力且力度较大。

Description

一种新型小试样微拉伸试验装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及小试样微拉伸试验技术领域，具体为一种新型小试样微拉伸试验装置及其测试方法。
背景技术
从工程应用和成本的角度分析，目前按照传统试验方法，测试金属材料的力学特性需要大量重复性试验，然而常规试样的尺寸偏大，会导致金属试样原材料的大量浪费。减小试样尺寸有利于节约金属原材料，从而减少成本。小试样微拉伸试验法可节约原材料，做到最大限度利用金属原材料。
从材料局部异质性的角度分析，由于孔隙度或其他缺陷的存在，可能影响测量所得的材料力学性质，试验结果有一定的偶然性。小试样微拉伸试验法能测量金属在发生相应变化如氧化、蠕变情况下的材料力学性质，能有效地确定在服役过程中含有内部缺陷的材料力学性能参数。
小试样微拉伸试验法在不同工业下的需求
在石油化工中，在役设备长期运行在高温高压下，会受到不同程度的损伤和性能退化后，无法确定其能否安全运行。常规试验方法只能无损检测材料缺陷和剩余壁厚，或有损地割取试样，来进行材料各种性能的测试评定。割取试样将造成工件的损伤和破坏，需要依靠后期工件修复来弥补。小试样微拉伸试验法通过截取微型试样来进行试验，可接近满足对工件材料力学性能的无损检测。
在核工业中，由于辐照装置的体积限制和降低样品放射性的需求，核反应堆辐照后结构材料的剩余寿命测试无法在常规的拉伸试验设备中进行。小试样微拉伸试验法通过减小试样尺寸，能满足辐照装置的要求，从而评估辐照工件的力学性能。
小试样微拉伸试验法属于一种新型测试技术，试样尺寸偏小，有利于评价温度变化对材料力学特性的影响，同时，小试样微拉伸试验法还可以做到无损地在役设备进行取样测试、安全评估。此方法可以用于测量材料的弹性极限、伸长率、拉伸强度、屈服强度、高温下的蠕变性能等，有望被广泛应用于各个工业领域。
国内外小试样微拉伸装置目前发展及应用的方向有：
(1)在役工件在高温拉伸和高温蠕变反应后的材料性质测试
(2)放射性材料因辐照装置限制而体积受限的材料性质测试测试过程中的两种变量控制方式：
(1)拉伸试验装置：保持拉伸速率恒定不变，在高温条件下拉伸试样，记录试样从变形到断裂的载荷-位移数据，分析出材料相关力学性能参数。
(2)蠕变试验装置：保持拉伸力恒定不变，在高温条件下拉伸试样，记录试样从变形到断裂整个过程中的位移-时间数据，分析出材料各种蠕变性能参数。
虽然小试样微拉伸装置已有了一定应用，但依然有一些现存问题并未解决：
(1)由于高温条件，装置内部结构不可避免会产生蠕变，长期工作会产生较大偏差。
(2)现存小试样微拉伸装置中所需拉伸试验机尺寸也需缩小，成本偏高。
现存小试样微拉伸装置的试样仍然偏大，无法满足涂层作为试样的要求，且装置相对复杂，拆卸及和使用不便。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种新型小试样微拉伸试验装置及其测试方法，达到装置简单，方便拆卸、使用方便的目的。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型小试样微拉伸试验装置，包括底座，所述底座顶部连接有单臂，所述单臂侧壁连接有横梁，所述横梁底部安装有上夹头，所述底座顶部安装有下夹头，所述上夹头与下夹头之间设有两个连杆，两个所述连杆互相远离的两端分别与上夹头和下夹头互相靠近的两端螺纹连接，两个所述连杆互相靠近的两端均通过螺纹与夹具连接，两个所述夹具互相靠近的两侧均开设有放置槽，两个所述放置槽之间设有微型试样，所述微型试样顶部和底部分别位于两个放置槽内部，两个所述放置槽内部均设置有夹片，所述夹具外壁螺纹连接有陶瓷内六角螺栓，所述陶瓷内六角螺栓一端与夹片接触，所述夹片一侧与微型试样一侧接触，所述上夹头底部安装载荷传感器，所述底座一侧设有加热炉支架，所述加热炉支架一侧安装有加热炉，所述加热炉外壁安装有热电偶。
优选的，所述底座底部安装有底座支撑脚。
优选的，所述夹具位于加热炉内部。
优选的，所述夹片正面、背面和远离放置槽槽口的一侧均与放置槽槽壁接触，所述夹片圆角设置。
优选的，所述载荷传感器检测范围为10N-5kN。
优选的，所述单臂内部设置有位移检测器。
一种新型小试样微拉伸试验装置测试方法，包括以下步骤：
S1、首先将连杆和夹具安装到单臂拉伸试验机上，单臂拉伸试验机的上夹头和下夹头以相同的螺纹连接方式连接连杆，连杆外螺纹与上夹头、下夹头内螺纹吻合；
S2、连杆的另一端连接夹具底面的螺纹孔，夹具的内螺纹与连杆外螺纹同样吻合；
S3、经过确认夹具的凹槽上下对称以后，在夹具的曲面螺纹孔内插入螺纹吻合的陶瓷内六角螺栓；
S4、在夹具的放置槽内放入长方形的夹片，同时使夹片和陶瓷内六角螺栓接触，利用陶瓷内六角螺栓夹住夹片；
S5、上下的夹具一致安装完毕后，微松陶瓷内六角螺栓，长方形夹片可以自由地水平移动一小段足够放置微型试样的距离；
S6、将微型试样的两端各放入两端夹具中，重新拧紧陶瓷内六角螺栓，使夹片夹紧微型试样；
S7、热电偶将被放置在可以与微型试样接触的空隙中，用来监测实验过程中试样表面的温度变化，将加热炉把手和加热炉支架正确用螺丝安装，保证加热炉中心与夹具完全对齐；
S8、试验开始前，检验夹具的中心是否与微型试样对齐，同时，利用加热炉将温度加热到所需温度来模拟实际工况；
S9、试验过程中，由拉伸试验机载荷传感器和单臂的位移传感器提供和储存试验过程中所需位移和试验力数据；
S10、如进行拉伸试验，由单臂拉伸试验机横梁上的载荷传感器提供载荷来匀速地拉伸微型试样直至断裂；
S11、如进行蠕变试验，由单臂拉伸试验机的横梁提供恒定的载荷拉伸微型试样，处理以上获得的信息，获取所需物理量即材料的各种性能参数。
本发明提供了一种新型小试样微拉伸试验装置及其测试方法。具备以下有益效果：
(1)、传统装置可承受的温度低，而本装置可在1000摄氏度以上高温下正常运行。
(2)、本装置零件个数少，拆卸灵活方便，实验后试样可以轻易取出，占地面积小，成本较低，生产工艺简单。
(3)、装置所用材料抗腐蚀、抗蠕变能力强，陶瓷材料使用寿命长，维护成本低，可以满足高温实验需求。
(4)、本装置方便定位试样位置，保证试样和力处在同轴情况下，避免不必要的误差。
(5)、本装置操作方便，夹紧过程只需转动螺丝提供推力且力度较大。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明底座立体图；
图3为本发明夹具爆炸示意图。
图中：1单臂、2横梁、3上夹头、4下夹头、5底座、6底座支撑脚、7夹具、8连杆、9夹片、10陶瓷内六角螺栓、11微型试样、12载荷传感器、13热电偶、14加热炉、15加热炉支架。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：一种新型小试样微拉伸试验装置，包括底座5，底座5顶部固定连接有单臂1，单臂1侧壁固定连接有横梁2，横梁2底部固定安装有上夹头3，底座5顶部固定安装有下夹头4，上夹头3与下夹头4之间设有两个连杆8，两个连杆8互相远离的两端分别上夹头3和下夹头4互相靠近的两端螺纹连接，两个连杆8互相远离的两端均通过螺纹与夹具7连接，两个夹具7互相靠近的两侧均开设有放置槽，两个放置槽之间设有微型试样11，微型试样11顶部和底部分别位于两个放置槽内部，两个放置槽内部均设置有夹片9，夹片9正面、背面和远离放置槽槽口的一侧均与放置槽槽壁接触，夹片9圆角设置。夹具7外壁螺纹连接有陶瓷内六角螺栓10，陶瓷内六角螺栓10一端与夹片9接触，夹片9一侧与微型试样11一侧接触，上夹头3底部固定安装载荷传感器12，载荷传感器12检测范围为10N-5kN，单臂1内部设置有位移检测器，底座5一侧设有加热炉支架15，加热炉支架15一侧固定安装有加热炉14，加热炉14内壁固定安装有热电偶13，夹具7位于加热炉14内部，底座5底部固定安装有底座支撑脚6。
一种新型小试样微拉伸试验装置测试方法，包括以下步骤：
S1、首先将连杆8和夹具7安装到单臂拉伸试验机上，单臂拉伸试验机的上夹头3和下夹头4以相同的螺纹连接方式连接连杆8，连杆外螺纹与上夹头3、下夹头4内螺纹吻合；
S2、连杆8的另一端连接夹具7底面的螺纹孔，夹具7的内螺纹与连杆8外螺纹同样吻合，
S3、经过确认夹具8的凹槽上下对称以后，在夹具8的曲面螺纹孔内插入螺纹吻合的陶瓷内六角螺栓10；
S4、在夹具7的放置槽内放入长方形的夹片9，同时使夹片9和陶瓷内六角螺栓10接触，利用陶瓷内六角螺栓10夹住夹片9；
S5、上下的夹具7一致安装完毕后，微松陶瓷内六角螺栓10，长方形夹片9可以自由地水平移动一小段足够放置微型试样11的距离；
S6、将微型试样11的两端各放入两端夹具7中，重新拧紧陶瓷内六角螺栓10，使夹片9夹紧微型试样11；
S7、热电偶13将被放置在可以与微型试样11接触的空隙中，用来监测实验过程中试样表面的温度变化，将加热炉14把手和加热炉支架15正确用螺丝安装，保证加热炉14中心与夹具7完全对齐；
S8、试验开始前，检验夹具7的中心是否与微型试样11对齐，同时，利用加热炉14将温度加热到所需温度来模拟实际工况；
S9、试验过程中，由拉伸试验机载荷传感器12和单臂1的位移传感器提供和储存试验过程中所需位移和试验力数据；
S10、如进行拉伸试验，由单臂拉伸试验机的横梁2上的载荷传感器12提供载荷来匀速地拉伸微型试样11直至断裂；
S11、如进行蠕变试验，由单臂拉伸试验机的横梁2提供恒定的载荷拉伸微型试样11，处理以上获得的信息，获取所需物理量即材料的各种性能参数。
综上可得，传统装置可承受的温度低，而本装置可在1000摄氏度以上高温下正常运行，本装置零件个数少，拆卸灵活方便，实验后试样可以轻易取出，占地面积小，成本较低，生产工艺简单，装置所用材料抗腐蚀、抗蠕变能力强，陶瓷材料使用寿命长，维护成本低，可以满足高温实验需求，装置方便定位试样位置，保证试样和力处在同轴情况下，避免不必要的误差，本装置操作方便，夹紧过程只需转动螺丝提供推力且力度较大。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型小试样微拉伸试验装置，包括底座(5)，其特征在于：所述底座(5)顶部连接有单臂(1)，所述单臂(1)侧壁连接有横梁(2)，所述横梁(2)底部安装有上夹头(3)，所述底座(5)顶部安装有下夹头(4)，所述上夹头(3)与下夹头(4)之间设有两个连杆(8)，两个所述连杆(8)互相远离的两端分别与上夹头(3)和下夹头(4)互相靠近的两端螺纹连接，两个所述连杆(8)互相靠近的两端均通过螺纹与夹具(7)连接，两个所述夹具(7)互相靠近的两侧均开设有放置槽，两个所述放置槽之间设有微型试样(11)，所述微型试样(11)顶部和底部分别位于两个放置槽内部，两个所述放置槽内部均设置有夹片(9)，所述夹具(7)外壁螺纹连接有陶瓷内六角螺栓(10)，所述陶瓷内六角螺栓(10)一端与夹片(9)接触，所述夹片(9)一侧与微型试样(11)一侧接触，所述上夹头(3)底部安装载荷传感器(12)，所述底座(5)一侧设有加热炉支架(15)，所述加热炉支架(15)一侧安装有加热炉(14)，所述加热炉(14)内壁安装有热电偶(13)。
2.根据权利要求1所述的一种新型小试样微拉伸试验装置，其特征在于：所述底座(5)底部安装有底座支撑脚(6)。
3.根据权利要求1所述的一种新型小试样微拉伸试验装置，其特征在于：所述夹具(7)位于加热炉(14)内部。
4.根据权利要求1所述的一种新型小试样微拉伸试验装置，其特征在于：所述夹片(9)正面、背面和远离放置槽槽口的一侧均与放置槽槽壁接触，所述夹片(9)圆角设置。
5.根据权利要求1所述的一种新型小试样微拉伸试验装置，其特征在于：所述载荷传感器(12)检测范围为10N-5kN。
6.根据权利要求1所述的一种新型小试样微拉伸试验装置，其特征在于：所述单臂(1)内部设置有位移检测器。
7.一种根据权利要求1-6中任意一项所述新型小试样微拉伸试验装置，其测试方法包括以下步骤：
S1、首先安装将连杆(8)和夹具(7)安装到单臂拉伸试验机上，单臂拉伸试验机的上夹头(3)和下夹头(4)以相同的螺纹连接方式连接连杆(8)，连杆外螺纹与上夹头(3)、下夹头(4)内螺纹吻合；
S2、连杆(8)的另一端连接夹具(7)底面的螺纹孔，夹具(7)的内螺纹与连杆(8)外螺纹同样吻合，
S3、经过确认夹具(8)的凹槽上下对称以后，在夹具(8)的曲面螺纹孔内插入螺纹吻合的陶瓷内六角螺栓(10)；
S4、在夹具(7)的放置槽内放入长方形的夹片(9)，同时使夹片(9)和陶瓷内六角螺栓(10)接触，利用陶瓷内六角螺栓(10)夹住夹片(9)；
S5、上下的夹具(7)一致安装完毕后，微松陶瓷内六角螺栓(10)，长方形夹片(9)可以自由地水平移动一小段足够放置微型试样(11)的距离；
S6、将微型试样(11)的两端各放入两端夹具(7)中，重新陶瓷内六角螺栓拧紧(10)，使夹片(9)夹紧微型试样(11)；
S7、热电偶(13)将被放置在可以与微型试样(11)接触的空隙中，用来监测实验过程中试样表面的温度变化，将加热炉(14)把手和加热炉支架(15)正确用螺丝安装，保证加热炉(14)中心与夹具(7)完全对齐；
S8、试验开始前，检验夹具(7)的中心是否与微型试样(11)对齐，同时，利用加热炉(14)将温度加热到所需温度来模拟实际工况；
S9、试验过程中，由拉伸试验机载荷传感器(12)和单臂(1)的位移传感器提供和储存试验过程中所需位移和试验力数据；
S10、如进行拉伸试验，由单臂拉伸试验机的横梁(2)上的载荷传感器(12)提供载荷来匀速地拉伸微型试样(11)直至断裂；
S11、如进行蠕变试验，由单臂拉伸试验机的横梁(2)提供恒定的载荷来拉伸微型试样(11)，处理以上获得的信息，获取所需物理量即材料的各种性能参数。
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