CN113588446A - 一种拉伸蠕变试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拉伸蠕变试验装置，包括主机框架、高温真空试验箱、抽真空机构和加载机构。其中，高温真空试验箱包括真空箱、试样夹具以及引伸测量机构。试样夹具用于装卡管试样，加载机构与试样夹具相连，并沿轴向拉伸管试样。抽真空机构与真空箱外侧的真空管道相连，用于抽出真空箱内的空气，从而使管试样处于真空环境中。加热机构设置在测试工位的外周，用于加热管试样。管试样在真空、高温、承受轴向载荷的条件下材料发生蠕变，引伸测量机构可检测出管试样的长度变化量，进而得到管试样蠕变参数。另外，隔热机构位于加热机构和引伸测量机构之间，避免高温影响引伸测量机构测量结果的准确性。

Description

一种拉伸蠕变试验装置
技术领域
本发明涉及技术领域，特别涉及一种拉伸蠕变试验装置。
背景技术
管试样材料在300℃～600℃的高温环境中进行拉伸蠕变试验。试验过程中需要在真空环境中对管试样充气加压。现有的力学性能试验装置无法满足拉伸蠕变试验的要求。
因此，如何提供一种拉伸蠕变试验装置是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种拉伸蠕变试验装置，其通过加载机构向管试样施加拉力，通过抽真空机构控制真空箱的真空度，并通过充压机构向管试样中充压。同时通过加热机构加热管试样，并通过引伸测量机构测量管试样的形变进而实现管试样的拉伸蠕变检测。
为实现上述目的，本发明提供一种拉伸蠕变试验装置，包括：
主机框架；
高温真空试验箱，包括位于所述主机框架中的真空箱和位于所述真空箱中的试样夹具以及引伸测量机构，所述真空箱的外侧设有真空管道，测试工位位于所述试样夹具之间，所述加热机构设置于所述测试工位的外周，所述引伸测量机构位于所述测试工位一侧，所述引伸测量机构和所述加热机构之间还设有隔热机构；
抽真空机构，与所述真空管道相连、用以抽出所述真空箱内的空气；
加载机构，与所述试样夹具和所述主机框架之间、用以沿轴向拉伸所述管试样。
优选地，所述真空箱中设有变形测量室，所述变形测量室的开口朝向所述测试工位，所述引伸测量机构设置在所述变形测量室中，所述隔热机构包括设置于所述变形测量室的开口处的引伸计水冷板。
优选地，所述引伸计水冷板具有沿厚度方向贯穿的过孔，所述引伸测量机构为变形测量引伸计，所述变形测量引伸计的引伸杆穿过所述过孔用以与管试样相抵。
优选地，所述真空箱内设有位于所述测试工位两侧的固定架，所述加热机构包括与所述固定架固定连接的马弗管。
优选地，所述真空箱中还设有用以向管试样中输送气体的气体引入管。
优选地，所述真空箱的外侧设有真空表和安全阀。
优选地，所述真空箱的上下两侧均设有所述试样夹具，所述加载机构包括与所述试样夹具相连的拉杆和用以驱动所述拉杆沿轴向移动的驱动组件。
优选地，所述抽真空机构包括机械泵和分子泵，所述机械泵的入口与所述分子泵的出口相连，所述分子泵的入口与所述真空管道相连。
优选地，所述驱动组件包括螺母与所述拉杆相连的滚珠丝杠、伺服电机和减速器，所述滚珠丝杠的螺杆连有大带轮，所述减速器连有小带轮，所述大带轮和所述小带轮之间通过皮带传动，所述伺服电机通过所述减速器带动所述滚珠丝杠转动。
优选地，所述主机框架下部设有加载箱，所述驱动组件设置在所述加载箱中，所述拉杆与所述真空箱下部的所述试验夹具相连，所述真空箱上部的所述试验夹具与所述主机框架顶板之间设有拉力传感器。
本发明所提供的拉伸蠕变试验装置，包括主机框架、高温真空试验箱、抽真空机构和加载机构。其中，高温真空试验箱包括真空箱、试样夹具以及引伸测量机构。试样夹具用于装卡管试样，加载机构与试样夹具相连，并沿轴向拉伸管试样。抽真空机构与真空箱外侧的真空管道相连，用于抽出真空箱内的空气，从而使管试样处于真空环境中。加热机构设置在测试工位的外周，用于加热管试样。管试样在真空、高温、承受轴向载荷的条件下材料发生蠕变，引伸测量机构可检测出管试样的长度变化量，进而得到管试样蠕变参数。另外，隔热机构位于加热机构和引伸测量机构之间，避免高温影响引伸测量机构测量结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的拉伸蠕变试验装置的结构示意图；
图2为图1中高温真空试验箱的结构示意图。
其中，图1和图2中的附图标记为：
驱动电机1、机械泵2、支架3、分子泵4、连接管道5、高温真空试验箱6、主机框架7、拉杆8、拉力传感器9、加载机构10、真空管道6.1、变形测量引伸计6.2、变形测量室6.3、引伸计水冷板6.4、隔热板6.5、马弗管6.6、固定架6.7、气体引入管6.8、试样夹具6.9、真空表6.10、安全阀6.11、真空箱6.12。
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。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。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的拉伸蠕变试验装置的结构示意图；图2为图1中高温真空试验箱的结构示意图。
本发明所提供的拉伸蠕变试验装置，结构如图1所示，包括主机框架7、高温真空试验箱6、抽真空机构和加载机构10。其中，高温真空试验箱6包括真空箱6.12，真空箱6.12中设有试样夹具6.9，试样夹具6.9对管试样的两端进行固定。主机框架7包括台板、顶板和位于二者之间呈矩形分布的立柱，真空箱6.12通过固定卡固定在主机框架7的中部。真空箱6.12的侧壁具有沿厚度方向贯穿的连接孔，加载机构10穿过连接孔与夹具相连。加载机构10轴向拉动夹具，从而对管试样施加轴向作用力。加载机构10的结构可参考现有技术中的液压机构、丝杠副等。进行拉伸蠕变试验时，管试样还可能受到压力和温度的影响。真空箱6.12的外侧设有真空管道6.1，抽真空机构与真空管道6.1相连，用于抽出真空箱6.12中的空气。装卡前，测试人员可对管试样的开口处进行封堵，从而在真空箱6.12抽真空后，在管试样的内外侧之间产生压差。另外，加载机构10与连接孔之间还设有密封机构，避免真空箱6.12漏气。密封机构可参考现有技术中的迷宫密封、机械密封或填料密封等，在此不做限定。
可选的，试样夹具6.9之间为测试工位，高温真空试验箱6还包括加热机构和引伸测量机构。具体的，加热机构设置于测试工位的外周，加热机构可采用电加热等手段对管试样进行加热。当然，用户也可根据需要采用其他加热方式，在此不做限定。引伸测量机构位于测试工位一侧，试验过程中引伸测量机构对管试样进行测量，进而确定其长度变化，引伸测量机构的结构也可参考现有技术。另外，高温环境中引伸测量机构测量的准确性会受到影响。在真空环境中，加热机构向引伸测量机构传热的方式主要为辐射传热。因而，本申请在引伸测量机构和测试工位之间设有隔热机构，隔热机构可完全遮挡引伸测量机构，避免引伸测量机构温度过高。
可选的，高温真空试验箱6的结构如图2所示。真空箱6.12的侧壁设有变形测量室6.3，变形测量室6.3可呈矩形，其与真空箱6.12的侧壁固定，并向真空箱6.12的外侧延伸。变形测量室6.3的开口朝向测试工位，引伸测量机构安装在变形测量室6.3中，且穿过变形测量室6.3的开口进而测量管试样。隔热机构为引伸计水冷板6.4，其安装在变形测量室6.3的开口处。
可选的，引伸测量机构可为接触式或非接触式的测量仪器，引伸计水冷板6.4具有沿厚度方向贯穿的过孔，引伸测量机构的探头或测量信号可穿过过孔。具体的，本申请的一种具体实施方式中，引伸测量机构为变形测量引伸计6.2，变形测量引伸计6.2的引伸杆穿过过孔用以与管试样相抵。在管试样长度变化时，引伸杆的前端随管试样产生移动，变形测量引伸计6.2即可测得管试样长度的变化量。变形测量引伸计6.2可通过网线通讯或无线网络与计算机相连，并将测量的结果发送给计算机。计算机还可连接数字控制器，数字控制器可连接抽真空机构、加热机构和加载机构10，通过数字控制器设定环境真空度、加热温度和管试样的载荷，进而实现试验的自动进行。当然，用户也可根据需要采用工控机、PLC控制器等实现试验的自动控制，在此不做限定。
另外，引伸计水冷板6.4受热后温度也会升高，为进一步减少高温对引伸测量机构的影响，变形测量引伸计6.2靠近引伸计水冷板6.4的一侧还设有隔热板6.5。隔热板6.5能够阻挡引伸计水冷板6.4向变形测量引伸计6.2辐射的热量，降低变形测量引伸计6.2的温度。隔热板6.5的材质可参考现有技术，在此不再赘述。
可选的，本申请所采用的加热机构包括马弗管6.6和固定架6.7，马弗管6.6围绕固定架6.7形成半圆筒状结构，二者拼合可形成中间开有长缝的筒状结构，测试工位位于两个半圆筒状结构之间。马弗管6.6中设有优质电阻丝，加热机构外周包裹有隔热材料，从而使加热机构形成整体的加热保温结构。用户可根据需要设置电阻丝的缠绕方式，进而控制管试样加热过程中的温度梯度。真空箱6.12的外侧设有水冷电极，水冷电极与真空箱6.12之间设有密封垫和绝缘垫，保证真空箱6.12的密封和绝缘。电阻丝与水冷电极相连，由水冷电极供电。当然，用户也可根据需要采用其他结构的加热机构，在此不做限定。
另外，仅通过管试样内原有的气体在管试样内外两侧产生压差，压差通常不会超过大气压。本申请为提高管试样内外两侧压差的范围，还在真空箱6.12中设置了气体引入管6.8。具体的，真空箱6.12的侧壁设有引气接头，气体引入管6.8一端与引气接头相连，另一端设有用于与管试样相连的连接头。引气接头与高压气源相连，高压气体通过引气接头和气体引入管6.8输送至管试样中，提高管试样的内压。
可选的，为便于控制真空箱6.12的真空度，真空箱6.12的外侧设有真空表6.10。另外，为避免真空箱6.12损坏，真空箱6.12还安全阀6.11。如果真空箱6.12内压力超过其承压极限，则安全阀6.11开启，使空气进入真空箱6.12内。
本申请的一种具体实施方式采用分子泵4对真空箱6.12进行抽真空，涡轮分子泵4的极限真空可达10-8Pa。具体的，抽真空机构包括驱动电机1、机械泵2和分子泵4。机械泵2的入口与分子泵4的出口相连，分子泵4的入口通过连接管道5与真空管道6.1相连。机械泵2在驱动电机1的带动下运转，并作为先导泵为分子泵4提供一定负压，进而减小分子泵4的负荷，避免分子泵4损坏。当然，用户也可根据需要采用其他抽真空设备，在此不做限定。另外，分子泵4下方设有支架3，支架3可调整分子泵4的高度，方便其与真空箱6.12进行连接。
可选的，试样夹具6.9分布在真空箱6.12的上下两侧。加载机构10包括拉杆8和驱动组件。其中，拉杆8与试样夹具6.9相连，驱动组件与拉杆8相连，并通过拉杆8沿轴向拉动试样夹具6.9。
可选的，驱动组件包括滚珠丝杠、伺服电机和减速器。其中，滚珠丝杠的螺母与拉杆8相连，滚珠丝杠的螺杆与螺母通过螺纹配合。螺杆的一端设有大带轮，减速器的输出轴通过涨紧套固定小带轮，大带轮和小带轮之间通过皮带传动。伺服电机的机轴与减速器的输入轴相连，伺服电机转动的过程中带动滚珠丝杠转动，进而使拉杆8产生轴向移动，并通过试样夹具6.9向管试样施加拉力作用。
可选的，主机框架7下部设有加载箱，台板为加载箱的顶面。驱动组件设置在加载箱中，台板具有沿厚度方向贯穿的通孔。加载箱中设有安装座，安装座通过一对向心轴承和一对止推轴承支撑滚珠丝杠的螺杆。螺杆的一侧还设有导向杆，导向杆的外周套设有导向臂，导向臂与拉杆8相连。螺杆转动时对螺母施加轴向力和周向力，导向臂可平衡螺母对拉杆8施加的沿螺杆周向的分力，进而保证拉杆8仅沿数值方向移动。当然，用户也可通过限位槽等避免拉杆8绕螺杆转动。拉杆8与真空箱6.12下部的试验夹具相连，真空箱6.12上部的试验夹具与主机框架7顶板之间设有拉力传感器9。拉力传感器9可测量管试样承受的载荷，拉力传感器9可与计算机相连，试验人员可根据拉力传感器9的反馈调节管试样载荷的大小。
本实施例中，拉伸蠕变试验装置通过滚珠丝杠对管试样施加载荷作用，并通过分子泵4、马弗管6.6以及气体引入管6.8实现高温承压环境，最后通过变形测量引伸计6.2测量管试样的长度变化，完成拉伸蠕变试验。试验过程中通过引伸计水冷板6.4对变形测量引伸计6.2进行遮挡，避免高温影响测量结果，同时能够延长变形测量引伸计6.2的使用寿命。另外，试验过程在计算机和数字控制器控制温度、载荷和压力，并收集测量结果，提高了试验过程的自动化程度，降低了试验人员的工作负担。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的拉伸蠕变试验装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种拉伸蠕变试验装置，其特征在于，包括：
主机框架(7)；
高温真空试验箱(6)，包括位于所述主机框架(7)中的真空箱(6.12)和位于所述真空箱(6.12)中的试样夹具(6.9)、加热机构以及引伸测量机构，所述真空箱(6.12)的外侧设有真空管道(6.1)，测试工位位于所述试样夹具(6.9)之间，所述加热机构设置于所述测试工位的外周，所述引伸测量机构位于所述测试工位一侧，所述引伸测量机构和所述加热机构之间还设有隔热机构；
抽真空机构，与所述真空管道(6.1)相连、用以抽出所述真空箱(6.12)内的空气；
加载机构(10)，与所述试样夹具(6.9)和所述主机框架(7)之间、用以沿轴向拉伸管试样。
2.根据权利要求1所述的拉伸蠕变试验装置，其特征在于，所述真空箱(6.12)中设有变形测量室(6.3)，所述变形测量室(6.3)的开口朝向所述测试工位，所述引伸测量机构设置在所述变形测量室(6.3)中，所述隔热机构包括设置于所述变形测量室(6.3)的开口处的引伸计水冷板(6.4)。
3.根据权利要求2所述的拉伸蠕变试验装置，其特征在于，所述引伸计水冷板(6.4)具有沿厚度方向贯穿的过孔，所述引伸测量机构为变形测量引伸计(6.2)，所述变形测量引伸计(6.2)的引伸杆穿过所述过孔用以与管试样相抵。
4.根据权利要求3所述的拉伸蠕变试验装置，其特征在于，所述真空箱(6.12)内设有位于所述测试工位两侧的固定架(6.7)，所述加热机构包括与所述固定架(6.7)固定连接的马弗管(6.6)。
5.根据权利要求4所述的拉伸蠕变试验装置，其特征在于，所述真空箱(6.12)中还设有用以向管试样中输送气体的气体引入管(6.8)。
6.根据权利要求1所述的拉伸蠕变试验装置，其特征在于，所述真空箱(6.12)的外侧设有真空表(6.10)和安全阀(6.11)。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的拉伸蠕变试验装置，其特征在于，所述真空箱(6.12)的上下两侧均设有所述试样夹具(6.9)，所述加载机构(10)包括与所述试样夹具(6.9)相连的拉杆(8)和用以驱动所述拉杆(8)沿轴向移动的驱动组件。
8.根据权利要求1至6任意一项所述的拉伸蠕变试验装置，其特征在于，所述抽真空机构包括机械泵(2)和分子泵(4)，所述机械泵(2)的入口与所述分子泵(4)的出口相连，所述分子泵(4)的入口与所述真空管道(6.1)相连。
9.根据权利要求7所述的拉伸蠕变试验装置，其特征在于，所述驱动组件包括螺母与所述拉杆(8)相连的滚珠丝杠、伺服电机和减速器，所述滚珠丝杠的螺杆连有大带轮，所述减速器连有小带轮，所述大带轮和所述小带轮之间通过皮带传动，所述伺服电机通过所述减速器带动所述滚珠丝杠转动。
10.根据权利要求9所述的拉伸蠕变试验装置，其特征在于，所述主机框架(7)下部设有加载箱，所述驱动组件设置在所述加载箱中，所述拉杆(8)与所述真空箱(6.12)下部的所述试验夹具相连，所述真空箱(6.12)上部的所述试验夹具与所述主机框架(7)顶板之间设有拉力传感器(9)。
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