CN116642776B - 一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，包括形成有容腔的测试容器，还包括：分隔板，其将容腔分隔为测试腔和平衡腔；充排气管路，其向容腔充入氢气及排出容腔内的氢气；加载轴，其上端位于测试容器外、下端位于测试腔内；载荷传感器，其监测待测试样品所受载荷；以及位移测量传感器，其用于测量加载轴的位移量；加载轴设置有用于承受测试腔内的氢气施压的第一受压面以及用于承受平衡腔内的氢气施压的第二受压面，以使得加载轴在设定压差的作用下向待测试样品施加设定载荷。还公开了应用该测试装置实施的测试方法。应用本发明能够采用载荷控制法进行氢致开裂测试，成本较低且能够获得氢致滞后开裂的时间等关键数据。

Description

一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置及方法

技术领域

本发明涉及材料检测技术领域，具体涉及一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置及方法。

背景技术

氢能承压设备是氢能产业的关键核心设备，该类设备通常在一定压力下运行，对于加氢站用固定式储氢容器、车载氢气瓶等氢能承压设备，其设计压力和公称工作压力分别可达到98MPa和70MPa。尽管更高的储氢压力使得储氢密度增加，但也使得设备材料可能面临因高压氢脆引起的力学性能劣化现象，这给氢能承压设备的安全带来极大威胁。为了保障氢能承压设备的安全运行，在设备设计时需对材料与高压氢环境的相容性进行判定。

氢致开裂应力强度因子门槛值是表征材料氢相容性的基础数据，根据该数据不但可以判断材料是否存在氢致开裂的风险，而且还可将其作为设备疲劳裂纹扩展分析的基础数据。美国标准ASME Ⅷ-3KD-10给出了/>的恒位移和恒载荷测试方法。位移控制法是指在高压氢环境中对带有初始裂纹的待测试样品加载一个初始载荷并保持裂纹张开位移恒定，然后将待测试样品放置在高压氢气中至少1000h，试验结束后检查裂纹扩展量，进而根据初始载荷确定/>。载荷控制法与位移控制法的总体步骤类似，但其加载方式为设定载荷加载，即在对带有初始裂纹的待测试样品加载一个初始载荷后，该载荷将持续加载在待测试样品上，并保持大小不变。位移控制法在加载时载荷会随着裂纹的扩展而逐渐减小，而载荷控制法在加载时裂纹张开位移会随着裂纹的扩展持续增加。尽管以上两种方法在原理上都可用于测试材料的/>，但目前几乎所有测试均采用位移控制法。这是由于位移控制法可通过WOL待测试样品实现恒位移加载，而载荷控制法虽然在非高压氢环境下（如常压腐蚀环境下）可通过砝码的重力等实现待测试样品的恒载荷加载，但高压氢环境下涉及到密封等问题，难以通过常规方法实现恒载荷加载。目前，尚无文献通过设定载荷法对材料在高压氢环境下的/>进行测试，这使得恒载荷测试方法处于原理上行的通但实际无法运用的境地。此外，恒载荷和恒位移测试方法都需要将待测试样品加载后放置在氢气环境中一段较长的时间（不小于1000h），这样一方面增加了该类试验的成本，另一方面导致即使在放置时间内发生开裂，也无法获得待测试样品开裂与时间的准确对应关系等关键信息。

综上所述，现有高压氢环境下材料氢致开裂应力强度因子门槛值难以采用恒载荷方法进行测试，且该类测试方法在测试成本、关键信息获得等方面存在不足。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，包括测试容器，所述测试容器形成有用于充入高压氢气的密封容腔，还包括：分隔板，其定位于所述密封容腔内且将密封容腔分隔为测试腔和平衡腔；充排气管路，其与密封容腔连通以向密封容腔充入氢气及排出密封容腔内的氢气，以使得所述测试腔内具有设定压力且测试腔与平衡腔之间具有设定压差；加载轴，其伸入测试容器并穿过分隔板，所述加载轴的上端位于测试容器外、下端位于测试腔内，并且所述测试容器和分隔板均设置有供加载轴穿过的穿孔，所述加载轴与穿孔之间设置有往复式动密封结构；载荷传感器，其与待测试样品连接以在测试过程中实时监测待测试样品所受载荷；以及，位移测量传感器，其用于在测试过程中测量加载轴的位移量；其中，所述加载轴设置有用于承受测试腔内的氢气施压的第一受压面以及用于承受平衡腔内的氢气施压的第二受压面，以使得所述加载轴在设定压差的作用下向待测试样品施加设定载荷。

应用本发明具有以下有益效果：

1、通过设置分隔板将测试容器分隔为测试腔和平衡腔，利用测试腔达到设定压力来为待测试样品提供一个高压氢气环境，利用测试腔和平衡腔的设定压差以及加载轴上设置的受压面结构来通过加载轴对待测试样品施加设定载荷，从而满足实验所要求的条件；

2、应用在常压腐蚀环境下的利用砝码施加设定载荷的方案中，其是通过滑轮结构传递力，因此其使用的是柔性索结构对待测试试样施加载荷，本方案中由于采用了利用压差提供设定载荷的方案，就可以使用加载轴这样的刚性结构，因此就可以应用往复式动密封结构解决高压环境的密封问题；

3、由于本方案中可通过充排气管路对测试腔和平衡腔之间的压力差进行调节，因此对于待测试样品所施加的载荷是可控且可调节的，结合位移测量传感器对加载轴位移量的监测，就能够在相对较短的时间内确定所施加的载荷是否能够造成裂纹扩展。如发现不能，则可以适当的调大施加载荷，也即在更大的载荷下观察是否可以造成裂纹扩展，因此可显著缩减测试时间。并且可以获得氢致滞后开裂的时间等关键数据。

可选的，所述充排气管路设置有用于测量测试腔的压力的第一压力表以及用于测试平衡腔的压力的第二压力表。

可选的，所述充排气管路包括对测试腔充气的第一充气管路、对测试腔排气的第一排气管路、对平衡腔充气的第二充气管路以及对平衡腔排气的第二排气管路，所述第一充气管路、第二充气管路、第一排气管路及第二排气管路均设置有阀门。

可选的，所述第一排气管路与第二充气管路连通，或，所述第二排气管路与第一充气管路连通。

可选的，所述测试腔位于下部且其内部压力向上施压于第一受压面，所述平衡腔位于上部且其内部压力向下施压于第二受压面。

可选的，所述加载轴位于测试腔内的部分包括靠上的第一轴段和靠下的第二轴段，所述第一轴段的直径大于第二轴段的直径以形成环状的第一受压面；所述加载轴位于平衡腔内的部分包括靠上的第三轴段和靠下的第四轴段，所述第三轴段的直径小于第四轴段的直径以形成环状的第二受压面。

可选的，所述测试腔内设置有用于定位待测试样品的连接件，所述载荷传感器设置于连接件上。

可选的，所述加载轴固定设置有用于夹紧待测试样品的第一夹具，所述连接件固定设置有用于夹紧待测试样品的第二夹具。

可选的，所述加载轴位于测试腔内的部分形成有限位部，所述限位部与分隔板之间具有设定间距，以防止加载轴从密封容腔内脱出。

此外，本发明还提供了一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试方法，应用如上述技术方案中任一项所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置实现，包括以下步骤：

S100：将待测试样品定位于加载轴的下端与载荷传感器之间；

S200：通过充排气管路向密封容腔内充入气体直至平衡腔内的压力值达到计算压力值且测试腔内的压力值达到高于设定压力；

S300：根据载荷传感器的读数与设定载荷的比较结果，通过充排气管路调节所述测试腔与平衡腔之间的压力差达到设定压差；

S400：测试过程中通过观察位移测量传感器的读数来判断加载轴是否移动；

S500：若加载轴移动，则在其移动至设定位置后终止测试并记录加载轴开始移动时的测试时长。

本发明所提供的测试方法与前述测试装置的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。

可选的，在步骤S400与S500之间还包括步骤S410：若加载轴在设定的测试时间后还未移动，则通过充排气管路调节增大测试腔与平衡腔之间的压力差，之后继续进行步骤S400。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例一提供的一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置的剖视图；

图2为本发明实施例二提供的一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置的剖视图；

图3为本发明实施例三提供的一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置的剖视图。

其中，1.测试容器，10.密封容腔，100.测试腔，101.平衡腔，2.分隔板，3.充排气管路，30.阀门，31.第一充气管路，310.第一压力表，32.第二充气管路，320.第二压力表，33.第一排气管路，34.第二排气管路，4.加载轴，40.限位环，41.第一轴段，42.第二轴段，43.第三轴段，44.第四轴段，45.第一夹具，5.载荷传感器，6.位移测量传感器，7.连接轴，70.第二夹具，8.往复式动密封结构，9.待测试样品。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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。基于实施方式中的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本申请公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。

实施例一：本实施例提供了一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，用于为待测试样品提供一个高压氢环境，并在使得待测试样品处于高压氢环境的情况下对其进行氢致开裂测试，以获得氢致开裂应力强度因子门槛值并对其氢致开裂行为进行研究。如图1中所示，该测试装置包括测试容器1，测试容器1形成有密封容腔10，测试容器1连通有充排气管路3，可通过充排气管路3向密封容腔10进行充排气操作，进而可使得密封容腔10达到测试所需的高压氢气环境。测试容器1内固定安装有分隔板2，分隔板2可将密封容腔10分隔为位于上部的平衡腔101和位于下部的测试腔100，待测试样品9在测试前就固定于测试腔100内。测试装置还包括加载轴4，加载轴4伸入测试容器1并穿过分隔板2，加载轴4的上端位于测试容器1外、下端位于测试腔100内，并且测试容器1和分隔板2均设置有供加载轴4穿过的穿孔，加载轴4与穿孔之间设置有往复式动密封结构8。加载轴4设置有用于承受测试腔100内的氢气施压的第一受压面以及用于承受平衡腔101内的氢气施压的第二受压面，再通过充排气管路3控制测试腔100与平衡腔101之间具有设定压差，在设定压差的作用下，加载轴4就能够对待测试样品9施加设定载荷。此处所述的设定载荷是指按照实验要求预先设置好的载荷值，再通过计算可换算为前述的设定压差。

因此，本实施例提供的该测试装置通过设置分隔板2将测试容器1分隔为测试腔100和平衡腔101，利用测试腔100达到设定压力来为待测试样品9提供一个高压氢气环境，利用测试腔100和平衡腔101的设定压差以及加载轴4上设置的受压面结构来通过加载轴4对待测试样品9施加设定载荷，从而满足实验所要求的条件。现有技术中应用在常压腐蚀环境下的利用砝码施加设定载荷的方案中，其是通过滑轮结构传递力，因此其使用的是柔性索结构对待测试试样施加载荷，本方案中由于采用了利用压差提供设定载荷的方案，就可以使用加载轴4这样的刚性结构，因此就可以应用往复式动密封结构8解决高压环境的密封问题。如此，在保持良好密封的情况下，测试腔100和平衡腔101之间的设定压差不会发生变化，由此使得加载轴4向待测试样品9施加的设定载荷可以保持稳定，提高了测试实验的准确性。

另外，该测试装置还包括载荷传感器5和位移测量传感器6，其中，载荷传感器5设置在密封容腔10内并与待测试样品9连接以在测试过程中实时监测待测试样品9所受载荷；位移测量传感器6用于在测试过程中测量加载轴4的位移量。由于本方案中可通过充排气管路3对测试腔100和平衡腔101之间的压力差进行调节，因此对于待测试样品9所施加的载荷是可控且可调节的，结合位移测量传感器6对加载轴4位移量的监测，就能够在相对较短的时间内确定所施加的载荷是否能够造成裂纹扩展。如发现不能，则可以适当的调大施加载荷，也即在更大的载荷下观察是否可以造成裂纹扩展，因此可显著缩减测试时间。并且可以获得氢致滞后开裂的时间等关键数据。其中的位移测量传感器6优先选用精度较高的产品，例如可以选用光栅测量装置，其以计量光栅尺作为长度基准，利用光栅叠栅条纹原理测量运动部件直线位移量，精度高。

往复式动密封结构8可采用常见的DSh密封圈、斯特密封件、格莱圈密封件等，考虑到该测试装置中的加载轴位移量较小，优先选用接触式的往复式动密封结构，在高压环境下具有非常好的密封效果。

本实施例中的测试腔100位于下部且其内部压力向上施压于第一受压面，平衡腔101位于上部且其内部压力向下施压于第二受压面。第一受压面和第二受压面可采用下述的方案制造形成：加载轴4位于测试腔100内的部分包括靠上的第一轴段41和靠下的第二轴段42，第一轴段41的直径大于第二轴段42的直径以形成环状的第一受压面；加载轴4位于平衡腔101内的部分包括靠上的第三轴段43和靠下的第四轴段44，第三轴段43的直径小于第四轴段44的直径以形成环状的第二受压面。也即，本实施例中的第一受压面和第二受压面均呈环状。可以理解的是，本实施例中的加载轴4大致为具有多段不同直径的圆柱体，因此第一受压面和第二受压面相应的为圆环面。这样设置一方面易于加工，另一方面便于实现与穿孔之间的滑动密封。而在其它的实施方式中，加载轴也可以设置为长方体，或者一段为长方体、另一段为圆柱等。相应的第一受压面和第二受压面的形状也可以发生改变。

为便于待测试样品9的固定，本实施例中在测试腔100内设置有用于定位待测试样品9的连接件，载荷传感器5设置于连接件上。具体的，本实施例中的连接件为连接轴7，在连接轴7的中段设置有载荷传感器5，这样在加载轴4对待测试样品9施加载荷时，连接轴7就会将力传导至载荷传感器5，载荷传感器5就能够监测到待测试样品9所受的力的大小。进一步的，本实施例中加载轴4固定设置有用于夹紧待测试样品9的第一夹具45，连接轴7固定设置有用于夹紧待测试样品9的第二夹具70，测试前将待测试样品9固定夹紧在第一夹具45与第二夹具70之间，可以理解的是，应使得预设裂纹位于第一夹具45与第二夹具70之间。

为实现使得测试腔100内具有设定压力且测试腔100与平衡腔101之间具有设定压差的功能，充排气管路3可以具有多种形式，概括而言，无论何种形式，充排气管路3都包括对测试腔100充气的第一充气管路31、对测试腔100排气的第一排气管路33、对平衡腔101充气的第二充气管路32以及对平衡腔101排气的第二排气管路34，第一充气管路31、第二充气管路32、第一排气管路33及第二排气管路34均设置有阀门30。具体到本实施例中，为了便于测试腔100与平衡腔101之间快速的调节压差，将第一排气管路33与第二充气管路32连通，或者说，第一排气管路33和第二充气管路32共同在测试腔100与平衡腔101之间构成了连通管路，第一排气管路33和第二充气管路32此时共用一个阀门30即可。本实施例中在第一充气管路31和第二充气管路32上均设置有压力表，为便于描述，设置于第一充气管路31上的用于测量测试腔100的压力的压力表称之为第一压力表310，设置于第二充气管路32上的用于测量平衡腔101的压力的压力表称之为第二压力表320。另外，第一充气管路31、第二充气管路32、第一排气管路33和第二排气管路34可以均为一条，也可以为多条。例如在本实施例中，第一排气管路33就有两条，其中一条第一排气管路33与第二充气管路32共同构成前述的连通管路，而另一条第一排气管路33与第二排气管路34汇合至一条总的排气管上。这样设置的好处在于可提高设定压差调节环节的操作效率。

另外，待测试样品9可能因为破裂严重而造成断裂，进而就会使得加载轴4快速移动，由于高压氢气环境下压力很大，这种情况下可能会导致加载轴4从穿孔“飞出”，为了避免这种情况发生，本实施例中的加载轴4位于测试腔100内的部分形成有限位部，限位部与分隔板2之间具有设定间距，以防止加载轴4从密封容腔10内脱出。本实施例中的限位部为限位环40，可以理解的是，在其它实施方式中也可以是凸块等形式的结构，其能够在加载轴4移动达到设定间距后与分隔板2抵接即可。所述的设定间距可根据测试要求进行设置。

应用本实施例提供的该测试装置对待测试样品9进行氢致开裂测试时，测试步骤可概括为下述几个步骤：

S100：将待测试样品9定位于加载轴4的下端与载荷传感器5之间；具体到本实施例中，就是将待测试样品9通过第一夹具45和第二夹具70夹紧固定于加载轴4与连接轴7之间，通过连接轴7将力传递至载荷传感器5。

S200：通过充排气管路3向密封容腔10内充入气体直至平衡腔101内的压力值达到计算压力值且测试腔100内的压力值达到高于设定压力；具体到本实施例中，打开第一充气管路31和连通管路上的阀门30，向测试腔100和平衡腔101内充入氢气，通过位于连通管路上的第二压力表320读数读取平衡腔101内的压力值，当平衡腔101内的压力值达到计算压力值时关闭连通管路上的阀门30。之后继续向测试腔100充入氢气直至测试腔100内的压力值达到高于设定压力。其中，设定压力是测试要求的环境压力，为操作人员预设值；通过加载轴4向待测试样品9施加的设定载荷也为操作人员预设值，该设定载荷应不会直接使得待测试样品9上预设裂纹发生开裂。第一受压面和第二受压面的面积均为已知值。通过上述参数即可计算得到平衡腔101内理论上应达到的压力值，将其称之为计算压力值。

S300：根据载荷传感器5的读数与设定载荷的比较结果，通过充排气管路3调节测试腔100与平衡腔101之间的压力差达到设定压差；由于理论计算和实际情况可能存在一定误差，因此在步骤S200中特意使得测试腔100内的氢气压力大于设定压力，然后通过步骤S300中的调试，使得测试腔100与平衡腔101之间的压力差可以准确的达到设定压差，进而保证设定载荷的准确。具体的，当载荷传感器5的读数大于设定载荷时，则可以有两种方法进行调节：一种是打开连通管路上的阀门30，使得测试腔100中的氢气向平衡腔101内流动，这样设定压差减少，进而可降低载荷传感器5的读数；另一种方法是打开测试腔100另一条第一排气管路33上的阀门30，单独降低测试腔100内的氢气压力，也能够使得设定压差减少，进而可降低载荷传感器5的读数。当载荷传感器5的读数小于设定载荷时，则也有两种方法进行调节：通过第二排气管路34排出平衡腔101内的氢气以增大设定压差，或向测试腔100内充入氢气以增大设定压差，进而增大载荷传感器5的读数。需要说明的是，对于设定压力的准确性要求较低，其能够满足高压测试环境即可，而对于设定压差的准确度要求较高。

S400：测试过程中通过观察位移测量传感器6的读数来判断加载轴4是否移动；

S500：若加载轴4移动，则在其移动至设定位置后终止测试。记录该过程获取的实验数据（设定载荷、加载轴4的位移量以及开裂时间）就能够计算出待测试样品9对应的材料的值。

进一步的，在一些情况中，达到设定时间后加载轴4还未发生位移，那么就可以认为此时所施加的设定载荷不足以使得预设裂纹扩展开裂，此时继续等待会浪费测试时间，因此在步骤S400与S500之间还包括步骤S410：若加载轴4在设定的测试时间后还未移动，则通过充排气管路3调节增大测试腔100与平衡腔101之间的压力差，之后继续进行步骤S400。也即进一步增大施加于待测试样品9上的设定载荷值，然后重复进行判断，一直到测试可以完成为止。其中的设定时长一般为1.5小时至5小时之间的选定值，当然也可以更长时间的等待。

实施例二：本实施例也提供了一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，本实施例与上述实施例一的区别在于，本实施例中的充排气管路3的结构不同。具体的，如图2中所示，本实施例中是将第二排气管路34与第一充气管路31连通，也即本实施例中应用充气装置从第二充气管路32向平衡腔101内充入氢气，氢气再通过第二排气管路34和第一充气管路31共同构成的连通管路进入到测试腔100中。本实施例中的第二排气管路34设置有两条，如前所述，其中一条第二排气管路34与第一充气管路31共同构成连通管路，另一条第二排气管路34可将平衡腔101内的氢气直接排出至外部。相应的，第一压力表310设置在第一排气管路33上，第二压力表320设置在第二排气管路34上。

相应的，在应用本实施例提供的该测试装置进行氢致开裂测试时，在进行步骤S200和S300时具体的充排气操作就有一定区别，例如在本实施例的步骤S200中，打开第二充气管路32和连通管路上的阀门30，向平衡腔101和测试腔100内充入氢气，通过位于第一排气管路33上的第一压力表310读数读取测试腔100内的压力值，当测试腔100内的压力值达到高于设定压力后关闭位于连通管路上的阀门30。之后可通过与测试腔100连通的另一条第二排气管路34向外排出氢气以使得平衡腔101内的压力达到计算压力值。

而在步骤S300中，当载荷传感器5的读数大于设定载荷时，除了打开连通管路上的阀门30之外，还可以通过打开第二充气管路32上的阀门30单独对平衡腔101充气，这样设定压差减少，进而可降低载荷传感器5的读数。当载荷传感器5的读数小于设定载荷时，可通过单独设置的第二排气管路34排出平衡腔101内的氢气以增大设定压差。

实施例三：本实施例也提供了一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，本实施例与上述实施例一、二的区别在于，本实施例中的充排气管路3的结构不同。具体的，如图3中所示，本实施例中第一充气管路31、第二充气管路32、第一排气管路33及第二排气管路34均单独设置。

相应的，在应用本实施例提供的该测试装置进行氢致开裂测试时，在进行步骤S200和S300时具体的充排气操作就有一定区别，容易理解的，只需要单独使用对应的充气、排气管路对测试腔100、平衡腔101进行充排气操作即可。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (9)

1.一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，包括测试容器（1），所述测试容器（1）形成有用于充入高压氢气的密封容腔（10），其特征在于，还包括：

分隔板（2），其定位于所述密封容腔（10）内且将密封容腔（10）分隔为测试腔（100）和平衡腔（101）；

充排气管路（3），其与密封容腔（10）连通以向密封容腔（10）充入氢气及排出密封容腔（10）内的氢气，以使得所述测试腔（100）内具有设定压力且测试腔（100）与平衡腔（101）之间具有设定压差；

加载轴（4），其伸入测试容器（1）并穿过分隔板（2），所述加载轴（4）的上端位于测试容器（1）外、下端位于测试腔（100）内，并且所述测试容器（1）和分隔板（2）均设置有供加载轴（4）穿过的穿孔，所述加载轴（4）与穿孔之间设置有往复式动密封结构（8）；

载荷传感器（5），其与待测试样品（9）连接以在测试过程中实时监测待测试样品（9）所受载荷；以及，

位移测量传感器（6），其用于在测试过程中测量加载轴（4）的位移量；

其中，所述加载轴（4）设置有用于承受测试腔（100）内的氢气施压的第一受压面以及用于承受平衡腔（101）内的氢气施压的第二受压面，以使得所述加载轴（4）在设定压差的作用下向待测试样品（9）施加设定载荷；

所述测试腔（100）位于下部且其内部压力向上施压于第一受压面，所述平衡腔（101）位于上部且其内部压力向下施压于第二受压面；

所述加载轴（4）位于测试腔（100）内的部分包括靠上的第一轴段（41）和靠下的第二轴段（42），所述第一轴段（41）的直径大于第二轴段（42）的直径以形成环状的第一受压面；

所述加载轴（4）位于平衡腔（101）内的部分包括靠上的第三轴段（43）和靠下的第四轴段（44），所述第三轴段（43）的直径小于第四轴段（44）的直径以形成环状的第二受压面。

2.如权利要求1所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，其特征在于，所述充排气管路（3）设置有用于测量测试腔（100）的压力的第一压力表（310）以及用于测试平衡腔（101）的压力的第二压力表（320）。

3.如权利要求1或2所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，其特征在于，所述充排气管路（3）包括对测试腔（100）充气的第一充气管路（31）、对测试腔（100）排气的第一排气管路（33）、对平衡腔（101）充气的第二充气管路（32）以及对平衡腔（101）排气的第二排气管路（34），所述第一充气管路（31）、第二充气管路（32）、第一排气管路（33）及第二排气管路（34）均设置有阀门（30）。

4.如权利要求3所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，其特征在于，所述第一排气管路（33）与第二充气管路（32）连通，或，所述第二排气管路（34）与第一充气管路（31）连通。

5.如权利要求1所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，其特征在于，所述测试腔（100）内设置有用于定位待测试样品（9）的连接件，所述载荷传感器（5）设置于连接件上。

6.如权利要求5所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，其特征在于，所述加载轴（4）固定设置有用于夹紧待测试样品（9）的第一夹具（45），所述连接件固定设置有用于夹紧待测试样品（9）的第二夹具（70）。

7.如权利要求1所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，其特征在于，所述加载轴（4）位于测试腔（100）内的部分形成有限位部，所述限位部与分隔板（2）之间具有设定间距，以防止加载轴（4）从密封容腔（10）内脱出。

8.一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试方法，应用如权利要求1至7中任一项所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

S100：将待测试样品（9）定位于加载轴（4）的下端与载荷传感器（5）之间；

S200：通过充排气管路（3）向密封容腔（10）内充入气体直至平衡腔（101）内的压力值达到计算压力值且测试腔（100）内的压力值达到高于设定压力；

S300：根据载荷传感器（5）的读数与设定载荷的比较结果，通过充排气管路（3）调节所述测试腔（100）与平衡腔（101）之间的压力差达到设定压差；

S400：测试过程中通过观察位移测量传感器（6）的读数来判断加载轴（4）是否移动；

S500：若加载轴（4）移动，则在其移动至设定位置后终止测试并记录加载轴（4）开始移动时的测试时长。

9.如权利要求8所述的一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试方法，其特征在于，在步骤S400与S500之间还包括步骤S410：若加载轴（4）在设定的测试时间后还未移动，则通过充排气管路（3）调节增大测试腔（100）与平衡腔（101）之间的压力差，之后继续进行步骤S400。