CN206057103U - 高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，包括环境维持部分和试样夹持部分，环境维持部分包括高压釜和底座，试样夹持部分包括试样夹、上连接杆和下连接杆，试样夹包括两个上板状夹具和下板状夹具，两个上板状夹具之间、两个下板状夹具之间均通过连接轴连接有T形连接件，位于下方的T形连接件与下板状夹具固定，上板状夹具上方设有盖板，上连接杆两端分别与盖板和上方的T形连接件连接，下连接杆上端与下方的T形连接件连接，下连接杆下端穿出底座上设置的通孔，盖板通过支撑杆与底座连接。本实用新型实现多件试样在同一加载机上的同时同载荷加载，及在相同环境下异种材料高温蠕变测试的同时进行，提高了试验效率和分析精度。

Description

高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种试验装置，尤其涉及一种高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置。

背景技术

固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象被称为蠕变。大多数高温高压(高温指温度为300℃～400℃，高压指压力为15MPa～25MPa)环境下承载构件的失效是由高温、高压作用引起的高温蠕变所致。同时，不同金属材料的组织、化学成分和热物理性能都存在着较大的差异，因此其蠕变率也不尽相同。

在工程应用中，大量的金属构件在高温、高压、强腐蚀介质条件下服役，一旦这些承载构件意外破坏将会导致灾难性的后果并造成巨大的经济损失。例如，焊接结构由于制造过程中产生的焊接缺陷以及不同焊接材料导致的力学性能不均匀性，使得焊接接头裂纹尖端处发生材料的蠕变现象，导致裂纹生长扩展，最终可能导致焊接结构的破坏，对安全生产造成巨大的损失。因此，研究复杂结构的材料高温蠕变率十分重要。

目前，常采用单轴蠕变拉伸试验装置对金属材料蠕变特性进行研究。经分析后，传统的蠕变试验装置存在如下缺点：

(1)为保证试验结果的准确性，高温高压下的蠕变试验往往需要较长的时间，而传统的蠕变试验装置每次只能加载一件试样，效率极低。

(2)在对由多种材料构成的复杂结构进行高温蠕变分析时，传统的蠕变测试试验装置无法保证在完全相同的环境下同时进行异种材料的高温蠕变测试，因此，分析复杂结构试样的蠕变率精度较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其在保证精度的条件下，实现多件试样在同一加载机上的同时同载荷加载，提高了试验效率；在对由多种材料构成的复杂结构试样进行高温蠕变分析时，实现在相同环境下异种材料高温蠕变测试的同时进行，提高了针对此类复杂结构试样的分析精度。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：包括环境维持部分和试样夹持部分，所述环境维持部分包括高压釜和设置在高压釜底部的底座，所述高压釜和底座密封固定且两者内部形成环境腔，所述高压釜的顶部设置有第一进水孔和第一出水孔，所述试样夹持部分包括试样夹、上连接杆和下连接杆，所述试样夹和上连接杆均设置在所述环境腔内，所述试样夹包括两个上板状夹具和两个下板状夹具，所述上板状夹具与对应的所述下板状夹具相对设置且两者之间连接有试样，两个所述上板状夹具之间、两个下板状夹具之间均通过连接轴连接有T形连接件，位于下方的所述T形连接件与下板状夹具相固定，所述上板状夹具的上方设置有盖板，所述上连接杆的下端与位于上方的所述T形连接件连接，所述上连接杆的上端与盖板连接，所述下连接杆的上端与位于下方的所述T形连接件连接，所述下连接杆的下端穿出底座上设置的通孔，所述盖板通过支撑杆与底座连接。

上述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述高压釜和底座通过多根双头螺柱固定连接，所述双头螺柱的上端与高压釜的底部螺纹连接，所述双头螺柱的下端穿过底座后通过密封螺母与底座锁紧。

上述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述环境维持部分还包括保温衬套，所述保温衬套套设在高压釜外，所述保温衬套上设置有第二进水孔和第二出水孔，所述第二进水孔与第一进水孔相通，所述第二出水孔与第一出水孔相通。

上述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述底座上安装有用于检测所述环境腔内温度的温度传感器，所述温度传感器位于所述环境腔内。

上述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述上连接杆的下端与位于上方的所述T形连接件螺纹连接，所述上连接杆的上端穿过盖板后通过连接杆螺母锁紧。

上述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述下连接杆的上端与位于下方的所述T形连接件螺纹连接，所述通孔设置在底座的中心处。

上述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述支撑杆的数量为多根，所述支撑杆的下端与底座固定连接，所述支撑杆的上端穿过盖板后通过支撑杆螺母锁紧。

上述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述下连接杆与底座之间设置有密封圈。

上述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：位于下方的所述T形连接件与下板状夹具通过第一销钉相固定。

上述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述试样的上下两端通过第二销钉分别与上板状夹具和下板状夹具连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构设计合理，使用操作方便，制造成本低。

2、本实用新型在保证精度的条件下，实现多件试样在同一加载机上的加载，提高了复杂结构的材料蠕变拉伸试验效率。

3、本实用新型可以在完全相同的环境下同时进行复杂结构的材料蠕变率测试，对于复杂结构试样的蠕变率分析精度高。

4、本实用新型T形连接件的设计可以防止潜在缺陷试样断裂后夹具倾斜对高压釜造成的破坏，安全性较高。

下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型开启状态时的立体图。

图2为本实用新型闭合状态时的立体图。

图3为本实用新型闭合状态时的剖面图。

附图标记说明:

1—保温衬套； 1-1—第二进水孔； 1-2—第二出水孔；

2—高压釜； 2-1—第一进水孔； 2-2—第一出水孔；

3—双头螺柱； 4—盖板； 5—支撑杆；

6—温度传感器； 7—底座； 8—下连接杆；

9—T形连接件； 10—第一销钉； 11-1—上板状夹具；

11-2—下板状夹具； 12—第二销钉； 13—试样；

14—支撑杆螺母； 15—连接杆螺母； 16—上连接杆；

17—连接轴； 18—密封螺母； 19—密封圈。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型包括环境维持部分和试样夹持部分，所述环境维持部分包括高压釜2和设置在高压釜2底部的底座7，所述高压釜2和底座7密封固定且两者内部形成环境腔，所述高压釜2的顶部设置有第一进水孔2-1和第一出水孔2-2，所述试样夹持部分包括试样夹、上连接杆16和下连接杆8，所述试样夹和上连接杆16均设置在所述环境腔内，所述试样夹包括两个上板状夹具11-1和两个下板状夹具11-2，所述上板状夹具与对应的所述下板状夹具相对设置且两者之间连接有试样13，两个所述上板状夹具11-1之间、两个下板状夹具11-2之间均通过连接轴17连接有T形连接件9，位于下方的所述T形连接件与下板状夹具11-2相固定，所述上板状夹具11-1的上方设置有盖板4，所述上连接杆16的下端与位于上方的所述T形连接件连接，所述上连接杆16的上端与盖板4连接，所述下连接杆8的上端与位于下方的所述T形连接件连接，所述下连接杆8的下端穿出底座7上设置的通孔，所述盖板4通过支撑杆5与底座7连接。

该蠕变率试验装置中，高压釜2和底座7密封固定，通过外部高温水在密闭的高压釜2中加压实现高温高压水环境的建立。位于试样13上侧的上板状夹具11-1可以绕连接轴转动，位于试样13下侧的下板状夹具11-2完全固定，从而保证试验状态下下板状夹具11-2完全固定。上板状夹具11-1设计为浮动结构、下板状夹具11-2设计为固定结构的原因是：因为如果上下同时固定，拉伸后不同材料的试样变形相同，无法辨别不同材料的蠕变量，从而使异种材料蠕变试验同时进行没有意义；上浮动下固定，经计算不同材料试样的受力相同，最终可以根据试验后试样的长度判断蠕变量。蠕变试验时间非常长(数月到一年)，传统试验装置每次只能进行一种材料的蠕变实验，非常费时间，本实用新型蠕变率试验装置一次拉伸四种材料试样，所以效率高；但是要保证在相同的加载力下拉才能比较不同材料的蠕变量，所以采用上浮动下固定的方式。

由于试样是由金属材料制成的，而金属材料中存在杂质的可能性极大，杂质的存在会极大的降低金属材料的强度，四根试样中若有一根发生断裂，如果没有设置T形连接件9，会出现拉伸加载集中于一根试样上的情况，此时板状夹具发生大角度倾斜，倾斜后会撞到高压釜2的内壁，引起高压釜破裂(蠕变实验加载较大)，T形连接件9的作用可以避免潜在缺陷试样断裂后板状夹具过度倾斜损坏高压釜2。高压釜2作用与底座7配合封闭后提供环境腔，第一进水孔2-1和第一出水孔2-2与外部水泵相连，通入高温高压水后为高压釜2提供高温高压环境；上板状夹具11-1和下板状夹具11-2配合起试样夹持的作用；盖板4起固定作用，控制上连接杆16的自由度；支撑杆5支撑并固定盖板4。

如图2和图3所示，所述高压釜2和底座7通过多根双头螺柱3固定连接，所述双头螺柱3的上端与高压釜2的底部螺纹连接，所述双头螺柱3的下端穿过底座7后通过密封螺母18与底座7锁紧。采用双头螺柱3可以降低高压釜2的加工难度，同时采用螺纹连接的形式，具有密封可靠且方便操作的优点。

如图1至图3所示，所述环境维持部分还包括保温衬套1，所述保温衬套1套设在高压釜2外，所述保温衬套1上设置有第二进水孔1-1和第二出水孔1-2，所述第二进水孔1-1与第一进水孔2-1相通，所述第二出水孔1-2与第一出水孔2-2相通。通过外部水泵将高温高压水打入高压釜2中以提高高压釜2内的压力及温度，实验结束后降温并通过出水口将高压釜2内压力降低至正常大气压；保温衬套1实现在长时间试验条件下温度的保持，避免温度波动较大影响实验精度。

如图1所示，所述底座7上安装有用于检测所述环境腔内温度的温度传感器6，所述温度传感器6位于所述环境腔内，温度传感器6实现了高温高压水环境下的温度检测，以确定环境维持部分的温度是否满足材料蠕变需要，其中的温度是由高温高压水来提供。

如图1所示，所述上连接杆16的下端与位于上方的所述T形连接件螺纹连接，所述上连接杆16的上端穿过盖板4后通过连接杆螺母15锁紧；螺纹连接可靠、方便操作，保证了夹持部分结构的相对固定。

本实施例中，所述下连接杆8的上端与位于下方的所述T形连接件螺纹连接，所述通孔设置在底座7的中心处；底座7中心的通孔设计为下连接杆8的相对运动提供了空间，下连接杆8在外部加载机的作用下向下运动，为试样的蠕变提供载荷。

如图1和图3所示，所述支撑杆5的数量为多根，所述支撑杆5的下端与底座7固定连接，所述支撑杆5的上端穿过盖板4后通过支撑杆螺母14锁紧；支撑杆5通过螺纹连接固定在底座7上，支撑杆5配合支撑杆螺母14锁紧在盖板4上，保证了夹持部分结构的相对固定。

如图1和图3所示，所述下连接杆8与底座7之间设置有密封圈19，防止高压水泄漏，从而维持高温高压环境。

如图1和图3所示，位于下方的所述T形连接件与下板状夹具11-2通过第一销钉10相固定。

如图1和图3所示，所述试样13的上下两端通过第二销钉12分别与上板状夹具11-1和下板状夹具11-2连接。

下面以高温高压水环境下核电安全端异种金属焊接接头材料蠕变试验为例，说明本实用新型蠕变率试验装置的使用方法：

核电安全端异种金属焊接接头由四种材料组成：低合金高强度钢A508、镍基合金Alloy82、镍基合金Alloy182和316L奥氏体不锈钢。若采用传统的单轴蠕变拉伸试验装置进行蠕变试验，需要将四种材料分别进行加载，每种材料的蠕变试验时间往往长达数月，在只有一台加载机的情况下，试验所需时间极长，且无法保证四种材料所处试验环境完全相同。

采用本实用新型蠕变率试验装置后，首先参照《GB/T2039-1997金属拉伸蠕变及持久试验方法》，分别将四种材料加工为矩形横截面标准持久试样所要求的形状及尺寸，然后通过八个第二销钉12将四种不同材料的试样13分为两组，分别安装到试样夹上。板状夹具11-1和两个下板状夹具11-2通过连接轴17分别与上下两侧的两个T形连接件9连接，将两个第一销钉10穿过下板状夹具11-2和位于下侧的T形连接件9，以保证下板状夹具11-2完全固定。将上连接杆16的下端与上方的T形连接件螺纹连接，上连接杆16的上端穿过盖板4，调整好试样13所处位置之后，通过连接杆螺母15锁紧；同时，将下连接杆8的上端与位于下方的T形连接件螺纹连接，下连接杆8的下端穿过底座7上的通孔后与加载机相连，以提供试验所需要的载荷。

安装完成试样13后，将高压釜2用八根双头螺柱3穿过底座7后通过密封螺母18与底座7完全固定并保证密封，然后将保温衬套1与高压釜2相互嵌套，实现在长时间试验条件下温度的保持；通过外部高温水在高压釜2和保温衬套1上的进水孔及出水孔之间的循环，实现高温高压水环境的建立。

按照试验要求对试样13拉伸所需的时间后，停止加载机对试样13的加载，待高压釜2冷却同时释放高压釜2内压力后，松开密封螺母18，打开高压釜2，取出试样13，分别通过量具测量四种材料的长度变化，并与加载前的长度进行对比，得到材料的蠕变量。用四种材料各自的蠕变量分别除以材料的蠕变时间，最终可一次性得到四种材料单位时间的蠕变率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：包括环境维持部分和试样夹持部分，所述环境维持部分包括高压釜(2)和设置在高压釜(2)底部的底座(7)，所述高压釜(2)和底座(7)密封固定且两者内部形成环境腔，所述高压釜(2)的顶部设置有第一进水孔(2-1)和第一出水孔(2-2)，所述试样夹持部分包括试样夹、上连接杆(16)和下连接杆(8)，所述试样夹和上连接杆(16)均设置在所述环境腔内，所述试样夹包括两个上板状夹具(11-1)和两个下板状夹具(11-2)，所述上板状夹具与对应的所述下板状夹具相对设置且两者之间连接有试样(13)，两个所述上板状夹具(11-1)之间、两个下板状夹具(11-2)之间均通过连接轴(17)连接有T形连接件(9)，位于下方的所述T形连接件与下板状夹具(11-2)相固定，所述上板状夹具(11-1)的上方设置有盖板(4)，所述上连接杆(16)的下端与位于上方的所述T形连接件连接，所述上连接杆(16)的上端与盖板(4)连接，所述下连接杆(8)的上端与位于下方的所述T形连接件连接，所述下连接杆(8)的下端穿出底座(7)上设置的通孔，所述盖板(4)通过支撑杆(5)与底座(7)连接。

2.按照权利要求1所述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述高压釜(2)和底座(7)通过多根双头螺柱(3)固定连接，所述双头螺柱(3)的上端与高压釜(2)的底部螺纹连接，所述双头螺柱(3)的下端穿过底座(7)后通过密封螺母(18)与底座(7)锁紧。

3.按照权利要求1所述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述环境维持部分还包括保温衬套(1)，所述保温衬套(1)套设在高压釜(2)外，所述保温衬套(1)上设置有第二进水孔(1-1)和第二出水孔(1-2)，所述第二进水孔(1-1)与第一进水孔(2-1)相通，所述第二出水孔(1-2)与第一出水孔(2-2)相通。

4.按照权利要求1所述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述底座(7)上安装有用于检测所述环境腔内温度的温度传感器(6)，所述温度传感器(6)位于所述环境腔内。

5.按照权利要求1所述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述上连接杆(16)的下端与位于上方的所述T形连接件螺纹连接，所述上连接杆(16)的上端穿过盖板(4)后通过连接杆螺母(15)锁紧。

6.按照权利要求1所述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述下连接杆(8)的上端与位于下方的所述T形连接件螺纹连接，所述通孔设置在底座(7)的中心处。

7.按照权利要求1所述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述支撑杆(5)的数量为多根，所述支撑杆(5)的下端与底座(7)固定连接，所述支撑杆(5)的上端穿过盖板(4)后通过支撑杆螺母(14)锁紧。

8.按照权利要求1所述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述下连接杆(8)与底座(7)之间设置有密封圈(19)。

9.按照权利要求1所述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：位于下方的所述T形连接件与下板状夹具(11-2)通过第一销钉(10)相固定。

10.按照权利要求9所述的高压釜环境下异种材料蠕变率试验装置，其特征在于：所述试样(13)的上下两端通过第二销钉(12)分别与上板状夹具(11-1)和下板状夹具(11-2)连接。