CN216955526U - 一种金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，包括机架、装夹机构、温控炉、压力加载机构、变形测量机构和计算机，机架上设置有温控炉，温控炉内设置有装夹机构，装夹机构用于装夹测试试片，压力加载机构通过介质对测试试片施加膨胀压力，变形测量机构设置于测试试片的上方，温控炉、压力加载机构与变形测量机构分别与计算机电连接。本实用新型的试验装置可以测试试片在高温下的力学性能，试验温度均匀，便于操作，同时成本低且安全性好。

Description

一种金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置

技术领域

本实用新型涉及鼓胀试验的技术领域，特别是涉及一种金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置。

背景技术

在航天航空、核电、石油化工等领域中，高温、高压、辐照等条件下使用的承压设备或者其他金属构件会随着服役时间的增加而逐渐发生材质劣化及损伤，材料的力学性能逐渐退化，可导致承压设备或其他金属构件发生失效，引发安全事故，造成重大经济损失。为及时了解材料力学性能的退化程度，传统的解决方法是在役设备上截取一定量的材料加工成标准试样后进行性能测试，虽然结果比较准确可靠，但这种方法试样尺寸较大，所需截取材料较多，容易对设备造成破坏，在很多场合无法应用。采用压痕等无损测试方法虽然可以避免对设备完整性的破坏，但其力学性能的测试项目和测试结果均有明显的局限性，无法得到完整的力学性能曲线，也无法在较高的温度下使用，故对材料在高温下的力学性能，如蠕变特性、持久强度等不能给出准确全面的定量数据。

为解决在役设备材料高温下力学性能测试的关键问题，20世纪80年代初提出了一种微试片试验方法，即小冲孔试验方法，可以测试材料高温下的一些力学性能，在屈服强度、抗拉强度、韧脆转变温度、蠕变特性及断裂韧性测试等方面取得了一定的研究结果，但这种方法也存在明显的不足之处，即无法保持对测试试片稳定加载，再加上摩擦力、对中误差、冲杆本身变形等因素影响，很难从理论上建立理想的材料性能和力-位移曲线的联系，需要进行多次反复测试，测试得到的高温蠕变特性、持久强度等结果，还主要依赖于建立与传统试验方法的经验关联关系，导致不同的研究者得出的经验关联公式也不尽相同，实际应用受到限制。

综上所述，如何进行有限次数的微型试片测试，就能精确获知已损伤材料在高温条件下的力学性能，进而得到可靠的剩余寿命，是高温构件安全运行和可靠延寿的关键，也已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，使在高温环境中对测试试片的力学性能测试便于操作且实验数据可靠。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，包括机架、装夹机构、温控炉、压力加载机构、变形测量机构和计算机，所述机架上设置有所述温控炉，所述温控炉内设置有所述装夹机构，所述装夹机构用于装夹测试试片，所述压力加载机构通过介质对所述测试试片施加膨胀压力，所述变形测量机构设置于所述测试试片的上方，所述温控炉、所述压力加载机构与所述变形测量机构分别与所述计算机电连接。

优选的，所述机架包括底座、支撑柱、立柱和横梁，所述底座的两侧对称设置有有一对所述立柱、中部设置有一所述支撑柱，所述立柱高于所述支撑柱，所述横梁连接于两个所述立柱的顶端，所述支撑柱上螺纹连接有所述装夹机构。

优选的，所述装夹机构包括支撑环、夹持压环和稳定压环，所述夹持压环的上端套设所述稳定压环、下端套设支撑环，且所述夹持压环的下端与所述支撑柱螺纹连接，所述支撑环与所述夹持压环之间设置有所述测试试片。

优选的，所述夹持压环的上下两端均设置有一凹槽，两个凹槽通过一上小下大的阶梯孔连通，所述稳定压环下口也设置有一凹槽，所述稳定压环的侧壁与所述夹持压环的侧壁通过螺栓连接，所述支撑环的上方设置有一加压槽，所述测试试片放置或者焊接于所述支撑环的上端面上。

优选的，所述温控炉包括加热炉腔、温度传感器和支撑悬臂，所述支撑柱贯穿所述加热炉腔的底面，所述加热炉腔内部设置有所述温度传感器，所述加热炉腔通过一多连杆铰接的支撑悬臂固定于其中一个所述立柱上，所述温度传感器与所述计算机电连接。

优选的，所述加热炉腔为对开式大气炉，所述加热炉腔的最高加热温度为650℃，所述加热炉腔内壁的上部、中部和下部分别设置有一所述温度传感器，所述阶梯孔的大孔内设置有一所述温度传感器。

优选的，所述加热炉腔上设置有安全保护机构，所述安全保护机构包括气瓶和阀门，所述气瓶通过管路与所述加热炉腔连通，所述管路上设置有所述阀门，所述气瓶内容纳有惰性气体。

优选的，所述变形测量机构包括位移导杆和引伸计，所述位移导杆的下端依次穿过所述加热炉腔的上表面、所述稳定压环和所述夹持压环的阶梯孔与所述测试试片的上表面相抵触，所述立柱上连接有所述引伸计，所述引伸计与所述位移导杆相抵触且与所述计算机电连接。

优选的，每个所述立柱上均通过支撑板连接一所述引伸计，所述位移导杆呈T型且上端的横杆分别与两个所述引伸计相抵触，所述位移导杆的竖杆为下小上大的阶梯轴。

优选的，所述压力加载机构包括液压或者气压的活塞泵、介质输送管和压力传感器，所述介质输送管的一端穿过所述底座、所述支撑柱与所述加压槽连通、另一端连通所述活塞泵，所述介质输送管上设置有所述压力传感器，所述压力传感器与所述计算机电连接。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型的试验装置可以测试试片在高温下的力学性能，试验温度均匀，便于操作，同时成本低且安全性好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型中机架的结构示意图；

图3为本实用新型中装夹机构的结构示意图；

图4为本实用新型中支撑环的结构示意图；

其中：100-金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，1-底座，2-立柱，3-加热炉腔，4-支撑悬臂，5-位移导杆，6-引伸计，7-介质输送管，8-支撑环，9-测试试片，10-夹持压环，11-稳定压环，12-螺栓，13-焊缝，14-支撑柱，15-温度传感器，16-横梁，17-气瓶，18-活塞泵，19-压力传感器，20-计算机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，以解决现有技术存在的问题，使在高温环境中对测试试片的力学性能测试便于操作且实验数据可靠。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至图4所示：本实施例提供了一种金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置100，包括机架、装夹机构、温控炉、压力加载机构、变形测量机构和计算机20，机架上设置有温控炉，温控炉内设置有装夹机构，装夹机构用于装夹测试试片9，压力加载机构通过介质对测试试片9施加膨胀压力，变形测量机构设置于测试试片9的上方，温控炉、压力加载机构与变形测量机构分别与计算机20电连接。

机架包括底座1、支撑柱14、立柱2和横梁16，底座1的两侧对称设置有有一对立柱2、中部设置有一支撑柱14，立柱2高于支撑柱14，横梁16连接于两个立柱2的顶端，保障机架的稳定性，支撑柱14上螺纹连接有装夹机构。

装夹机构包括支撑环8、夹持压环10和稳定压环11，夹持压环10的上端套设稳定压环11、下端套设支撑环8，且夹持压环10的下端与支撑柱14螺纹连接，支撑环8与夹持压环10之间设置有测试试片9。夹持压环10的上下两端均设置有一凹槽，两个凹槽通过一上小下大的阶梯孔连通，稳定压环11下口也设置有一凹槽，稳定压环11的侧壁与夹持压环10的侧壁通过螺栓12连接，支撑环8的上方设置有一加压槽，优选的，测试试片9放置或者焊接于支撑环8的上端面上，如采用焊接方式则形成一圈焊缝13，对加压槽进行密封，可适用于更大的压力测试实验中。测试试片9焊接或者仅压紧于支撑环8上，是为了防止施压介质漏出，使得加热炉3内的测试试片9在试验过程中始终处于稳定受压的状态，达到测试要求的受载状态。

温控炉包括加热炉腔3、温度传感器15和支撑悬臂4，支撑柱14贯穿加热炉腔3的底面，加热炉腔3内部设置有温度传感器15，加热炉腔3通过一多连杆铰接的支撑悬臂4固定于其中一个立柱2上，可绕立柱2转动，安装测试试片9操作非常方便，温度传感器15与计算机20电连接，实时监测温度变化。加热炉腔3为对开式大气炉，便于启闭、开合快捷，操作方便，炉内装夹机构及测试试片9安装、取放非常方便，便于试验过程的状态观察；依靠炉壁来提供加热，加热温度均匀，设计成圆筒形，使得炉壁距离测试试片9的距离保持在等距或误差较小的范围内，进而使得测试试片9的周向温度保持更加均衡。加热炉腔3的最高加热温度为650℃，加热炉腔3内壁的上部、中部和下部分别设置有一温度传感器15，阶梯孔的大孔内设置有一温度传感器15，可检测到测试试片9处的实际温度，使实验数据更为准确。

加热炉腔3上设置有安全保护机构，安全保护机构包括气瓶17和阀门，气瓶17通过管路与加热炉腔3连通，管路上设置有阀门，气瓶17内容纳有惰性气体，本实施例中保护气体采用氮气或者惰性气体，既可以保护测试试片9的上表面免受高温氧化损伤的影响，又可防止试验用压力介质为易燃易爆介质时，可能出现的燃烧、爆炸等危险。

变形测量机构包括位移导杆5和引伸计6，位移导杆5的下端依次穿过加热炉腔3的上表面、稳定压环11和夹持压环10的阶梯孔(间隙配合，便于位移导杆5上下滑动)与测试试片9的上表面相抵触，立柱2上连接有引伸计6，引伸计6与位移导杆5相抵触且与计算机20电连接，引伸计6的测量使用，提高试验数据的检测精度。每个立柱2上均通过支撑板连接一引伸计6，位移导杆5呈T型且上端的横杆分别与两个引伸计6相抵触，位移导杆5的竖杆为下小上大的阶梯轴，采用圆杆可在高温下具有足够的刚度，且能与测试试片9良好配合，使得位移导杆5上下滑动自如，避免因摩擦等问题导致测量的精度不准；稳定压环11以下的竖杆外径为4mm，其上的外径为8mm，以提高竖杆的刚度，减少竖杆高温形变对实验数据的影响。其中，支撑板和支撑悬臂4均与立柱2通过管箍和螺栓12可拆卸连接，便于拆卸和更换，或者高度调节。

压力加载机构包括液压或者气压的活塞泵18、介质输送管7和压力传感器19，介质输送管7的一端穿过底座1、支撑柱14与加压槽连通、另一端连通活塞泵18，介质输送管7上设置有压力传感器19，压力传感器19与计算机20电连接。其中，介质输送管7连接都采用锥管螺纹连接，密封性好，无泄漏施压介质。本实施例采用液体或者气体介质通加压槽对测试试片9的中部区域进行压力加载，载荷均匀而稳定，无摩擦力影响，力学解析结果明显好于其他类似测试装置，同时可以测试材料在高温下的力学性能。

本实施例的金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置100的具体操作如下∶

试验开始时，先将测试试片9装入装夹机构，打开气瓶17通入保护气体，温控炉升温到指定温度。之后通过活塞泵18对施压介质加压，进而对加压槽上的测试试片9施加压力，使其膨胀，进而使测试试片9上方的位移导杆5高度变化，从而对引伸计6产生作用测得测试试片9的变形，并将信号传递给计算机20进行数据采集、处理，分析试片鼓胀的位移和压力随时间的变化，进而计算出测试试片9在高温下的力学性能，如蠕变特性、持久强度等数据。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，其特征在于：包括机架、装夹机构、温控炉、压力加载机构、变形测量机构和计算机，所述机架上设置有所述温控炉，所述温控炉内设置有所述装夹机构，所述装夹机构用于装夹测试试片，所述压力加载机构通过介质对所述测试试片施加膨胀压力，所述变形测量机构设置于所述测试试片的上方，所述温控炉、所述压力加载机构与所述变形测量机构分别与所述计算机电连接。

2.根据权利要求1所述的金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，其特征在于：所述机架包括底座、支撑柱、立柱和横梁，所述底座的两侧对称设置有有一对所述立柱、中部设置有一所述支撑柱，所述立柱高于所述支撑柱，所述横梁连接于两个所述立柱的顶端，所述支撑柱上螺纹连接有所述装夹机构。

3.根据权利要求2所述的金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，其特征在于：所述装夹机构包括支撑环、夹持压环和稳定压环，所述夹持压环的上端套设所述稳定压环、下端套设支撑环，且所述夹持压环的下端与所述支撑柱螺纹连接，所述支撑环与所述夹持压环之间设置有所述测试试片。

4.根据权利要求3所述的金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，其特征在于：所述夹持压环的上下两端均设置有一凹槽，两个凹槽通过一上小下大的阶梯孔连通，所述稳定压环下口也设置有一凹槽，所述稳定压环的侧壁与所述夹持压环的侧壁通过螺栓连接，所述支撑环的上方设置有一加压槽，所述测试试片放置或者焊接于所述支撑环的上端面上。

5.根据权利要求4所述的金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，其特征在于：所述温控炉包括加热炉腔、温度传感器和支撑悬臂，所述支撑柱贯穿所述加热炉腔的底面，所述加热炉腔内部设置有所述温度传感器，所述加热炉腔通过一多连杆铰接的支撑悬臂固定于其中一个所述立柱上，所述温度传感器与所述计算机电连接。

6.根据权利要求5所述的金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，其特征在于：所述加热炉腔为对开式大气炉，所述加热炉腔的最高加热温度为650℃，所述加热炉腔内壁的上部、中部和下部分别设置有一所述温度传感器，所述阶梯孔的大孔内设置有一所述温度传感器。

7.根据权利要求5所述的金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，其特征在于：所述加热炉腔上设置有安全保护机构，所述安全保护机构包括气瓶和阀门，所述气瓶通过管路与所述加热炉腔连通，所述管路上设置有所述阀门，所述气瓶内容纳有惰性气体。

8.根据权利要求5所述的金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，其特征在于：所述变形测量机构包括位移导杆和引伸计，所述位移导杆的下端依次穿过所述加热炉腔的上表面、所述稳定压环和所述夹持压环的阶梯孔与所述测试试片的上表面相抵触，所述立柱上连接有所述引伸计，所述引伸计与所述位移导杆相抵触且与所述计算机电连接。

9.根据权利要求8所述的金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，其特征在于：每个所述立柱上均通过支撑板连接一所述引伸计，所述位移导杆呈T型且上端的横杆分别与两个所述引伸计相抵触，所述位移导杆的竖杆为下小上大的阶梯轴。

10.根据权利要求4所述的金属薄片蠕变性能测试的鼓胀试验装置，其特征在于：所述压力加载机构包括液压或者气压的活塞泵、介质输送管和压力传感器，所述介质输送管的一端穿过所述底座、所述支撑柱与所述加压槽连通、另一端连通所述活塞泵，所述介质输送管上设置有所述压力传感器，所述压力传感器与所述计算机电连接。

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