CN2731438Y - 微型试样高温蠕变性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微型试样高温蠕变性能试验装置，解决了现有技术中试验装置的试验温度不均匀和试验精度不高的问题，提供了一种操作简便，试验温度均匀，试验精度高，成本低的微型试样高温蠕变性能试验装置，该试验装置包括加载系统、加热及温控系统、高温氩气保护系统、测量系统和支撑台架，加热及温控系统的电加热炉为对开管式炉。

Description

微型试样高温蠕变性能试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种试验装置，更具体地说涉及一种微型试样高温蠕变性能试验装置。

背景技术

石油、化工等行业中存在大量高温环境下工作的金属构件，获取在役构件材料的高温力学性能，准确评价在役高温构件剩余寿命，对于保证高温承载构件安全服役具有重要的意义。取样寿命评价技术准确可靠，但具有破坏性，且有时无法取样。为减少取样损伤，要求试样体积尽可能小。微型试验法正是适应这种要求发展起来的一种利用微型试样获取在役构件高温性能的新方法。

目前国外用于微型试样高温蠕变试验的装置因实验室而异，在所用试样、加载方式上都不统一，日本的驹崎慎一(Komazai)等人在美国材料试验学会2000出版的试验与评价学报(ASTM Journal of testing and evaluation)第28卷第4期发表的文章《9Cr铁素体钨合金钢的小冲孔蠕变性能研究》(Development of small punch test for creep property measurement oftungsten-alloyed 9％ Cr Ferritic steels)中阐述所用装置中试样采用的是10×10×0.5mm的方形试样，加载方式采用顶部杠杆加载；贝克(Baek)在2001召开的断裂与强度的亚太平洋会议及先进技术在实验力学中的运用的国际会议中(Proceedings of APCFS & ATEM)上发表一篇文章《小冲孔蠕变试验在测试高温蠕变性能中的新运用》(New technique development ofhigh temperature creep evaluation by small punch-creep test)中所用装置采用的是底部加载方式，但国外试验装置的造价一般都比较高。在国内，微型试样高温蠕变试验技术的研究较少，所用试验装置各不相同，实验很难规范统一，如华东理工大学的试验装置采用千分表测定变形，选用时钟作为计时器，这就造成试验精度不易保证。同时在影响微型试样高温蠕变性能实验装置试验数据精确性的几个因素中，温度的影响又是最大的，现有技术中微型试样高温蠕变性能实验装置的加热及温控系统的电加热炉都是采用整体管式炉子，实验操作很不方便，若电加热炉采用一般的加热方式，试验的温度均匀性不易保证，这样试验精度也就很难保证。

发明内容

本实用新型解决了现有技术中微型试样高温蠕变性能试验装置的试验温度不均匀和试验精度不高的问题，提供了一种操作简便，试验温度均匀，试验精度高，成本低的微型试样高温蠕变性能试验装置。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型的微型试样高温蠕变性能试验装置，包括加载系统、加热及温控系统、高温氩气保护系统、测量系统和支撑台架，所述的加热及温控系统的电加热炉为对开管式炉。

所述的电加热炉至少设有三个独立的加热区，每个加热区装有独立的电阻丝；电加热炉内至少装有四个热电偶，其中一个安装在石英管内，其余平均分布安装在电加热炉内壁上；电加热炉的两个对开半圆筒形炉体分别通过一个连接元件与一侧立柱悬臂连接；连接元件一端与一侧立柱转动连接，另一端固定在电加热炉的对开半圆筒形炉体上；所述的连接元件由一个圆环套筒和一块方形连接板焊接而成，圆环套筒套在一侧立柱上与立柱转动连接，方形连接板固定在电加热炉上；圆环套筒下方立柱上装有止滑圆环套筒，所述的止滑圆环套筒是由两个半圆环组成，两个半圆环由斜销钉联接，并由一正销钉固定于立柱上。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的微型试样高温蠕变性能试验装置的电加热炉为对开管式炉，炉内装置及试样安装非常方便，对开后可清楚地看到电加热炉内的装置结构，同时电加热炉采用悬臂式安装，通过两连接元件与试验装置一侧立柱转动连接，试验操作也非常方便，本实用新型试验装置试验规范，试验温度均匀，试验精度高，位移测量精度可达0.25μm，同时本实用新型的试验装置成本低，价格远低于国外同类装置，填补国内空白。

附图说明

图1是微型试样高温蠕变性能试验装置示意图。

图2是电加热炉与立柱连接示意图。

图3是微型试样蠕变试验示意图。

图1和图2中的零件标号：(1)底座，(2)立柱，(3)立柱，(4)下支撑板，(5)下定位套，(6)连接元件，(7)电加热炉，(8)上支撑板，(9)石英管，(10)上定位套，(11)砝码托盘，(12)砝码，(13)测量片，(14)传感器，(15)磁性表座，(16)热电偶，(17)热电偶，(18)热电偶，(19)热电偶，(20)支撑杆，(21)支撑杆座，(22)流量表，(23)下模，(24)上模，(25)螺栓，(26)冲杆，(27)压头，(28)试样，(29)止滑圆环套筒

具体实施方式

实施例

如图1、图2和图3所示，本实用新型的微型试样高温蠕变性能试验装置，包括加载系统、加热及温控系统、高温氩气保护系统、测量系统和支撑台架，加载系统包括下模23、上模24、冲杆26、压头27、支撑杆20、砝码托盘1l和砝码12，加载方式采用顶部垂直加载，下模23和上模24通过螺栓连接，下模23和上模24的材料选用GH37，试样放置于下模23和上模24之间，在上模24的底面与试样上表面之间有一个很小的孔隙，以保证应力自由状态，下模24与支撑杆20通过螺纹连接，支撑杆20又通过螺纹连接在支撑杆座2l上，支撑杆座2l通过4个螺栓固定在下支撑板4上，加载时砝码12放置于砝码托盘11之上，并作用于直径为Φ2.4mm冲杆26上端，使冲杆26下端挤压压头27，进而冲压试样，压头为直径Φ2.4mm的惰性瓷球，冲杆材料选用GH49，试验时试样取圆形薄片，直径为Φ10mm，厚度0.3～0.5mm。加载系统位于电加热炉7内，电加热炉7通过连接元件6与立柱2悬臂连接，连接元件6由一个圆环套筒和一块方形连接板焊接而成，圆环套筒套在一侧立柱上与立柱转动连接，方形连接板固定在电加热炉7上；圆环套筒下方立柱上装有止滑圆环套筒，电加热炉7可绕立柱转动，方便试验操作，电加热炉7采用自行设计的立式、对开式管式炉，外形尺寸Φ350mm×500mm；同时采用三区独立加热方式保证电加热炉的均温性，炉丝采用铁铬铝(OCr21Al6Nb)电阻丝，连接元件6材料选用45钢；热电偶17、热电偶18和热电偶19分别置于电加热炉上中下三个部位，用于电炉三区测温，热电偶16置于石英管内试样处，测量石英管内试样处的实际温度，四个热电偶均与温控仪相联接，电加热炉的温度测量选用铂铑10-铂热电偶，四个热电偶均为四个铂铑10-铂热电偶，温控仪采用WT-400B型温度程序控制仪。石英管9上端安装在上定位套l0内，不采用密封，石英管内径为Φ60mm、壁厚为10mm，下模23、上模24和试样置于石英管9内，电加热炉7在石英管外加热，石英管9下端安装在下支撑板4上，与下支撑板4配合处采用“O”形密封圈密封，石英管9通过支撑杆座2l上的进气孔与高温氩气保护系统的氩气瓶相连通，氩气瓶出口处装有流量表22，控制氩气流量。测量系统包括传感器14、数显仪、数据采集卡、数据采集软件，传感器14夹装在置于上支撑板8的磁性表座15上，传感器14的测头垂直接触固定于冲杆26上的测量片13，同时传感器14通过导线与数显仪连接，测量数据可在位移数显仪的数显窗直接显示，数显仪又与计算机中的数据采集卡相连，可在计算机界面显示采集的数据及其变化曲线，进而进行数据的分析、处理；测量精度可达0.25μm。传感器14为线性差动位移传感器(LVDT)、数显仪采用SP-2B位移数显仪、数据采集卡型号为PCI-6036E，数据采集软件选用LabVIEW Express 7.0，编译数据采集程序，实现微型试样高温蠕变性能试样的自动数据采集。在采集过程中还可以根据试验过程中不同的采集要求，适时调整采集频率，以期获得有效的试验数据。

本实用新型试验装置的安装：按顺序组装底座1，立柱2、3，上支撑板8、下支撑板4，上定位套10、下定位套5，再将电加热炉7通过连接元件6安装在立柱2上，将石英管9安装在上、下定位套之间。试样装入上模24、下模23之间，通过四个锁紧螺栓25连接，由下支撑板4底部装入石英管内。加载时砝码12放置于砝码盘11，作用于冲杆26，挤压压头27，通过压头施加力于试样28。下模23通过螺纹与支撑杆20连接，支撑杆20又通过螺纹连接在支撑杆座21上，支撑杆座21通过4个螺栓固定在下支撑板4上。热电偶17、18、19分别至于电加热炉上中下三个部位，测量电加热炉的温度，热电偶16置于石英管内试样处，测量石英管内试样处的实际温度，热电偶17、18、19处的温度通过温控仪控制。

本实用新型试验装置的试验操作：试验开始时，装入试样，先打开氩气瓶通入氩气，调节流量表22控制流量，使石英罩内充满氩气，然后升温到指定温度加载，由放置于磁性表座15的传感器14通过测量片13测得试样的变形，并将信号传递给数显仪，数显仪与计算机中的数据采集卡相连，通过计算机进行数据的采集、处理。

Claims (9)

1、一种微型试样高温蠕变性能试验装置，包括加载系统、加热及温控系统、高温氩气保护系统、测量系统和支撑台架，其特征在于所述的加热及温控系统的电加热炉为对开管式炉。

2、根据权利要求1所述的微型试样高温蠕变性能试验装置，其特征在于所述的电加热炉至少设有三个独立的加热区，每个加热区装有独立的电阻丝。

3、根据权利要求1所述的微型试样高温蠕变性能试验装置，其特征在于所述的电加热炉内至少装有四个热电偶，其中至少一个安装在石英管内试样处，其余平均分布安装在电加热炉内壁上。

4、根据权利要求1所述的微型试样高温蠕变性能试验装置，其特征在于所述的电加热炉的两个对开半圆筒形炉体分别通过一个连接元件与一侧立柱悬臂连接。

5、根据权利要求4所述的微型试样高温蠕变性能试验装置，其特征在于所述的连接元件一端与一侧立柱转动连接，另一端固定在电加热炉的对开半圆筒形炉体上。

6、根据权利要求4或5所述的微型试样高温蠕变性能试验装置，其特征在于所述的连接元件由一个圆环套筒和一块方形连接板焊接而成。

7、根据权利要求6所述的微型试样高温蠕变性能试验装置，其特征在于所述的连接元件的圆环套筒由两个半圆环组成，两个半圆环由斜销钉联接，圆环套筒套在一侧立柱上与立柱转动连接，连接元件的方形连接板固定在电加热炉上。

8、根据权利要求6或7所述的微型试样高温蠕变性能试验装置，其特征在于连接元件圆环套筒下方立柱上装有止滑圆环套筒。

9、根据权利要求8所述的微型试样高温蠕变性能试验装置，其特征在于所述的止滑圆环套筒是由两个半圆环组成，两个半圆环由斜销钉联接，并由一正销钉固定于立柱上。

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