多功能一體化結(jié)構(gòu)的金屬材料拉伸實驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料高溫力學(xué)性能研究領(lǐng)域，具體涉及一種多功能一體化結(jié)構(gòu)金屬材料拉伸實驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]利用材料試驗機進行材料高溫力學(xué)性能研究一般是在材料試驗上加裝一高溫爐，試樣置于高溫爐內(nèi)并通過試樣延長桿與試驗機兩端的夾頭相連，當(dāng)溫度滿足試驗要求時進行拉伸試驗，利用高溫引伸計測量變形，可以計算獲得材料的彈性模量等參數(shù)。為了獲得更高溫度下金屬材料的拉伸性能，一般采用真空環(huán)境下的高溫拉伸試驗，將試樣與延長桿相連并將延長桿部分的一置于真空箱中，另一部分與材料試驗機的夾頭連接，當(dāng)溫度滿足試驗要求時進行拉伸試驗，利用試驗機橫粱測量變形，不能獲得彈性模量的準(zhǔn)確參數(shù)，其他材料參數(shù)需要進行修正。
[0003]部分材料的高溫實驗對實驗環(huán)境具有特定的要求，如大多數(shù)金屬在空氣中進行高溫實驗都將產(chǎn)生較嚴重的氧化，氧化后的材料性能與原始材料具有較大的差別，而某些材料在高溫下氧化甚至?xí)a(chǎn)生有毒氣體，對實驗人員和環(huán)境造成較大傷害，因此這類實驗對氣氛保護具有明確需求。還有部分研究工作，需要測量材料在特殊氣氛甚至混合氣氛下的高溫力學(xué)性能，以滿足特定工程需求。但目前的金屬材料高溫拉伸實驗系統(tǒng)不能提供符合特定要求的實驗環(huán)境，相關(guān)的實驗環(huán)境提供裝置未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有技術(shù)中金屬材料高溫拉伸實驗時不能提供符合特定要求的實驗環(huán)境，導(dǎo)致實驗材料發(fā)生高溫氧化甚至釋放有毒氣體的不足或多組份氣體環(huán)境下金屬材料高溫拉伸試驗的要求，本發(fā)明提供了多功能一體化結(jié)構(gòu)的金屬材料拉伸實驗系統(tǒng)。該實驗系統(tǒng)不僅能夠方便地進行常規(guī)空氣中的高溫拉伸實驗，也能提供特定實驗保護氣氛或多組份氣體環(huán)境下的金屬材料拉伸試驗，滿足特殊材料對實驗環(huán)境氣氛的要求，也能進行真空環(huán)境下金屬材料彈性模量的測試，其材料性能參數(shù)不需進行修正。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在常規(guī)材料實驗系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)一套氣氛保護或真空保護、加熱一體化結(jié)構(gòu)裝置，整個系統(tǒng)由加載系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、氣氛保護(配氣)或真空保護一體化裝置組成。氣氛保護或真空保護、加熱一體化裝置包括與之相連接的二級抽真空系統(tǒng)和保護氣氛或多組分配氣氛氣系統(tǒng)、保護氣體(含混合氣氛)進氣管路系統(tǒng)、廢氣排放口及管路、廢氣過濾裝置、冷卻液體進口及管路系統(tǒng)、冷卻液體出口及管路系統(tǒng)、試驗機拉伸夾頭無摩擦密封結(jié)構(gòu)、電纜穿墻密封結(jié)構(gòu)、引伸計釋放密封結(jié)構(gòu)、觀察窗密封結(jié)構(gòu)、強制冷卻結(jié)構(gòu)、密封箱內(nèi)的照明燈、引伸計X軸和Y軸方向調(diào)節(jié)及外部釋放機構(gòu)。加熱系統(tǒng)包括三段式獨立控制加熱爐、監(jiān)測爐膛溫度的鎧裝熱電偶、測量試件溫度的熱電偶絲，加熱爐電源與加熱控制系統(tǒng)的輸出端相連。
[0006]本發(fā)明將整個加熱爐、試件、引伸計、試樣延長桿及試驗機拉伸夾頭置于氣氛保護或真空保護一體化裝置中，一體化裝置箱體由金屬板焊接組成半圓柱形結(jié)構(gòu)，箱體前面為可拆卸的門及觀察窗。箱門和箱體的連接可采用螺栓連接方式，也可采用合頁扣等其他連接方式，箱門和箱體之間用耐高溫橡膠墊隔開。加熱爐與箱體采用局部焊接支撐方式聯(lián)成一體，箱體采用獨立支撐方式置于試樣機機架內(nèi)，試驗機夾頭與箱體采用無摩擦密封結(jié)構(gòu)相連；加熱爐與試樣延長桿之間采用半密封方式進行局部密封，加熱爐局部位置進行減薄和開槽設(shè)計，用于安裝高溫引伸計。
[0007]本發(fā)明在一體化裝置箱體的底部設(shè)置一個進氣口，頂部設(shè)置一個廢氣排放口。廢氣排放口與管道相連，將廢氣導(dǎo)引到安全區(qū)域，進入過濾裝置進行過濾和吸收。真空保護箱內(nèi)的保護氣體減少了試件在高溫時與氧氣發(fā)生反應(yīng)的可能性，同時即使有少量殘留的氧氣與試件接觸，反應(yīng)產(chǎn)生有毒氣體，也可從廢氣排放口排出。
[0008]本發(fā)明在一體化裝置箱體上下分別設(shè)置有多路冷卻水進出口，用于冷卻試驗機夾頭、引伸計以及向一體化裝置箱內(nèi)的強制冷卻管路通入冷卻水。
本發(fā)明在一體化裝置箱體內(nèi)安裝測量拉伸變形的引伸計，用于測量材料在高溫或氣氛環(huán)境下的拉伸變形。引伸計的冷卻水軟管設(shè)計有加強保護套，并采用獨立的支撐結(jié)構(gòu)和特殊的安裝方式，引伸計可以在支撐結(jié)構(gòu)上進行上下和前后自由調(diào)節(jié)。
[0009]本發(fā)明在一體化裝置箱體上設(shè)計有穿墻電纜密封結(jié)構(gòu)，所有進出箱內(nèi)的電纜均設(shè)有穿墻電纜密封結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明在一體化裝置箱體上設(shè)計有引伸計手動釋放機構(gòu)，保證拉伸試驗在接近引伸計量程時，釋放引伸計。
[0011]本發(fā)明在一體化裝置箱體的內(nèi)加熱爐上下各設(shè)計有半密封結(jié)構(gòu)，半密封塊為泡沫石棉或耐火磚。
[0012]在加熱爐內(nèi)設(shè)置兩套測溫?zé)犭娕?，其中一套為熱電偶絲，采用點焊的方式焊接在試件周邊，用于測定試件的瞬時溫度，并作為加溫系統(tǒng)控制系統(tǒng)的輸入溫度，以準(zhǔn)確控制加熱過程和試件溫度。另一套為三支鎧裝熱電偶，置于爐膛的上、中、下位置，一方面與第一套進行對比監(jiān)測和監(jiān)測爐膛溫度的均勻性，另一方面，當(dāng)實驗完成、熱電偶絲與試件的焊接斷裂后，繼續(xù)對爐膛降溫過程進行監(jiān)測。
[0013]采用氣氛保護實驗時，由于實驗過程中只有單一的惰性氣體，可以通過增加氣氛的流量將一體化裝置箱體內(nèi)氧氣排空，或先抽真空，再通入惰性氣體的方法對試樣進行保護。當(dāng)箱內(nèi)的氧氣排空后，再通入惰性氣體，打開冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，加熱到指定溫度后，進行拉伸試驗。試驗機夾頭與一體化裝置之間采用無摩擦密封結(jié)構(gòu)連接。
[0014]采用真空高溫拉伸實驗時，可以關(guān)閉所有的氣體進出口閥門，直接抽真空。當(dāng)真空度達到試驗要求時，打開冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，加熱到指定溫度后，進行拉伸試驗。
[0015]采用多組分氣氛環(huán)境拉伸實驗時，可以關(guān)閉真空系統(tǒng)。采用多路氣體配氣方式向一體化裝置箱體內(nèi)進行充氣。當(dāng)混合氣氛達到試驗要求時，打開冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，加熱到指定溫度后，進行拉伸試驗。
[0016]本發(fā)明的冷卻水進出口、氣體進出口采用焊接方式連接，在外部采用閥門密封。
[0017]本發(fā)明的有益效果是，使用該實驗系統(tǒng)不僅能夠方便地進行常規(guī)空氣中的高溫拉伸實驗，也能提供特定實驗保護氣氛，滿足特殊材料對實驗環(huán)境氣氛的要求，降低和避免試件的氧化以及釋放有毒氣體，使實驗結(jié)果更符合真實情況，也減少對實驗人員和環(huán)境的傷害。也可以進行真空環(huán)境或多組分氣體環(huán)境下高溫試驗。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的多功能一體化結(jié)構(gòu)金屬材料拉伸實驗系統(tǒng)示意圖；
圖2為本發(fā)明的無摩擦密封裝置示意圖；
圖3為本發(fā)明的高溫爐半密封裝置示意圖；
圖4為本發(fā)明的電纜或信號線密封裝置示意圖；
圖5為本發(fā)明的引伸計釋放機構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明的引伸計冷卻水管增強保護示意圖；
圖7為本發(fā)明的強制冷卻裝置示意圖；
圖8為本發(fā)明的引伸計位置調(diào)節(jié)裝置示意圖。
[0019]圖中:1、18.試驗機上、下夾頭(這里假定上夾頭為拉伸方向，下夾頭固定)
2、19.試驗機夾頭無摩擦密封裝置3、17.試驗機夾頭冷卻水進水管及出口 4.引伸計冷卻水進水管5.引伸計信號線及電纜穿墻密封裝置6.真空、氣氛保護一體化裝置箱體7、26.試樣上、下延長桿8.加熱爐9.試件10.引伸計釋放裝置11.引伸計位置調(diào)節(jié)裝置12.高溫引伸計及測量桿13.廢氣排放管道14.廢氣過濾與吸收裝置15.引伸計冷卻水排放管及出口 16.電纜線(與34相連)20,30.試驗機夾頭冷卻水排水管及出口 21.抽真空接口及管道(與31聯(lián)接)22.試樣測溫及控溫?zé)犭娕?與34相連)23.燈24.強制冷卻水蛇形管25.觀察窗27.高溫爐半密封裝置28.三段測溫鎧裝熱電偶(與34相連)29.保護氣氛(或混合氣氛)進氣管道(與32相連)31.二級抽真空系統(tǒng)及閥門32.含閥門、流量計和配氣室的氣源及配氣系統(tǒng)33.含閥門、流量計的冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)34.含測溫和三路控溫加熱控制系統(tǒng)2A.2D.軟密封定位環(huán)2B、2E.軟密封結(jié)構(gòu)(可采用波紋管或其他結(jié)構(gòu))2C、2F.軟密封連接環(huán)5A.高溫密封墊5B.電纜或信號線5C.壓緊螺栓6.氣氛保護(真空)箱殼體6.氣氛保護(真空)箱殼體10A.可伸縮移動機構(gòu)10B.手柄10C.彈簧4A.引伸計冷卻水管4B.引伸計冷卻水管保護套11A.引伸計定位塊IlB引伸計前后位置導(dǎo)向槽11B.引伸計上下位置導(dǎo)向槽。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0021]實施例1
本實例需采用圖1中的加載和測量