適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及材料力學(xué)性能測試與表征技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程中，材料的拉伸力學(xué)性能指標(biāo)在工程設(shè)計、檢驗檢測以及維修養(yǎng)護(hù)等方面具有非常重要的參考價值。獲取材料拉伸力學(xué)性能的一般試驗方法即可在材料萬能試驗機(jī)上實現(xiàn)的常規(guī)拉伸試驗。但在一些特殊環(huán)境，如高壓氫氣、強(qiáng)腐蝕環(huán)境，以及一些封閉性環(huán)境中，無法采用材料試驗機(jī)實現(xiàn)上述環(huán)境中的力學(xué)性能測試。在上述嚴(yán)苛的環(huán)境中，材料在應(yīng)力作用下會對環(huán)境的作用(如氫脆、腐蝕等)更加敏感，交互式的作用會加速材料的劣化。由此，能夠使材料在載荷作用下加速劣化的環(huán)境即可稱為應(yīng)力敏感環(huán)境。
[0003]以氫能為例，氫能源屬于新興能源，在我國尚處于起步階段，有許多基礎(chǔ)設(shè)施、安全檢測、評價方法亟待發(fā)展。在材料氫脆敏感性的評價中，國外比較常見的是材料與盛裝氣體(氫氣)之間的相容性評價標(biāo)準(zhǔn)，用于選擇抗氫脆金屬材料的試驗方法(標(biāo)準(zhǔn)代碼ISO11114-4) ο該標(biāo)準(zhǔn)中包括圓片試驗(A方法)、斷裂韌性測試(B方法)及確定鋼瓶抗氫致開裂能力的試驗方法(C方法)。而我國尚無相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)行。在相關(guān)的氣瓶生產(chǎn)廠家，已有按照ISO 11114-4標(biāo)準(zhǔn)中C方法進(jìn)行評價的試驗方法在進(jìn)行，以檢測氣瓶用鋼對材料的抗氫致開裂能力。但在氣瓶的設(shè)計中，材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及在氫環(huán)境下的力學(xué)性能指標(biāo)是非常重要的，我國目前尚無相關(guān)的試驗方法。由于氫氣易漏、易燃、易爆的特性，故一般試驗方法無法檢測材料在高壓氫環(huán)境下的拉伸力學(xué)性能指標(biāo)。本專利中所設(shè)計的試驗裝置與試驗方法將會為該類問題提供解決思路，需要注意的是，本試驗裝置及試驗方法適用于小變形材料。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]為了測試材料在應(yīng)力敏感環(huán)境中的拉伸力學(xué)性能，本實用新型提供了一種適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置，該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置能夠被用于模擬金屬材料在應(yīng)力敏感環(huán)境中受恒載荷，從而通過衡量其斷裂載荷、斷裂后的延伸率、斷面收縮率、未斷裂試樣表面裂紋的多少及長度等指標(biāo)，評價材料抗環(huán)境劣化的能力。該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置尤其適合在與外界環(huán)境隔絕的系統(tǒng)(如高壓氫環(huán)境)中開展試驗測試。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置，含有第一安裝板和第二安裝板，第一安裝板和第二安裝板間隔設(shè)置，第一安裝板和第二安裝板之間通過第一支撐筋板連接固定，第一安裝板上設(shè)有第一安裝通孔，第二安裝板上設(shè)有與第一安裝通孔相對應(yīng)的第二螺紋孔，第一安裝通孔的軸線與第二螺紋孔的軸線重合。
[0006]第一安裝板和第二安裝板均為圓形，第一安裝板和第二安裝板相互平行。
[0007]第一安裝板和第二安裝板的大小和形狀相同。
[0008]第一支撐筋板呈十字形，第一安裝板的軸線、第二安裝板的軸線和第一支撐筋板的軸線重合，第一安裝板和第二安裝板之間形成四個扇形區(qū)域，第一安裝通孔和第二螺紋孔的位置與該扇形區(qū)域相對應(yīng)。
[0009]第一安裝通孔的直徑大于等于第二螺紋孔的直徑。
[0010]第一安裝板和第二安裝板之間的距離為12.5mm。
[0011]第二安裝板位于第一安裝板的下方，第一安裝板的上方還設(shè)有保護(hù)板，保護(hù)板與第一安裝板平行，保護(hù)板與第一安裝板之間通過第二支撐筋板連接固定。
[0012]第二支撐筋板呈十字形，沿第一支撐筋板的軸向第二支撐筋板和第一支撐筋板的投影重合。
[0013]保護(hù)板為圓形，保護(hù)板內(nèi)設(shè)有與該扇形區(qū)域相對應(yīng)四個扇形通孔，保護(hù)板的厚度小于第一安裝板的厚度，保護(hù)板的厚度小于第二安裝板的厚度。
[0014]第一安裝板和保護(hù)板之間的距離為17.5mm。
[0015]本實用新型的有益效果是，該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置能夠被用于模擬金屬材料在應(yīng)力敏感環(huán)境中受恒載荷，從而通過衡量其斷裂載荷、斷裂后的延伸率、斷面收縮率、未斷裂試樣表面裂紋的多少及長度等指標(biāo)，評價材料抗環(huán)境劣化的能力。該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置尤其適合在與外界環(huán)境隔絕的系統(tǒng)(如高壓氫環(huán)境)中開展小變形試樣的恒載荷拉伸試驗測試。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0017]圖1為適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置在使用時的主視圖。
[0018]圖2為適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置在使用時的俯視圖。
[0019]圖3為適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置放置在高壓釜中的示意圖。
[0020]其中1.拉伸試樣，2.旋緊螺母，3.壓縮彈簧，4.適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置，5.應(yīng)變片，6.高壓釜；
[0021]41.第一安裝板，42.第二安裝板，43.保護(hù)板，44.第一支撐筋板，45.第一安裝通孔，46.第二螺紋孔，47.第二支撐筋板。
【具體實施方式】
[0022]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本實用新型。
[0023]一種應(yīng)力敏感環(huán)境下試樣的恒載荷拉伸試驗方法，包括以下步驟:
[0024]步驟一、制備拉伸試樣I ;
[0025]步驟二、采集拉伸試樣I的加載力與應(yīng)變數(shù)據(jù)，獲得拉伸試樣I的拉伸應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系；
[0026]步驟三、將拉伸試樣I安裝于適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置4，使拉伸試樣I受到預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力；
[0027]步驟四、將受到該預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力的拉伸試樣I放置于應(yīng)力敏感環(huán)境中；
[0028]步驟五、取出拉伸試樣I進(jìn)行性能測試及評價。
[0029]下面對上述五個試樣步驟進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0030]在步驟一中，由于試驗一般會在封閉環(huán)境中進(jìn)行，受試驗空間的限制，拉伸試樣I為啞鈴型的棒狀拉伸試樣，拉伸試樣I的兩端設(shè)有外螺紋，一端用于連接適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置4，另一端通過旋緊螺母2實現(xiàn)對材料的加載。拉伸試樣I中部的直徑小于拉伸試樣I兩端的直徑，拉伸試樣I中部的直徑d = 5mm。
[0031]在步驟二中，通過將拉伸試樣I的中部的表面貼應(yīng)變片后放置于拉伸試樣機(jī)上施加拉伸載荷的方式獲得拉伸試樣I的拉應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。在獲得拉伸試樣I的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系之前還需要確定拉伸試樣I的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度。
[0032]具體是，在拉伸試驗機(jī)上對拉伸試樣I的加載載荷及其應(yīng)變的變化進(jìn)行采集與記錄。首先需要對拉伸試樣I進(jìn)行拉伸試驗，確定拉伸試樣I的抗拉強(qiáng)度Rm及屈服強(qiáng)度Rpa2;之后對試樣進(jìn)行力-應(yīng)變的標(biāo)定。在拉伸試樣I平行段中間部分貼應(yīng)變片5，將拉伸試樣I裝夾在拉伸試樣機(jī)上進(jìn)行拉伸載荷施加，施加的載荷要根據(jù)試驗時的應(yīng)力水平確定，試驗時的應(yīng)力水平為Rpq.^百分?jǐn)?shù)，例如0.7RpQ.2、0.9RpQ.2等。試驗時應(yīng)選擇不同的應(yīng)力水平分別進(jìn)行，具體可根據(jù)試驗情況確定。拉伸試驗的執(zhí)行與標(biāo)定可參照GB/T 228.1-2010標(biāo)準(zhǔn)。
[0033]在本實用新型中，該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置4含有第一安裝板41和第二安裝板42，第一安裝板41和第二安裝板42上下間隔設(shè)置，第一安裝板41和第二安裝板42之間通過第一支撐筋板44連接固定，第一安裝板41上設(shè)有第一安裝通孔45，第二安裝板42上設(shè)有與第一安裝通孔45相對應(yīng)的第二螺紋孔46，第一安裝通孔45的軸線與第二螺紋孔46的軸線重合，如圖1和圖2所示。
[0034]該適用于應(yīng)力敏感環(huán)境的恒載荷拉伸試驗裝置4通過旋緊螺母2實現(xiàn)對拉伸試樣I的恒載荷加載，將拉伸試樣I放置在穩(wěn)定的環(huán)境中一定時間后，將其取出觀察斷裂情況，并測定相關(guān)的力學(xué)性能指標(biāo)。依靠拉伸試樣I上的應(yīng)變片5可以實現(xiàn)對拉伸試樣I的精確加載，同時壓縮彈簧3能夠保證拉伸試樣I承受恒定的載荷。根據(jù)試驗完成后測得的斷裂載荷等指標(biāo)，評定材料抗環(huán)境攻擊的能力，為工程用鋼的選材及設(shè)計積累數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
[0035]在步驟三中，預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力施加的具體方式是，先在拉伸試樣I的中部的表面貼應(yīng)變片，然后使拉伸試樣I的下端穿過第一安裝通孔45后與第二螺紋孔46通過螺紋連接固定，拉伸試樣I的上端安裝旋緊螺母2，使旋緊螺母2與第一安裝板41抵接或使旋緊螺母2通過壓縮彈簧3與第一安裝板41抵接(如圖1所示，此時壓縮彈簧3套設(shè)在拉伸試樣I外)，通過對旋緊螺母2進(jìn)行預(yù)緊以及觀察該應(yīng)變片5使拉伸試樣I達(dá)到預(yù)設(shè)的拉應(yīng)力。即在預(yù)緊的同時紀(jì)錄應(yīng)變片5的數(shù)據(jù)變化，通過數(shù)