一種高溫氫氣環(huán)境材料性能試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及材料性能測試儀領域，具體涉及一種高溫氫氣環(huán)境材料性能試驗裝置。
【背景技術】
[0002]化工臨氫設備常受到應力-高溫及氫介質(zhì)的交互作用，致使設備材料性能劣化，進而設備失效，嚴重影響設備的安全運行。為此，應力-高溫及氫介質(zhì)交互作用下的材料性能測試及其試驗裝置至關重要，然而由于氫氣的易燃易爆且易泄漏特性，現(xiàn)有材料性能試驗裝置無法同時實現(xiàn)復雜應力-高溫及氫氣環(huán)境下金屬材料性能測試。為此，迫切需要一種高溫氫氣環(huán)境材料性能試驗裝置，以能實現(xiàn)氫氣環(huán)境下金屬材料的蠕變性能-持久性能-以及拉-拉交變負荷疲勞性能測試，從而為金屬材料在復雜應力-高溫與氫氣環(huán)境作用下的材料失效機理、性能損傷演化機理等研宄提供可用工具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的即為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種適于實用的高溫氫氣環(huán)境材料性能試驗裝置，本裝置可在線實現(xiàn)氫氣環(huán)境下金屬材料的蠕變性能、持久性能、以及拉-拉交變負荷疲勞性能測試，并可確保其試驗結(jié)果的準確性，其工作可靠穩(wěn)定而效率高。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案:
[0005]一種高溫氫氣環(huán)境材料性能試驗裝置，本裝置包括筒狀且密封的氫氣環(huán)境箱，所述氫氣環(huán)境箱中設置有待測試樣；本裝置還包括裝有拉桿以用于實現(xiàn)對所述試樣進行指定載荷加載的主機加載框架，所述氫氣環(huán)境箱設置在主機加載框架上；所述氫氣環(huán)境箱中設置有分別用于夾持所述試樣上、下兩端的上夾持部和下夾持部，所述拉桿穿過氫氣環(huán)境箱與所述下夾持部固接，且拉桿與氫氣環(huán)境箱之間構(gòu)成動密封配合；所述氫氣環(huán)境箱與供氫氣管相連，氫氣環(huán)境箱在遠離供氫氣管進氣口的一側(cè)設置有放氣電磁閥；所述氫氣環(huán)境箱中還設置有電加熱組件；本裝置還包括用于監(jiān)控試樣受力載荷、試樣變形量、試樣環(huán)境溫度、試樣周圍氫氣壓力的傳感器以及用于監(jiān)控及處理各傳感器所收集信息的控制組件。
[0006]優(yōu)選的，所述電加熱組件包括由內(nèi)而外依次布置的熱輻射層和隔熱層，所述熱輻射層由同軸套設于所述試樣外周處的馬弗管以及螺旋狀穿設于馬弗管內(nèi)的加熱電阻絲構(gòu)成，該筒狀的馬弗管與加熱電阻絲互相配合構(gòu)成輻射管構(gòu)造的加熱爐；所述隔熱層至少包括包覆在所述加熱爐外側(cè)的金屬隔熱罩，所述馬弗管與金屬隔熱罩之間設置有間距；所述金屬隔熱罩上開設有供高壓氫氣通入的通路。
[0007]進一步的，所述加熱電阻絲設置為對應所述試樣上、下部分的兩段式螺旋結(jié)構(gòu)，兩段加熱電阻絲各自獨立加熱，且兩段加熱電阻絲均通過設置在氫氣環(huán)境箱上的接線柱與驅(qū)動功放相連，所述驅(qū)動功放與控制組件電聯(lián)接。
[0008]優(yōu)選的，所述金屬隔熱罩與馬弗管之間還布置有隔熱填料。
[0009]優(yōu)選的，所述氫氣環(huán)境箱包括筒狀的鐘罩，所述鐘罩的上端封閉，下端開口處設置有底座法蘭，所述鐘罩和底座法蘭彼此固連構(gòu)成封閉的空間；所述供氫氣管與設置在所述鐘罩上的進氣口相連，所述放氣電磁閥通過管道與底座法蘭固連；所述鐘罩的上端部還設置有安全閥和吊環(huán)。
[0010]優(yōu)選的，所述鐘罩的外側(cè)設置有冷卻水套，所述冷卻水套與鐘罩之間圍成冷卻水腔，冷卻水腔的進水口通過冷水供水管與水泵相連，冷卻水腔的出水口通過冷水回水管與冷卻水箱相連，所述冷卻水箱、水泵、冷水供水管、冷卻水腔以及冷水回水管依次連通形成一個冷卻水循環(huán)管路。
[0011]優(yōu)選的，所述上夾持部包括由上而下依次同軸布置的上連接頭和上夾頭，所述上夾頭與待測試樣上端部固接，所述上夾持部還包括設置在加熱爐上側(cè)的金屬隔熱罩夾層中的上蓋；所述上連接頭外形呈直徑上大下小的二段式階梯軸結(jié)構(gòu)，且該階梯軸結(jié)構(gòu)的軸肩處呈平滑過渡的弧錐面狀構(gòu)造，所述上蓋與上連接頭軸肩相配合的部分呈與之形狀吻合的凹弧面狀構(gòu)造；
[0012]所述下夾持部包括由上而下依次同軸布置的下夾頭和下連接頭，所述下連接頭與所述拉桿固接。
[0013]進一步的，所述上連接頭和上夾頭之間為螺紋連接，下夾頭和下連接頭之間為鉸接。
[0014]優(yōu)選的，所述控制組件包括控制器和用于遠程控制的工控機，所述控制器和工控機雙向通信連接；所述傳感器包括用于測量氫氣環(huán)境箱中氫氣壓力的壓力傳感器、分別測量試樣上下兩端溫度的上熱電偶和下熱電偶、用于測量試樣伸長量的位移傳感器和用于測量試樣載荷的載荷傳感器，所述位移傳感器、載荷傳感器、壓力傳感器、上熱電偶和下熱電偶以及驅(qū)動功放均與控制器電聯(lián)接。
[0015]優(yōu)選的，所述主機加載框架包括自下而上設置的基座、工作臺以及吊車，所述工作臺和吊車均架設固定在基座上，所述氫氣環(huán)境箱固設在工作臺上；所述基座中設置有向拉桿施加載荷的加載驅(qū)動機構(gòu)，所述加載驅(qū)動機構(gòu)由依次相連的伺服電機、減速器和滾柱絲杠傳動副構(gòu)成，所述伺服電機與控制器電聯(lián)接。
[0016]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]I)、本發(fā)明可實現(xiàn)對待測試樣在載荷-高溫-氫氣環(huán)境三個方面交互作用下的性能測試功能。拉桿在加載驅(qū)動機構(gòu)的拉動下作用于氫氣環(huán)境箱內(nèi)的待測試樣，將加載驅(qū)動機構(gòu)的載荷傳遞給試樣，并通過載荷傳感器測量載荷后輸入控制組件，以實現(xiàn)對試樣的給定波形加載；本發(fā)明通過電加熱組件對氫氣環(huán)境箱內(nèi)部進行加熱，通過熱電偶測量試樣溫度并輸入控制組件，以實現(xiàn)對試樣的給定溫度加熱；本發(fā)明通過封閉的氫氣環(huán)境箱以及箱體上的相應密封結(jié)構(gòu)來形成密封空間，并通過供氫氣管向該密封空間中充入氫氣，通過壓力傳感器測量箱內(nèi)氫氣壓力并輸入控制組件，從而對試樣形成給定壓力的氫氣環(huán)境。
[0018]本裝置結(jié)構(gòu)合理而可靠，其能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣環(huán)境下金屬材料的蠕變性能、持久性能、以及拉-拉交變負荷疲勞性能測試。本發(fā)明通過增設在線加熱結(jié)構(gòu)，從而使氫氣環(huán)境箱內(nèi)的模擬環(huán)境更為符合實際的服役環(huán)境，其傳熱鏈短，加熱速度與效率高，試驗結(jié)果的準確性高，以最終為金屬材料在復雜應力-高溫與氫氣環(huán)境交互作用下的實驗研宄提供可用工具。
[0019]2)、本發(fā)明采用了內(nèi)置式輻射加熱方式，縮短了傳熱鏈，提高了加熱速度與效率，可快速實現(xiàn)在線的指定溫度調(diào)控，進一步的確保了服役環(huán)境的真實性。具體說來，本發(fā)明中的加熱組件以具備特定的螺旋形孔路的馬弗管，搭配可穿設于該螺旋線孔路上的加熱電阻絲組成。之所以采用上述結(jié)構(gòu)，則是考慮到對于試樣的加熱應當是均勻而有效的，僅采用單純的電加熱結(jié)構(gòu)，顯然難以滿足上述需求。通過馬弗管搭配加熱電阻絲，加熱電阻絲受熱，傳導至馬弗管，經(jīng)由馬弗管內(nèi)層管面發(fā)散，即可實現(xiàn)對于待測試試樣的熱量均勻輻射功能。
[0020]3)、本發(fā)明采用上-下兩段加熱電阻絲加熱，兩段電阻絲各自獨立控制加熱，相應的溫度傳感器即熱電偶直接安裝在試樣有效區(qū)域上-下兩端，從而進一步的保證加熱區(qū)域的均溫性，直至在氫氣環(huán)境箱內(nèi)形成高至600°C的高溫環(huán)境。本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)不但提高了試樣有效區(qū)域加熱的均勻性，同時也確保了其測溫精度的高精確性。
[0021]4)、本發(fā)明中還設置有由金屬隔熱罩及隔熱填料所形成的多層式隔熱層結(jié)構(gòu)，一方面保證了試樣周圍溫度的高恒溫性，以確保其模擬環(huán)境的真實效果，有利于提升測試數(shù)據(jù)的精確性；另一方面，由于氫氣環(huán)境箱為可開啟結(jié)構(gòu)，一旦在實驗完成后進行開箱操作時，隔熱