低温环境下紧凑拉伸试样的断裂韧性测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种低温环境下紧凑拉伸试样的断裂韧性测试装置及方法，该装置包括容纳有低温液体介质的保温容器，试样浸泡在低温液体介质中且具有水平朝向的裂纹嘴；与试样相连且分别位于裂纹嘴两侧的上、下夹具，它们分别与拉伸试验机的上、下活塞相连；以及位移变送机构，其包括彼此平行且相对滑动的两竖直导轨，每个竖直导轨的两端分别设有上、下刀片，两竖直导轨的上刀片相对设置以形成与引伸计相连的上刀口，两竖直导轨的下刀片相对设置以形成与裂纹嘴相连的下刀口，从而将试样的加载线位移传递给位于低温液体介质液面之上的引伸计，以便对加载线位移进行准确测量，同时避免了引伸计与低温液态介质直接接触而使其容易损坏，结构简单可靠，方便安装操作。

【技术实现步骤摘要】
一种利用低温环境下紧凑拉伸试样的断裂韧性测试装置进行断裂韧性测试的方法
本专利技术属于材料的性能测试
，具体涉及一种低温环境下紧凑拉伸试样的断裂韧性测试装置及方法。
技术介绍
体心立方金属材料随着使用温度的降低表现出明显的韧脆转变现象，即存在某个特定的称为材料的韧脆转变温度区的温度范围，在韧脆转变温度区，断裂韧性随着温度的降低而下降，较小的温度变化也可能导致材料断裂韧性发生很大变化，即使在同一温度，进行测试所获得的诸断裂韧性也非常分散。压力容器用铁素体钢具有明显的韧脆转变现象，成为压力容器结构完整性和安全性的潜在威胁。为了保障压力容器结构完整性，在设计及使用维护阶段能按多种可能出现的工况进行结构完整性的安全评估，以保证不会发生脆断事故，必须要知道材料(包括母材、焊缝及其热影响区材料)在韧脆转变区的断裂韧性数据。对于设备尚未服役的新材料或在役设备上经历一定程度老化的材料，材料的韧性较好，材料在韧脆转变区的断裂韧性试验有时需要在低温环境下完成。在低温环境下进行断裂韧性试验，一般有两种方法实现对试样的冷却。一种是在低温环境箱内喷淋液氮，由于喷淋的液氮在箱体内气化，试样被低温气体冷却，但是这种方式的冷却效率很低，通常需要很长的时间才能将试样冷却到试验温度，并在试验温度下保温充分长的时间才能进行试验。另一种是将试样浸泡在低温液体介质中，以这种方式冷却试样的效率高很多，但是通常采用这种冷却方式的都是三点弯曲试样(SE(B)试样)的断裂韧性试验，由于SE(B)试样可以以裂纹嘴朝上的方式进行装夹，当用于测量位移的引伸计装夹在裂纹嘴上时，引伸计的测量臂浸泡在低温液体介质中，试样的加载线位移(loadlinedisplacement,LLD)的引伸计的测量臂装夹在裂纹嘴上时，引伸计的主体部分仍然可以露在液面以上因而不会被损坏。由于紧凑拉伸试样(C(T)试样)具有所测得的断裂韧性数据比SE(B)试样的测试结果保守、节约材料等优点，一般优选采用C(T)试样进行断裂韧性试验，特别是在核电领域，辐照监督断裂韧性试样一般都是C(T)试样。然而，当采用C(T)试样进行断裂韧性试验时，受试样的几何形状及装夹方式的限制，C(T)试样以裂纹嘴水平朝向的方式整体浸泡在低温液体介质中，用于测量试样的加载线位移(loadlinedisplacement,LLD)的引伸计也需完全浸泡在低温液体介质中，导致引伸计容易被损坏。所以，采用低温液体介质浸泡法进行C(T)试样的断裂韧性试验时，测量C(T)试样的LLD是比较困难的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种低温环境下C(T)试样的断裂韧性测试装置及方法，对浸泡在低温液体介质中的C(T)试样的加载线位移进行准确测量，同时避免引伸计与低温液态介质直接接触而使其容易损坏，装置结构简单可靠，方便安装操作。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种低温环境下C(T)试样的断裂韧性测试装置，包括容纳有低温液体介质的保温容器，所述C(T)试样浸泡在所述低温液体介质中并且具有水平朝向的裂纹嘴；与所述C(T)试样固定相连并且分别位于所述裂纹嘴两侧的上夹具和下夹具，所述上夹具和下夹具分别与拉伸试验机的上活塞和下活塞相连；用于测量所述C(T)试样的加载线位移的引伸计；所述断裂韧性测试装置还包括位移变送机构，所述位移变送机构包括彼此平行且相对滑动的两竖直导轨，每个竖直导轨的两端分别设有上刀片和下刀片，所述两竖直导轨的上刀片相对设置以形成与所述引伸计相连的上刀口，所述两竖直导轨的下刀片相对设置以形成与所述裂纹嘴相连的下刀口；以及所述引伸计位于所述低温液体介质的液面之上。所述两竖直导轨中的一个与至少一个滑块固定相连，所述两竖直导轨中的另一个相对所述滑块滑动。所述滑块包括滚动轴承。所述C(T)试样包括在所述裂纹嘴处相对设置的第一刀刃，所述两竖直导轨的下刀片上分别设有用于容纳所述第一刀刃的第一凹槽。所述两竖直导轨的上刀片分别包括相对设置的第二刀刃，所述引伸计上设有用于容纳所述第二刀刃的第二凹槽。所述竖直导轨、所述上刀片以及所述下刀片均由钛合金制成。所述两竖直导轨中的一个与其两端的所述上刀片和下刀片一体成型，所述两竖直导轨中的另一个与其两端的所述上刀片和下刀片固定相连。所述上夹具和下夹具分别通过上销钉和下销钉与所述C(T)试样相连，所述下销钉与一手柄相连。所述下夹具通过与所述保温容器焊接相连的下拉杆与拉伸试验机的下活塞相连。一种利用如权利要求1所述的装置进行断裂韧性测试的方法，包括如下步骤：(1)将位移变送机构的上刀口与引伸计相连，位移变送机构的下刀口与引伸计标定仪相连，通过引伸计标定仪产生一组已知的标准位移值，由引伸计分别测得对应的位移值，由此得到引伸计测得的位移值与引伸计标定仪的标准位移值之间的线性关系，即位移变送函数关系；(2)将位移变送机构的上刀口与引伸计相连，位移变送机构的下刀口与C(T)试样的裂纹嘴相连，通过试验机对C(T)试样施加载荷，由引伸计测得变送到低温液体介质的液面之上的位移值，根据位移变送函数关系反算出C(T)试样的加载线位移；(3)根据C(T)试样所承受的载荷及其所产生的加载线位移计算C(T)试样的断裂韧性。本专利技术的低温环境下C(T)试样的断裂韧性测试装置及方法，通过位移变送机构将浸泡在低温液体介质中的C(T)试样的加载线位移传递给位于低温液体介质的液面之上的引伸计，从而对加载线位移进行准确测量，同时避免了引伸计与低温液态介质直接接触而导致其容易损坏，结构简单可靠，方便安装操作。附图说明图1为本专利技术的断裂韧性测试装置的结构示意图；图2为本专利技术的断裂韧性测试装置的局部示意图；图3为沿着图2中的线A-A的剖视图；图4为图2中的B部分的放大示意图。具体实施方式如图1、图2所示，与现有技术类似，本专利技术的低温环境下C(T)试样的断裂韧性测试装置包括容纳有低温液体介质11的保温容器8，C(T)试样10浸泡在低温液体介质11中并且具有水平朝向的裂纹嘴21。上夹具3和下夹具7分别通过上销钉2和下销钉6与C(T)试样10相连并且分别位于裂纹嘴21两侧。优选地，下销钉6与手柄1相连，从而方便在试验时无需用手接触低温液体介质11即可对C(T)试样10进行拆装。此外，上夹具3，下夹具7，上销钉2和下销钉6均由镍基合金制成，以保证其具有足够的强度和较高的韧性，防止在低温环境下受载时发生脆性破坏。试验过程中，上夹具3与试验机(例如拉伸试验机)的上活塞相连，下夹具7通过螺纹与下拉杆9相连，下拉杆9与试验机的下活塞相连，从而对C(T)试样10进行加载。优选地，下拉杆9与保温容器8焊接相连以保证保温容器8的密封性。此外，下拉杆9、保温容器8的外层为奥氏体不锈钢，保温容器8的内层使用泡沫塑料，从而减少传热损失。本专利技术的断裂韧性测试装置还包括位移变送机构5，该位移变送机构5包括彼此平行设置的两竖直导轨13、18。如图2、图3所示，竖直导轨18与滑块17通过不锈钢螺钉12固定相连，竖直导轨13相对滑块17上下滑动，从而实现两竖直导轨13、18的相对滑动。每个竖直导轨13、18的两端分别设有上刀片14、16和下刀片19、20，两竖直导轨13、18的上刀片14、16相对设置以形成与引伸计4的测量臂15相连的上刀口，两竖直导轨13、18本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温环境下紧凑拉伸试样的断裂韧性测试装置，包括容纳有低温液体介质的保温容器，所述紧凑拉伸试样浸泡在所述低温液体介质中并且具有水平朝向的裂纹嘴；与所述紧凑拉伸试样相连并且分别位于所述裂纹嘴两侧的上夹具和下夹具，所述上夹具和下夹具分别与拉伸试验机的上活塞和下活塞相连；用于测量所述紧凑拉伸试样的加载线位移的引伸计；其特征在于，所述断裂韧性测试装置还包括位移变送机构，所述位移变送机构包括彼此平行且相对滑动的两竖直导轨，每个竖直导轨的两端分别设有上刀片和下刀片，所述两竖直导轨的上刀片相对设置以形成与所述引伸计相连的上刀口，所述两竖直导轨的下刀片相对设置以形成与所述裂纹嘴相连的下刀口；以及所述引伸计位于所述低温液体介质的液面之上。

【技术特征摘要】
1.一种利用低温环境下紧凑拉伸试样的断裂韧性测试装置进行断裂韧性测试的方法，其中，该断裂韧性测试装置包括：容纳有低温液体介质的保温容器，所述紧凑拉伸试样浸泡在所述低温液体介质中并且具有水平朝向的裂纹嘴，在所述裂纹嘴处相对设置有第一刀刃；与所述紧凑拉伸试样相连并且分别位于所述裂纹嘴两侧的上夹具和下夹具，所述上夹具和下夹具分别与拉伸试验机的上活塞和下活塞相连；用于测量所述紧凑拉伸试样的加载线位移的引伸计；所述断裂韧性测试装置还包括位移变送机构，所述位移变送机构包括彼此平行且相对滑动的第一竖直导轨和第二竖直导轨，第一竖直导轨的两端分别设有第一上刀片和第一下刀片，第二竖直导轨的两端分别设有第二上刀片和第二下刀片，所述第一上刀片和所述第二上刀片相对设置以形成与所述引伸计相连的上刀口，所述第一下刀片和所述第二下刀片相对设置以形成与所述裂纹嘴相连的下刀口；所述第一下刀片和所述第二下刀片上分别设有用于容纳所述第一刀刃于其内自由旋转的第一凹槽，所述第一上刀片和所述第二上刀片分别包括相对设置的第二刀刃，所述引伸计上设有用于容纳所述第二刀刃于其内自由旋转的第二凹槽；以及所述引伸计位于所述低温液体介质的液面之上；该方法包括如下步骤：(1)将位移变送机构的上刀口与引伸计相连，位移变送机构的下刀口与引伸计标定仪相连，通过引伸计标定仪产生一组已知的标准位移值，由引伸计...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹昱澎，惠虎，王佳欢，李培宁，贺寅彪，李辉，崔庆丰，
申请(专利权)人：上海核工程研究设计院，华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31