一种基于实验室X射线源的高温在位加载CT测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于实验室X射线源的高温在位加载CT测试系统。本实用新型专利技术采用动密封装置，允许上压杆和下拉压杆沿周向的旋转和轴向的移动，同时高温炉固定不动并不跟随移动和转动，使得能够将高温炉在成像方向上设计成为扁平，以缩短成像距离，提高成像质量；采用独立的拉伸试验机进行加载，因而可实现大载荷加载；本实用新型专利技术实现了对试样在高温环境下受拉压载荷作用时内部变形和损伤信息的在位测量，利用高温装置小型化设计，提高了利用实验室X射线源进行损伤测试的精确性；实现了对高温材料内部的损伤和失效行为的测试和研究，提高了材料损伤测试的准确性和经济性，可行性高，适用性广，操作简单。操作简单。操作简单。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实验室X射线源的高温在位加载CT测试系统


[0001]本技术涉及高温力学测试技术，具体涉及一种基于实验室X射线源的高温在位加载CT测试系统。

技术介绍

[0002]在航空航天领域中，高温和烧蚀环境是其最为常见的服役环境。被誉为现代工业皇冠明珠的航空发动机，其涡轮进口的温度可高达1700℃，超高声速飞行器在高速飞行时鼻锥及翼前缘等部位的温度甚至超过2200℃。因此，高温材料的应用对于航空航天设备的发展至关重要。而高温材料其损伤和失效机理的研究对于进一步的改善和设计材料的结构和性能至关重要。鉴于高温材料(例如C/SiC陶瓷基复合材料、C/C陶瓷基复合材料、SiC/SiC陶瓷基复合材料等)结构复杂多样，实际服役环境恶劣，损伤模式多种多样。仅仅依靠一些离位和表面的观测手段难以提供充足的信息来分析材料的损伤和失效机理。因此，开发一种对材料进行在位和内部观测的测试系统具有很重要的意义。
[0003]在材料内部损伤的检测方法中，由于高温条件的限制，接触式的损伤检测方法，诸如磁颗粒法、超声法、渗流法、激振法，由于测量设备工作温度的限制难以在加载的过程中予以实施；非接触式的损伤检测方法，包括红外热成像法、磁涡流法，微波法等，一方面高温产生的热辐射会对采集信息的精度产生影响，另一方面这些检测方法对一些具有复杂结构的复合材料适用性较差，而光学观测法，仅能获取表面的一些信息，无法检测到加载过程中到材料内部的损伤信息。
[0004]随着物理和计算机技术的发展，计算机断层成像技术(CT)在成像的精度和速度上都有了极大的提升，在对材料的内部损伤在位观测领域越发得到青睐。X射线源根据射线的发射形式可分为同步辐射源和微焦点射线源(实验室射线源)。目前，常用于高温在位加载CT测试的射线源多为同步辐射源，大型的同步辐射源在成像的精度和扫描速度等方面具备更加优良的性能。但是，基于同步辐射源的在位加载CT设备搭建复杂，价格昂贵，并且实验成本高，专用性差，在实验室难以普及。而对于实验室射线源，受限于射线锥束形状以及射线能量，CT扫描时间长，远距离下成像精度差、信噪比低，稳定性不足是目前制约其应用于高温在位测试的关键因素。因此，如何克服这些难点利用更加普遍的实验室X射线源研发出能在高温加载条件下实现在位观测材料内部损伤行为的测试系统意义重大。

技术实现思路

[0005]针对以上现有技术中存在的问题，本技术突破了高温装置小型化的设计实现，锥束X射线源/探测器远距离条件下高精度CT成像等技术难题，提出了一种基于实验室X射线源的高温在位加载CT测试系统；采用高温装置小型化设计，缩短了成像距离(探测器和射线源间的成像距离为100～300mm)，提高了CT成像的精度，降低了成像噪声；同时利用辐射加热的方式，适用性更广；加载装置与加热装置采用分离式设计，结合大型加载装置，可实现最大100kN的大载荷加载。本技术实现了高温材料接近服役环境下承受拉伸和压
缩载荷时内部损伤和变形行为的在位观测和定量研究。
[0006]拉伸试验机包括立柱、丝杠、上移动横梁、下固定横梁、传动结构、上拉台和下拉台，立柱和丝杠沿竖直方向，在立柱的上端和下端分别与水平的上移动横梁和下移动横梁连接，上移动横梁通过传动结构与丝杠连接，随着丝杠转动而上下运动，在上移动横梁和下移动横梁上分别设置水平的上拉台和下拉台。
[0007]本技术的基于实验室X射线源的高温在位加载CT测试系统包括：拉伸试验机、上拉压杆、下拉压杆、高温炉支架、高温炉、循环水冷装置、动密封装置、上夹具、下夹具、入射窗口、透射窗口、射线源、探测器、第一移动装置、第二移动装置、温度传感器、旋转电机、温度控制面板和控制台；其中，高温炉的炉体沿成像方向上扁平，炉体沿成像方向的前后分别设置有互相平行且垂直于成像方向的前密封盖板和后密封盖板，在前密封盖板和后密封盖板的中央分别设置有正对的射线源窗口和探测窗口；真空导管的一端通过高温炉的前密封盖板连通至高温炉内部，真空导管的另一端连接至真空泵抽取真空，或直接通入指定的气体；在高温炉的炉体顶端和底端分别开设有两个通孔，通孔内设置有动密封装置；在高温炉内设置有关于成像方向呈中心对称的多个辐射加热源，多个辐射加热源连接至位于高温炉外的温度控制面板；在拉伸试验机的上拉台的下表面和下拉台的上表面分别设置沿竖直方向且同轴的上拉压杆和下拉压杆；在拉伸试验机的立柱上且位于上拉台和下拉台之间设置高温炉支架；高温炉固定安装在高温炉支架上；上拉压杆的底端和下拉压杆的顶端分别通过动密封装置与高温炉的顶端和底端密封连接并伸入至高温炉内，在高温炉内形成密封环境；在高温炉内的上拉压杆的底端和下拉压杆的顶端分别安装上夹具和下夹具；在高温炉的炉壁上设置循环水冷装置；射线源和探测器分别安装在第一移动装置和第二移动装置上，并且分别对着射线源窗口和探测窗口；在高温炉内设置温度传感器，温度传感器通过数据线连接至位于高温炉外的控制台；在拉伸试验机上设置旋转电机与上拉台和下拉台连接；射线源、探测器、温度传感器、旋转电机、第一移动装置和第二移动装置分别连接至控制台；试样的顶端和底端分别固定在上夹具和下夹具内，从而试样固定在高温炉内部。
[0008]辐射加热源采用卤素灯泡。
[0009]循环水冷装置包括水冷进水口、水冷腔和水冷出水口；其中，在高温炉的下部两侧壁上设置水冷进水口；在高温炉的侧壁上设有水冷腔；在高温炉上部的侧壁上设置水冷出水口；水冷腔的两端分别连接水冷进水口和水冷出水口，水冷进水口和水冷出水口又与外部的循环水冷箱连接，循环水冷箱通过水冷进水口向水冷腔内通入循环冷却水，并由水冷出水口流出，以控制周围环境温度，保证高温炉周围工作环境温度不过高。
[0010]动密封装置包括密封压盖和密封轴套；其中，管状的密封轴套紧密套装在上拉压杆或下拉压杆外，密封轴套同轴密封连接高温炉的顶壁与上拉压杆或者高温炉的底壁与下拉压杆之间的空间；环形的密封压盖位于密封轴套的顶端或底端，密封高温炉的顶壁外表面或底壁外表面。密封轴套的材料采用耐热橡胶，与密封压盖配合对高温炉顶壁和低壁之间的空间进行密封，同时压盖与轴套并不会限制上拉压杆和下拉压杆的周向和轴向的运动。
[0011]第一移动装置和第二移动装置分别包括：水平导轨、竖直导轨和安装架；其中，水平导轨上设置竖直导轨，在竖直导轨上设置安装支架，射线源和探测器分别固定在各自的安装支架上，分别通过第一移动装置和第二移动装置进行水平和竖直的运动。
[0012]上夹具的底端和下夹具的顶端对正的位置，分别设置有开槽作为安装槽。
[0013]温度传感器采用热电偶。
[0014]入射窗口和透射窗口的材料采用铝或玻璃碳。
[0015]在进行测试过程中，高温炉固定不动并不跟随移动和转动，因此高温炉能够制成沿成像方向扁平的形状，其厚度小于90mm。本技术通过动密封装置，使得在进行测试过程中，高温炉固定不动并不跟随移动和转动，实现了高温装置与加载装置的分离，使扫描过程中旋转对象从整个高温和加载装置以及试样变为只需加载部分和试样进行旋转即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于实验室X射线源的高温在位加载CT测试系统，拉伸试验机包括立柱、丝杠、上移动横梁、下固定横梁、传动结构、上拉台和下拉台，立柱和丝杠沿竖直方向，在立柱的上端和下端分别与水平的上移动横梁和下移动横梁连接，上移动横梁通过传动结构与丝杠连接，随着丝杠转动而上下运动，在上移动横梁和下移动横梁上分别设置水平的上拉台和下拉台，其特征在于，所述基于实验室X射线源的高温在位加载CT测试系统包括：拉伸试验机、上拉压杆、下拉压杆、高温炉支架、高温炉、循环水冷装置、动密封装置、上夹具、下夹具、入射窗口、透射窗口、射线源、探测器、第一移动装置、第二移动装置、温度传感器、旋转电机、温度控制面板和控制台；其中，高温炉的炉体沿成像方向上扁平，炉体沿成像方向的前后分别设置有互相平行且垂直于成像方向的前密封盖板和后密封盖板，在前密封盖板和后密封盖板的中央分别设置有正对的射线源窗口和探测窗口；真空导管的一端通过高温炉的前密封盖板连通至高温炉内部，真空导管的另一端连接至真空泵抽取真空，或直接通入指定的气体；在高温炉的炉体顶端和底端分别开设有两个通孔，通孔内设置有动密封装置；在高温炉内设置有关于成像方向呈中心对称的多个辐射加热源，多个辐射加热源连接至位于高温炉外的温度控制面板；在拉伸试验机的上拉台的下表面和下拉台的上表面分别设置沿竖直方向且同轴的上拉压杆和下拉压杆；在拉伸试验机的立柱上且位于上拉台和下拉台之间设置高温炉支架；高温炉固定安装在高温炉支架上；上拉压杆的底端和下拉压杆的顶端分别通过动密封装置与高温炉的顶端和底端密封连接并伸入至高温炉内，在高温炉内形成密封环境；在高温炉内的上拉压杆的底端和下拉压杆的顶端分别安装上夹具和下夹具；在高温炉的炉壁上设置循环水冷装置；射线源和探测器分别安装在第一移动装置和第二移动装置上，并且分别对着射线源窗口和探测窗口；在高温炉内设置温度传感器，温度传感器通过数据线连接至位于高温炉外的控制台；在拉伸试验机上设置旋转电机与上拉台和下拉台连接；射线源、探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：方岱宁，曲兆亮，朱容岐，杨硕，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：新型
国别省市：