一种高温临氢原位面内双轴力学试验系统技术方案

本实用新型专利技术属于材料力学性能测试领域，公开了一种高温临氢原位面内双轴力学试验系统，由内密封上盖、内腔体箱、外密封上盖、外腔体挡板、整体底板构成双层密封的内腔体和外腔体，内腔体箱底部设置有加热装置；外腔体挡板连接有四套直线作动装置，用于实现同水平面上四个方向的拉伸或压缩作动；每个直线作动装置在内腔体箱和外腔体挡板之间的区段外部罩设有密封筒；内腔体、外腔体和密封筒分别设置不同的供气和排气系统以及气体检测装置，为耐氢腐蚀材料的氢腐蚀试验提供适宜且安全的气体环境。该系统适用于高温和氢气等严苛环境，并能够通过系统控制实现复杂应力加载的力学测试系统，填补了国内市场上高温临氢原位面内双轴力学试验系统的空白。试验系统的空白。试验系统的空白。

【技术实现步骤摘要】
一种高温临氢原位面内双轴力学试验系统


[0001]本技术属于材料力学性能测试领域，具体的说，是涉及一种应用于高温临氢环境的力学试验系统。

技术介绍

[0002]随着航空航天，核电以及化工领域等现代工业的发展，在高温临氢环境下长期工作的设备逐渐增多。氢气作为一种易燃、易爆、易扩散的气体，在高温状态下对金属材料有腐蚀作用，如果工作在氢气环境下的设备材料及材料厚度选用不当，容易发生氢气泄漏危险，严重时可能使材料发生氢脆断裂现象，导致爆炸等恶性事故。
[0003]为了解决氢腐蚀问题，世界各国已对于钛、锆、镁等耐氢蚀合金材料性能进行了系统的研究，而美俄等国对我国进行技术封锁，制约了我国耐氢蚀合金材料的发展。目前国内市面上的力学试验机大多只能提供高温环境，无法提供与实际工况相似的高温临氢环境，少数的力学试验机能够提供简单的氢气环境和加热设施，但是存在安全隐患，而且所能做的力学试验仅仅包含拉伸或压缩其中的一种，且无法实现原位观测，无法对合金材料在高温临氢环境中的综合力学性能展开研究。为了建立耐氢蚀合金材料在高温临氢环境下的失效模型，并测试其在高温临氢环境下的各项力学性能参数，我国急需开发一种应用于高温临氢环境的力学试验机。

技术实现思路

[0004]本技术着力于解决现有力学试验机无法在高温临氢环境进行综合力学性能测试的技术问题，而提供一种高温临氢原位面内双轴力学试验系统，适用于高温和氢气等严苛环境，并能够通过系统控制实现复杂应力加载的力学测试系统，填补了国内市场上高温临氢原位面内双轴力学试验系统的空白。
>[0005]为了解决上述技术问题，本技术通过以下的技术方案予以实现：
[0006]一种高温临氢原位面内双轴力学试验系统，包括安装于整体底板中部的内腔体箱，所述整体底板边部安装有外腔体挡板，所述外腔体挡板顶部密封连接有外密封上盖，所述外密封上盖嵌装有内密封上盖，所述内密封上盖密封连接于所述内腔体箱顶部；所述内密封上盖、所述内腔体箱、所述外密封上盖、所述外腔体挡板、所述整体底板构成双层密封的内腔体和外腔体；所述内腔体箱底部设置有加热装置，所述加热装置用于对所述内腔体箱内部的试样加热；
[0007]所述外腔体挡板连接有四套直线作动装置，四套所述直线作动装置用于实现同水平面上四个方向的拉伸或压缩作动；每套所述直线作动装置包括设置有位移传感器的电机，所述电机通过传送带轮组连接有电动缸，所述电动缸的缸体部分密封固定于所述外腔体挡板，所述电动缸的作动轴穿过所述外腔体挡板并且通过连接件连接有紧锁法兰，所述紧锁法兰通过轮辐式载荷传感器连接有主轴拉杆，四套直线作动装置的所述主轴拉杆在水平面上的四个方向互相垂直；所述主轴拉杆穿过所述内腔体箱并在端部连接有平板夹具，
四个所述平板夹具用于夹持所述内腔体箱的试样；
[0008]每个所述直线作动装置在所述内腔体箱和所述外腔体挡板之间的区段外部罩设有密封筒，所述密封筒的两端分别密封固定于所述内腔体箱和所述外腔体挡板；每个直线作动装置的所述主轴拉杆与所述内腔体箱之间安装有多个高温密封垫圈，所述内腔体箱在每个安装所述主轴拉杆的轴孔处均开通有两个气道，两个所述气道分别用于向所述主轴拉杆与所述内腔体箱之间的间隙循环通入氮气和排出气体；
[0009]所述内腔体箱连接有内腔体氮气进气管、内腔体氢气进气管、内腔体空气排气管、内腔体试验排气管，所述内腔体箱内部安装有内腔体气体浓度检测装置和热电偶；所述外腔体挡板连接有外腔体氮气进气管和外腔体空气排气管，所述外腔体挡板安装有至少四个周向均布的外腔体气体浓度检测装置；每个所述密封筒的内部环境连通有密封筒氮气入口和密封筒气体出口，所述密封筒氮气入口和所述密封筒气体出口均设置于所述外腔体挡板，所述密封筒氮气入口和所述密封筒气体出口同时与两个所述气道分别连通；
[0010]所述内腔体氮气进气管、所述内腔体氢气进气管、所述内腔体空气排气管、所述内腔体试验排气管、所述外腔体氮气进气管、所述外腔体空气排气管、所述密封筒氮气入口与所述密封筒内部环境所连通管路、所述密封筒气体出口与密封筒内部环境所连通管路均设置有电动阀；所述内腔体试验排气管设置有泄压阀，用于在其电动阀开启状态下使内腔体保持常压；所述外腔体空气排气管设置有泄压阀，用于在其电动阀开启状态下使外腔体保持常压。
[0011]进一步地，所述外密封上盖和所述外腔体挡板之间、所述内密封上盖和所述内腔体箱之间分别夹设有耐高温密封垫。
[0012]进一步地，所述内密封上盖设置有防雾视窗，所述防雾视窗上方设置有镜头。
[0013]进一步地，所述加热装置为陶瓷加热片，所述内腔体箱的内底面设置有翅片。
[0014]进一步地，所述外腔体挡板设置有传感器线路真空接头，所述传感器线路真空接头与每个所述密封筒内部的所述轮辐式载荷传感器的信号线相连接。
[0015]进一步地，所述内腔体氮气进气管、所述内腔体氢气进气管、所述内腔体空气排气管、所述内腔体试验排气管、所述外腔体氮气进气管、所述外腔体空气排气管、所述密封筒氮气入口与所述密封筒内部环境所连通管路、所述密封筒气体出口与密封筒内部环境所连通管路的电动阀均与计算机信号连接；所述内腔体气体浓度检测装置、所述外腔体气体浓度检测装置均与所述计算机信号连接。
[0016]更进一步地，所述计算机用于在试验开始前控制所述内腔体氮气进气管、所述内腔体空气排气管、所述外腔体氮气进气管和所述外腔体空气排气管的电动阀开启，所述内腔体气体浓度检测装置和所述外腔体气体浓度检测装置分别采集内腔体的氧气浓度信号和外腔体的氧气浓度信号并传输至所述计算机；所述计算机获得内腔体的氧气浓度信号和外腔体的氧气浓度信号均为零，则所述计算机控制所述内腔体氮气进气管、所述内腔体空气排气管、所述外腔体氮气进气管的电动阀关闭，并控制所述内腔体氢气进气管和所述内腔体试验排气管的电动阀开启，所述内腔体气体浓度检测装置和所述外腔体气体浓度检测装置分别采集内腔体的氢气浓度信号和外腔体的氢气浓度信号并传输至所述计算机；所述计算机获得内腔体的氢气浓度信号达到设定值，则所述计算机控制所述内腔体氢气进气管的电动阀关闭，使内腔体的氢气浓度维持在设定值；
[0017]所述计算机用于在试验过程中的设定时间区间的起始点控制所述密封筒氮气入口与所述密封筒内部环境所连通管路和所述密封筒气体出口与所述密封筒内部环境所连通管路的电动阀开启，并在设定时间区间的终止点控制所述密封筒氮气入口与所述密封筒内部环境所连通管路和所述密封筒气体出口与所述密封筒内部环境所连通管路的电动阀关闭。
[0018]更进一步地，所述计算机用于在获得外腔体的氢气浓度信号达到警戒值的情况下，控制所述内腔体氢气进气管的电动阀关闭，所述内腔体氮气进气管、所述内腔体试验排气管、所述外腔体氮气进气管和所述外腔体空气排气管的电动阀开启。
[0019]进一步地，每个所述直线作动装置的所述电机和所述位移传感器均通过伺服驱动器与计算机信号连接，所述轮辐式载荷传感器与所述计算机信号连接；所述位移传感器用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温临氢原位面内双轴力学试验系统，其特征在于，包括安装于整体底板中部的内腔体箱，所述整体底板边部安装有外腔体挡板，所述外腔体挡板顶部密封连接有外密封上盖，所述外密封上盖嵌装有内密封上盖，所述内密封上盖密封连接于所述内腔体箱顶部；所述内密封上盖、所述内腔体箱、所述外密封上盖、所述外腔体挡板、所述整体底板构成双层密封的内腔体和外腔体；所述内腔体箱底部设置有加热装置，所述加热装置用于对所述内腔体箱内部的试样加热；所述外腔体挡板连接有四套直线作动装置，四套所述直线作动装置用于实现同水平面上四个方向的拉伸或压缩作动；每套所述直线作动装置包括设置有位移传感器的电机，所述电机通过传送带轮组连接有电动缸，所述电动缸的缸体部分密封固定于所述外腔体挡板，所述电动缸的作动轴穿过所述外腔体挡板并且通过连接件连接有紧锁法兰，所述紧锁法兰通过轮辐式载荷传感器连接有主轴拉杆，四套直线作动装置的所述主轴拉杆在水平面上的四个方向互相垂直；所述主轴拉杆穿过所述内腔体箱并在端部连接有平板夹具，四个所述平板夹具用于夹持所述内腔体箱的试样；每个所述直线作动装置在所述内腔体箱和所述外腔体挡板之间的区段外部罩设有密封筒，所述密封筒的两端分别密封固定于所述内腔体箱和所述外腔体挡板；每个直线作动装置的所述主轴拉杆与所述内腔体箱之间安装有多个高温密封垫圈，所述内腔体箱在每个安装所述主轴拉杆的轴孔处均开通有两个气道，两个所述气道分别用于向所述主轴拉杆与所述内腔体箱之间的间隙循环通入氮气和排出气体；所述内腔体箱连接有内腔体氮气进气管、内腔体氢气进气管、内腔体空气排气管、内腔体试验排气管，所述内腔体箱内部安装有内腔体气体浓度检测装置和热电偶；所述外腔体挡板连接有外腔体氮气进气管和外腔体空气排气管，所述外腔体挡板安装有至少四个周向均布的外腔体气体浓度检测装置；每个所述密封筒的内部环境连通有密封筒氮气入口和密封筒气体出口，所述密封筒氮气入口和所述密封筒气体出口均设置于所述外腔体挡板，所述密封筒氮气入口和所述密封筒气体出口同时与两个所述气道分别连通；所述内腔体氮气进气管、所述内腔体氢气进气管、所述内腔体空气排气管、所述内腔体试验排气管、所述外腔体氮气进气管、所述外腔体空气排气管、所述密封筒氮气入口与所述密封筒内部环境所连通管路、所述密封筒气体出口与密封筒内部环境所连通管路均设置有电动阀；所述内腔体试验排气管设置有泄压阀，用于在其电动阀开启状态下使内腔体保持常压；所述外腔体空气排气管设置有泄压阀，用于在其电动阀开启状态下使外腔体保持常压。2.根据权利要求1所述的一种高温临氢原位面内双轴力学试验系统，其特征在于，所述外密封上盖和所述外腔体挡板之间、所述内密封上盖和所述内腔体箱之间分别夹设有耐高温密封垫。3.根据权利要求1所述的一种高温临氢原位面内双轴力学试验系统，其特征在于，所述内密封上盖设置有防雾视窗，所述防雾视窗上方设置有镜头。4.根据权利要求1所述的一种高温临氢原位面内双轴力学试验系统，其特征在于，所述加热装置为陶瓷加热片，所述内腔体箱的内底面设置有翅片。5.根据权利要求1所述的一种高温临氢原位面内双轴力学试验系统，其特征在于，所述外腔体挡板设置有传感器线路真空接...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，徐仲斌，冯少武，林强，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：