一种材料高温服役性能检测设备制造技术

本发明专利技术涉及一种材料高温服役性能检测设备，包括：炉体单元，用于提供对被检测材料进行检测的实验空间；所述炉体单元上设有可视窗口模块，所述可视窗口模块用于提供光学检测单元对被检测材料进行检测的窗口；加热冷却单元，用于加热被检测材料和冷却炉体单元；所述加热冷却单元的冷却模块设置于炉体单元的外侧；载荷单元，用于为被检测材料提供竖向荷载；真空单元，用于将炉体单元的内部空间抽成真空状态；光学检测单元，用于实时检测被检测材料的变化；所述光学检测单元设置于炉体单元的外侧，并与可视窗口模块的高度相匹配；声学检测单元，用于采集检测过程中的声波变化。本发明专利技术可以实时直观地观测被检测材料高温服役过程中的变化状态，能够实现材料高温状态下内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可见信息和材料表面宏观应变分布信息的多尺度同步探测分析。表面宏观应变分布信息的多尺度同步探测分析。表面宏观应变分布信息的多尺度同步探测分析。

【技术实现步骤摘要】
一种材料高温服役性能检测设备


[0001]本专利技术涉及材料服役性能检测
，特别涉及一种材料高温服役性能检测设备。

技术介绍

[0002]高温合金、复合材料、陶瓷等高温材料被广泛应用于冶金、电力、石油化工和航空航天工业等高温工业生产中，其服役环境通常为高温条件，长时间服役过程中，材料高温力学行为(老化、断裂、蠕变等)对于设备安全、高效运行及其结构的可靠性评定、寿命预测以及安全设计至关重要。传统材料高温服役性能研究方式较为粗放，多采用强度测试或热震等手段粗放式评价，难以获知材料高温服役性能动态瞬态信息，限制了高性能材料的开发与应用。
[0003]高温情况下获取材料表面的变形和应变场信息是对其高温力学行为评估和研究的关键和基础。现有的应变测量方法通常分为接触式应变测量方法和非接触式应变测量方法。接触式应变测量方法是根据测头的位移来表征材料的应变，一方面，其测量的范围有限，通常只能测量单点或者局部的应变；另一方面，接触式应变测量只能获取平均应变信息，无法准确表征非对称应变。相比于传统接触式应变测量技术，非接触式应变测量技术主要原理是基于数字图像相关技术，基于机器视觉原理实现变形测量，可以避免与试件接触，能对拉伸或压缩的全过程进行检测，且不会对测量试件产生任何影响。材料高温服役状过程中所产生的表面形变其内在原因是材料内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可见的微观现象的积累。基于材料高温环境服役过程中的宏观形变及微观损毁过程信息的获取对于揭示材料高温服役过程损毁机理，建立材料服役性能评价体系，指导新型高品质高温材料开发具有重要意义。
[0004]潘兵等通过外加紫外光源，配合窄带通滤波片实现高温下的材料表面应变信息测量，专利技术号CN201710567402.3，但高温状态下，空气等气体受热密度变化会导致对光折射率产生严重影响，从而严重影响图像采集质量和计算精度。且单独采集和分析材料表面应变信息，无法获取其内部受损行为，难以进一步理解分析材料形变和断裂内部机理。
[0005]利用X射线断层扫描技术可以对材料内部受损情况分析，但X射线断层扫描设备光路系统复杂，设备价格昂贵，维修成本高，且X射线断层扫描技术难以开展1600℃及以上极端温度环境下材料内部结构的分析，目前尚无有效的材料高温环境服役过程宏观形变及微观损毁过程信息获取技术。
[0006]概言之，现有技术中对材料高温服役性能进行检测的设备主要存在如下问题：
[0007]①
、接触式应变测量方法：测量范围有限，通常只能测量单点或局部的应变；只能获取平均应变信息，无法准确表征非对称应变；
[0008]②
、非接触应变测量方法：气体受热密度变化对光折射率产生影响，从而影响了图像采集质量和计算精度；X射线断层扫描方法的光路系统复杂，设备和维修成本高，且难以开展1600℃及以上极端温度环境下材料内部结构的分析；
[0009]③
、缺少对材料高温状态下内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可见信息和材料表面宏观应变分布信息的多尺度同步探测、采集的检测设备。

技术实现思路

[0010]本专利技术意在提供一种材料高温服役性能检测设备，以解决现有技术中存在的不足，本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
[0011]一种材料高温服役性能检测设备，其改进之处在于，包括：
[0012]炉体单元，用于提供对被检测材料进行检测的实验空间；所述炉体单元上设有可视窗口模块，所述可视窗口模块用于提供光学检测单元对被检测材料进行检测的窗口；
[0013]加热冷却单元，用于加热被检测材料和冷却炉体单元；所述加热冷却单元的冷却模块设置于炉体单元的外侧；
[0014]载荷单元，用于为被检测材料提供竖向荷载；
[0015]真空单元，用于将炉体单元的内部空间抽成真空状态；
[0016]光学检测单元，用于实时检测被检测材料的变化；所述光学检测单元设置于炉体单元的外侧，并与可视窗口模块的高度相匹配；
[0017]声学检测单元，用于采集检测过程中的声波变化。
[0018]优选的，所述炉体单元包括炉膛模块，所述炉膛模块包括炉壳、与炉壳内壁相贴合且内部中空的炉膛砖；所述炉壳和所述炉膛砖的上表面相对应位置处均开设有与加热冷却单元、载荷单元相配合的孔，所述炉壳和所述炉膛砖的侧面相对应位置处均开设有与真空单元、声学检测单元相配合的孔。
[0019]优选的，所述炉壳上设有炉门模块，所述炉门模块包括与炉壳铰接的炉门、设于炉门内表面上的炉门耐热橡胶圈，所述炉门的非铰接一端设有炉门卡扣，炉门卡扣与门栓螺杆、门栓螺母相配合以将炉门压紧于炉壳上。
[0020]优选的，所述炉门上设有可视窗口模块，所述可视窗口模块包括开设于炉门上的可视窗口、位于炉门外侧并覆盖可视窗口的石英玻璃、设于炉门与石英玻璃之间的耐热橡胶圈，所述石英玻璃和耐热橡胶圈通过法兰固定设于炉门外侧面上。
[0021]优选的，所述加热冷却单元包括加热测温模块，所述加热测温模块包括安装于炉膛模块内的加热元件、安装于炉膛模块内且外套刚玉质保护套的热电偶、与加热元件和热电偶连接的加热控制器，所述加热元件穿过炉壳和炉膛砖上表面的孔伸入到炉膛模块内部。
[0022]优选的，所述冷却模块包括水泵、与水泵相连并螺旋安装于炉壳外围的冷却水管路。
[0023]优选的，所述载荷单元包括位于炉膛模块内的试样台、位于试样台上方并用于压抵被检测材料的承压板、与承压板相连的直杆、与直杆上端面相连的砝码台、放置于砝码台上的砝码，所述直杆穿过炉壳和炉膛砖上表面的孔伸出炉壳外，所述直杆伸出炉壳的部分上套设有密封波纹管，所述密封波纹管的上、下端面分别与砝码台的下表面、炉壳的上表面相连。
[0024]优选的，所述真空单元包括真空泵、连接真空泵和炉膛模块的抽气管、设于抽气管上的真空阀和压力表，所述抽气管与炉膛模块的内部空间相连通。
[0025]优选的，所述光学检测单元包括固定支架、设于固定支架上的两个工业相机、设于固定支架上且位于两个工业相机之间的主动光源，所述工业相机的镜头上依次安装带通滤光镜片和中性灰度镜，所述两个工业相机之间相互垂直。
[0026]优选的，所述声学检测单元包括高温导波管、套设于高温导波管上的声学检测波纹管、通过信号传导线与高温导波管相连的多通道声发射信号采集器，所述高温导波管为刚玉质圆管，所述高温导波管穿过炉壳和炉膛砖侧表面的孔伸入到炉膛模块内部且与被检测材料的侧面相抵接，所述声学检测波纹管的一端安装于炉壳的外表面上、另一端与高温导波管相连接。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0028](1)本专利技术通过光学检测单元，采用主动光源成像技术，配合与主动光源中心波长相同的带通滤光镜片，可有效排除1600℃高温服役状态下热辐射对被检测试样表面图形标记图像信号采集衬度的影响。检测区域经过真空处理，并在镜头处加载低通光量的中性灰度镜加长曝光时间，通过物理手段将热流扰动实现平均化处理，有助于降低光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种材料高温服役性能检测设备，其特征在于，包括：炉体单元(100)，用于提供对被检测材料进行检测的实验空间；所述炉体单元(100)上设有可视窗口模块(130)，所述可视窗口模块(130)用于提供光学检测单元(500)对被检测材料进行检测的窗口；加热冷却单元(200)，用于加热被检测材料和冷却炉体单元(100)；所述加热冷却单元(200)的冷却模块(220)设置于炉体单元(100)的外侧；载荷单元(300)，用于为被检测材料提供竖向荷载；真空单元(400)，用于将炉体单元(100)的内部空间抽成真空状态；光学检测单元(500)，用于实时检测被检测材料的变化；所述光学检测单元(500)设置于炉体单元(100)的外侧，并与可视窗口模块(130)的高度相匹配；声学检测单元(600)，用于采集检测过程中的声波变化。2.根据权利要求1所述的一种材料高温服役性能检测设备，其特征在于：所述炉体单元(100)包括炉膛模块(110)，所述炉膛模块(110)包括炉壳(111)、与炉壳(111)内壁相贴合且内部中空的炉膛砖(112)；所述炉壳(111)和所述炉膛砖(112)的上表面相对应位置处均开设有与加热冷却单元(200)、载荷单元(300)相配合的孔，所述炉壳(111)和所述炉膛砖(112)的侧面相对应位置处均开设有与真空单元(400)、声学检测单元(600)相配合的孔。3.根据权利要求2所述的一种材料高温服役性能检测设备，其特征在于：所述炉壳(111)上设有炉门模块(120)，所述炉门模块(120)包括与炉壳(111)铰接的炉门(121)、设于炉门(121)内表面上的炉门耐热橡胶圈(122)，所述炉门(121)的非铰接一端设有炉门卡扣(124)，炉门卡扣(124)与门栓螺杆(125)、门栓螺母(126)相配合以将炉门(121)压紧于炉壳(111)上。4.根据权利要求3所述的一种材料高温服役性能检测设备，其特征在于：所述炉门(121)上设有可视窗口模块(130)，所述可视窗口模块(130)包括开设于炉门(121)上的可视窗口(131)、位于炉门(121)外侧并覆盖可视窗口(131)的石英玻璃(132)、设于炉门(121)与石英玻璃(132)之间的耐热橡胶圈(133)，所述石英玻璃(132)和耐热橡胶圈(133)通过法兰(134)固定设于炉门(121)外侧面上。5.根据权利要求2所述的一种材料高温服役性能检测设备，其特征在于：所述加热冷却单元(200)包括加热测温模块(210)，所述加热测温模块(210)包括安装于炉膛模块(110)内的加热元件(211)、安装于炉膛模块(110)内且外...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄奥，李昇昊，顾华志，戴亚洁，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：