微试样蠕变、蠕变疲劳试验系统及试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微试样蠕变、蠕变疲劳试验系统及试验方法，所述微试样蠕变、蠕变疲劳试验系统包括主机框架、高温炉、伺服电机加载装置、测距装置、测力装置、冷却系统、夹装机构、石英管、供气装置、计算机控制系统及数据采集系统。通过本发明专利技术的应用，可以在一套系统中进行微拉伸试样蠕变试验和微弯曲试样蠕变试验两种试验，利于研究人员进行试验和试验的推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
在火电、核电、石化和炼油等高能耗行业中，为了实现节能减排的目标，需要提高温度、压强等技术参数来提高资源的利用率，从而对相关高温部件提出了更高的要求。如何保证相关设备在高温和恶劣环境中的安全稳定成为重大的研究课题。在高温环境下，在役设备主要的破坏形式是蠕变和疲劳，但是在一些特定的工况下，如蒸汽、含氧较高的气体环境中，载荷作用与氧化作用存在着一定的交互影响，从而影响在役设备的使用寿命和安全运行。因此，需要充分了解在役设备的蠕变氧化、疲劳-蠕变氧化间的交互作用，从而准确有效的进行寿命评估。目前，在役设备的材料性能评估主要是无损检测和微试样试验。但现在的无损检测技术主要检验材料的缺陷，对于材料的力学性能主要采用微试样试验。GB/T2039-1997《金属拉伸蠕变及持久试验方法》对单轴拉伸蠕变试验有统一标准，但试样尺寸较大，无法满足对在役设备取样进行试验的要求。涂善东和凌祥等人的专利技术实现了三点弯、四点弯等不同类型的微弯曲试样蠕变试验，但是要进行微拉伸试样蠕变试验和微弯曲试样蠕变试验需要两个不同的试验系统才能实现，成本高昂，不通用，不利于研究人员进行试验和试验的推广。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术设备无法兼顾微拉伸试样蠕变试验和微弯曲试样蠕变试验的缺陷，提供一种微试样蠕变、蠕变疲劳试验系统、一种微拉伸试样蠕变试验方法和一种微弯曲试样蠕变试验方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题:一种微试样蠕变、蠕变疲劳试验系统，其特点在于，所述微试样蠕变、蠕变疲劳试验系统包括主机框架、高温炉、伺服电机加载装置、测距装置、测力装置、冷却系统、夹装机构、石英管、供气装置、计算机控制系统及数据采集系统，其中，所述主机框架包括底座、一上横梁、一中横梁和两根立柱；所述伺服电机加载装置设置在所述主机框架底座上，其上端穿过所述中横梁，且与一嵌套在所述中横梁上的导向套配合；所述测力装置与所述伺服电机加载装置连接，且设置于所述伺服电机加载装置的上方；所述测距装置固定在所述主机框架的中横梁上，其传感头套于所述测力装置和冷却系统之间；所述冷却系统设置于测力装置上方，所述冷却系统由水箱提供循环水进行冷却；所述夹装机构设置于所述冷却系统上方，包括下支撑杆、夹具套件、以及上支撑杆，所述夹具套件置于所述石英管内，所述上支撑杆的下端与所述夹具套件螺纹连接、且嵌在所述石英管上端，所述上支撑杆的上端与一设置于所述上横梁上的定位机构连接，所述下支撑杆的上端与所述夹具套件螺纹连接、且嵌在所述石英管下端；所述夹具套件为拉伸夹具套件、三点弯曲夹具套件、四点弯曲夹具套件或小冲孔夹具套件；所述夹具套件上设置有若干与温度控制器连接的热电偶，所述温度控制器用于调节所述高温炉的温度；所述石英管与所述高温炉嵌套连接，且其两端穿透于所述高温炉；所述供气装置通过进气管将气体输送到由所述夹装机构和所述石英管构成的空间内。较佳地,微试样包括微拉伸试样和微弯曲试样，所述微弯曲试样包括微三点弯试样、微四点弯试样和微小冲孔试样，其中，所述微拉伸试样的两端各设置有一凸肩。较佳地，所述三点弯曲夹具套件、四点弯曲夹具套件和小冲孔夹具套件上设置有至少一气孔，其中，所述拉伸夹具套件包括两个夹头，每一所述夹头各包括可拆卸连接在一起的一前模和一后模，所述前模和后模均设置有一用于容纳微试样凸肩的凹槽，所述两夹头分别与所述上支撑杆和所述下支撑杆螺纹连接，通过凸肩和凹槽搭配的设计可以避免采用夹具夹持时产生的应力，而凸肩也限位在凹槽里，不易滑动从而影响测量；所述三点弯曲夹具套件包括一顶部设置有一定位孔的定位套、一设置于所述定位套下方的基座和一具有一个压头的单头压杆，所述压头的横截面的大小形状与所述定位孔的大小形状相同，所述压头穿过所述定位孔，并与置于所述基座上的微试样接触，所述基座和所述下支撑杆螺纹连接，所述单头压杆和所述上支撑杆螺纹连接；所述四点弯曲夹具套件包括一顶部设置有两个定位孔的定位套、一设置于所述定位套下方的基座和一具有两个压头的双头压杆，所述压头的横截面的大小形状与所述定位孔的大小形状相同，所述压头穿过所述定位孔，并与置于所述基座上的微试样接触，所述基座和所述下支撑杆螺纹连接，所述双头压杆和所述上支撑杆螺纹连接；所述小冲孔夹具套件包括一顶部设置有一定位孔的定位套、一设置于所述定位套下方的基座、一压球和一具有一个压头的单头压杆，所述压头的横截面的大小形状与所述定位孔的大小形状相同，所述压头穿过所述定位孔，并与置于微试样上的所述压球接触，所述基座和所述下支撑杆螺纹连接，所述单头压杆和所述上支撑杆螺纹连接。较佳地，所述供气装置包括一与所述进气管连接的气瓶或蒸汽发生系统，所进气管设置有流量计和用于控制气体流量的流量阀，所述蒸汽发生系统包括一氮气气瓶、一与所述氮气气瓶连接的水箱和一与所述水箱连接的蒸汽发生装置，所述蒸汽发生装置还与所述进气管连接。一般的水中含有氧，产生的水蒸汽不饱和，试验时很难符合试验条件，所述蒸汽发生系统可以排掉水中的氧，产生饱和水蒸汽，同时结构简单，效果明显。较佳地，所述石英管露出于所述高温炉的部分覆盖有保温材料。由于所述石英管有部分露出于所述高温炉外，而有部分处于所述高温炉中，容易使所述石英管内的气体产生不同温差，这样使得试验不符合试验条件，试验测出了错误的数据，对试验的准确性产生很大的影响，而通过所述保温材料(一般为石棉)，可以保持所述石英管内的气体温度恒定，确保了试验的准确性。较佳地，所述测距装置为测距传感器，所述测力装置为测力传感器，均与计算机控制系统相连，所述数据采集系统用于记录所述测距传感器、所述测力传感器测量的数据。较佳地，所述伺服电机加载装置包括伺服电机、同步带、减速机和拉杆，所述伺服电机通过同步带带动减速机，减速机带动拉杆进行轴向运动，所述计算机控制系统用于设置蠕变加载条件。—种微拉伸试样螺变试验方法，其特点在于，包括:步骤1、将微试样的两端分别嵌入夹头的后模的凹槽内，合上前模，将前模和后模用螺栓连接，将热电偶贴在夹具上，将夹头分别与上支撑杆和下支撑杆螺纹连接；步骤2、将石英管从上往下套在下支撑杆上，使气体不能从底部漏出；将密封盖套入上支撑杆，使石英管与夹装机构之间形成封闭的空间；步骤3、将上支撑杆与上横梁上的支撑杆销钉连接；步骤4、将测力装置调零，微调伺服电机加载装置，卸掉安装过程中产生的预应力，将测距装置调零，设定限位距离和限位力值；步骤5、启动供气装置，调节流量阀使气体以恒定的流速进入石英管内；当供应蒸汽时，用氮气将水中的氧排尽，通入蒸汽发生器，产生饱和的水蒸汽送入石英管内；步骤6、开启闻温炉，升温；步骤7、设置计算机控制系统，确定伺服电机加载装置的加载方式和加载力值；步骤8、测力装置和测距装置获得试验数据，并通过数据采集系统记录。较佳地，步骤3为:将上支撑杆与上横梁上的支撑杆销钉连接，在石英管露出于高温炉处包覆上保温材料。由于所述石英管有部分露出于所述高温炉外，而有部分处于所述高温炉中，容易使所述石英管内的气体产生不同温差，这样使得试验不符合试验条件，试验测出了错误的数据，对试验的准确性产生很大的影响，而通过所述保温材料(一般为石棉)，可以保持所述石英管内的气体温度恒定，确保了试验的准确性。较佳地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微试样蠕变、蠕变疲劳试验系统，其特征在于，所述微试样蠕变、蠕变疲劳试验系统包括主机框架、高温炉、伺服电机加载装置、测距装置、测力装置、冷却系统、夹装机构、石英管、供气装置、计算机控制系统及数据采集系统，其中，所述主机框架包括底座、一上横梁、一中横梁和两根立柱；所述伺服电机加载装置设置在所述主机框架底座上，其上端穿过所述中横梁，且与一嵌套在所述中横梁上的导向套配合；所述测力装置与所述伺服电机加载装置连接，且设置于所述伺服电机加载装置的上方；所述测距装置固定在所述主机框架的中横梁上，其传感头套于所述测力装置和冷却系统之间；所述冷却系统设置于测力装置上方，所述冷却系统由水箱提供循环水进行冷却；所述夹装机构设置于所述冷却系统上方，包括下支撑杆、用于夹持微试样的夹具套件、以及上支撑杆，所述夹具套件置于所述石英管内，所述上支撑杆的下端与所述夹具套件螺纹连接、且嵌在所述石英管上端，所述上支撑杆的上端与一设置于所述上横梁上的定位机构连接，所述下支撑杆的上端与所述夹具套件螺纹连接、且嵌在所述石英管下端；所述夹具套件为拉伸夹具套件、三点弯曲夹具套件、四点弯曲夹具套件或小冲孔夹具套件；所述夹具套件上设置有若干与温度控制器连接的热电偶，所述温度控制器用于调节所述高温炉的温度；所述石英管与所述高温炉嵌套连接，且其两端穿透于所述高温炉；所述供气装置通过进气管将气体输送到由所述夹装机构和所述石英管构成的空间内。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：轩福贞，黄毓晖，郑益斌，涂善东，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31