一种用于中子应力测量的大腔体高低温加载装置的制作方法

本实用新型涉及中子衍射应力测量应用中的一种中子衍射原位温度加载装置，具体涉及一种用于中子应力测量的大腔体高低温加载装置。

背景技术：

用于中子应力测量的大腔体高低温加载装置配合中子应力谱仪使用，可用于测量航空机翼、发动机、高铁轨道等部件在使役温度下应力分布情况，对部件材料选择、加工工艺等方面起到指导作用。这些部件的使役温度范围一般为零下几十度到一百度左右。通过改变被测部件的环境温度，再利用中子应力谱仪测量部件的应力分布，可获得被测部件应力分布受温度变化的影响机制。为获得精细的应力分布图，一个部件需要测量几十个甚至上百个不同位置，耗时会达到两、三天的时间。该温度段的常规高低温加载装置往往采用造价经济的液氮作为制冷源，被测部件暴露在环境大气中，长时间加载（一小时左右）被测部件表面会凝结大量冰霜。中子对水的穿透性非常差，因此液氮冷却方式不满足中子散射测量实验的加载要求。目前，国内关于中子散射原位环境装置的文献或报道中尚未涉及中子衍射原位低温加载的相关技术内容。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于中子应力测量的大腔体高低温加载装置。本实用新型能够为部件级样品提供高低温环境，装置的结构设计允许中子谱仪对部件样品进行360°的全方位应力测量，同时保证低温加载过程中样品不会出现凝结冰霜的问题。

本实用新型的用于中子应力测量的大腔体高低温加载装置，其特点是，所述加载装置包括密封腔体、热量辐射罩、样品架、制冷机、辐射加热器、铂电阻、真空泵和冷量传导构件；所述的密封腔体包括上密封法兰、下密封法兰、真空罩体；所述的热量辐射罩包括冷屏顶板、冷屏底板、冷屏；所述的样品架包括上固定样品架、下固定样品架；所述的冷量传导构件包括传导冷链、波纹管、冷链提拉杆，其中，所述的上密封法兰设置有连接真空泵的真空抽口和连接辐射加热器、铂电阻的电气接口。

其连接关系是：所述的上密封法兰、下密封法兰分别安装在真空罩体的上端、下端，组成一个圆筒状的密封腔体；所述的冷屏顶板、冷屏底板分别固定在冷屏上端、下端，组成一个圆筒状的热量辐射罩；利用绝热材料分别将冷屏顶板、冷屏底板固定在上密封法兰、下密封法兰上，使热量辐射罩置于密封腔体的内部；所述的上固定样品架固定在冷屏顶板上，下固定样品架固定在冷屏底板上，使样品架置于热量辐射罩内部；所述的制冷机固定在上密封法兰上，使制冷机的冷头置于密封腔体内部；所述辐射加热器置于热量辐射罩内部，固定在冷屏顶板上；所述的铂电阻的测量端贴在被测样品表面；所述的辐射加热器、铂电阻的线缆连接到上密封法兰设置的电气接口上；所述的真空泵通过真空管连接到上密封法兰的真空抽口上；所述的冷链提拉杆利用波纹管固定在上密封法兰上，所述的传导冷链一端连接制冷机的冷头上，另一端连接在冷链提拉杆上，所述的传导冷链在冷链提拉杆的带动下可与冷屏顶板紧密接触或脱离。

所述的真空罩体采用锻件厚壁高强度铝合金管进行整体加工。

所述的冷屏顶板、冷屏底板选择高导热率金属材料，内表面进行黑色阳极氧化处理。

所述冷屏选择高强度铝合金材质，内表面进行黑色阳极氧化处理。

所述的制冷机为液氦闭循环型制冷机；

所述的传导冷链为高导热率材料的柔性金属材料。

所述的冷链提拉杆为气动提拉式，充气时冷链提拉杆带动传导冷链紧压到冷屏顶板的表面，断气时冷链提拉杆带动传导冷链脱离冷屏顶板。

所述装置的工作过程是：

1）利用真空泵将密封腔体内的带有水成份的空气抽出，保证样品环境的无水、无氧化。

2）为样品进行制冷操作时，首先开启冷链提拉杆的气缸气阀，对气缸进行充气，冷链提拉杆带动传导冷链紧压到冷屏顶板的表面；然后，启动液氦闭循环型制冷机为样品提供冷源，过程中样品未接触到水汽，因此，低温状态的样品表明不会出现结冰、结霜现象。

3）为样品进行加热操作时，首先关闭冷链提拉杆的气缸气阀，对气缸进行断气，冷链提拉杆带动传导冷链脱离冷屏顶板，然后控制加热板的加载电流，对样品进行加热；

本实用新型的用于中子应力测量的大腔体高低温加载装置，具有结构简单、性能可靠的特点。装置采用密闭的腔体结构和液氦闭循环的制冷方式，使得样品始终处于无氧、无水的真空状态，制冷时不会出现结冰、结霜现象，加热时不会出现样品氧化问题，从而确保了中子测量实验的顺利开展。装置的真空罩体采用中子高透过率的高强度铝合金材料和锻件厚壁管的加工方式，在可承受内外大气压力的前提下降低了罩体壁厚，从而保证了真空罩体的中子高透过率，同时，配合具有旋转功能的样品台，可实现部件样品360°的全方位应力测量。本实用新型适用于航空机翼、发动机、高铁轨道等部件级样品，能够满足部件级样品在使役温度下应力分布测量需求，从而对部件材料选择、加工工艺等方面起到指导作用，具有较高的科研价值和良好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的用于中子应力测量的大腔体高低温加载装置的结构示意图；

图2为本实用新型的用于中子应力测量的大腔体高低温加载装置的剖视图；

图3为本实用新型的用于中子应力测量的大腔体高低温加载装置俯视图；

图中，1. 上密封法兰 2.下密封法兰 3. 真空罩体 4.冷屏顶板 5.冷屏底板 6. 冷屏 7. 上固定样品架 8. 下固定样品架 9. 制冷机 10. 辐射加热器 11. 铂电阻 12. 真空泵 13. 传导冷链 14. 波纹管 15. 冷链提拉杆。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。

实施例1

图1至图3分别为本实施例的结构示意图、剖视图和俯视图，本实用新型的用于中子应力测量的大腔体高低温加载装置包括密封腔体、热量辐射罩、样品架、制冷机9、辐射加热器10、铂电阻11、真空泵12和冷量传导构件；所述的密封腔体包括上密封法兰1、下密封法兰2、真空罩体3；所述的热量辐射罩包括冷屏顶板4、冷屏底板5、冷屏6；所述的样品架包括上固定样品架7、下固定样品架8；所述的冷量传导构件包括传导冷链13、波纹管14、冷链提拉杆15。其中，所述的上密封法兰1设置有连接真空泵12的真空抽口和连接辐射加热器10、铂电阻11的电气接口。

所述的上密封法兰1、下密封法兰2分别安装在真空罩体3的上端、下端，组成一个圆筒状的密封腔体；所述的冷屏顶板4、冷屏底板5分别固定在冷屏6上端、下端，组成一个圆筒状的热量辐射罩；利用绝热材料分别将冷屏顶板4、冷屏底板5固定在上密封法兰1、下密封法兰2上，使热量辐射罩置于密封腔体的内部；所述的上固定样品架7固定在冷屏顶板4上，下固定样品架8固定在冷屏底板5上，使样品架置于热量辐射罩内部；所述的制冷机9固定在上密封法兰1上，使制冷机9的冷头置于密封腔体内部；所述辐射加热器10置于热量辐射罩内部，固定在冷屏顶板4上；所述的铂电阻11的测量端贴在被测样品表面；所述的辐射加热器10、铂电阻11的线缆连接到上密封法兰1设置的电气接口上；所述的真空泵12通过真空管连接到上密封法兰1的真空抽口上；所述的冷链提拉杆15利用波纹管14固定在上密封法兰1上，所述的传导冷链13一端连接制冷机9的冷头上，另一端连接在冷链提拉杆15上，所述的传导冷链13在冷链提拉杆15的带动下可与冷屏顶板4紧密接触或脱离。

所述的真空罩体3采用锻件厚壁高强度铝合金管进行整体加工。

所述的冷屏顶板4、冷屏底板5选择高导热率金属材料，内表面进行黑色阳极氧化处理。

所述冷屏6选择高强度铝合金材质，内表面进行黑色阳极氧化处理。

所述的制冷机9为液氦闭循环型制冷机；

所述的传导冷链13为高导热率材料的柔性金属材料。

所述的冷链提拉杆15为气动提拉式，充气时冷链提拉杆15带动传导冷链13紧压到冷屏顶板4的表面，断气时冷链提拉杆15带动传导冷链13脱离冷屏顶板4。

本实施例中，上密封法兰、下密封法兰选用不锈钢材料，真空罩体采用7050航空铝合金材质，外形尺寸为直径600mm、高度700mm、壁厚4mm；冷屏顶板、冷屏底板选用铜合金材质，冷屏材质选用铝合金材料，外形尺寸为直径575mm、高度550mm、壁厚2.5mm；液氦闭循环型制冷机的制冷功率为200w。经过上述实施后，本实用新型可对直径500mm、高度500mm以内的圆柱、圆环等尺寸级别的部件样品进行中子衍射原位高低温加载。

实施例2

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是真空罩体的外形尺寸为直径400mm、高度600mm、壁厚3mm；冷屏顶板、冷屏底板、冷屏选用铝合金材料，冷屏的外形尺寸为直径375mm、高度350mm、壁厚2.5mm；液氦闭循环型制冷机的制冷功率为150w。

本实用新型可对直径300mm、高度300mm以内的圆柱、圆环等尺寸级别的部件样品进行中子衍射原位高低温加载。