一种高温氢气环境材料性能试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料性能测试仪领域，具体涉及一种高温氢气环境材料性能试验装置。
【背景技术】
[0002]化工临氢设备常受到应力-高温及氢介质的交互作用，致使设备材料性能劣化，进而设备失效，严重影响设备的安全运行。为此，应力-高温及氢介质交互作用下的材料性能测试及其试验装置至关重要，然而由于氢气的易燃易爆且易泄漏特性，现有材料性能试验装置无法同时实现复杂应力-高温及氢气环境下金属材料性能测试。为此，迫切需要一种高温氢气环境材料性能试验装置，以能实现氢气环境下金属材料的蠕变性能-持久性能-以及拉-拉交变负荷疲劳性能测试，从而为金属材料在复杂应力-高温与氢气环境作用下的材料失效机理、性能损伤演化机理等研宄提供可用工具。
【发明内容】
[0003]本发明的目的即为克服上述现有技术的不足，提供一种适于实用的高温氢气环境材料性能试验装置，本装置可在线实现氢气环境下金属材料的蠕变性能、持久性能、以及拉-拉交变负荷疲劳性能测试，并可确保其试验结果的准确性，其工作可靠稳定而效率高。
[0004]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0005]一种高温氢气环境材料性能试验装置，本装置包括筒状且密封的氢气环境箱，所述氢气环境箱中设置有待测试样；本装置还包括装有拉杆以用于实现对所述试样进行指定载荷加载的主机加载框架，所述氢气环境箱设置在主机加载框架上；所述氢气环境箱中设置有分别用于夹持所述试样上、下两端的上夹持部和下夹持部，所述拉杆穿过氢气环境箱与所述下夹持部固接，且拉杆与氢气环境箱之间构成动密封配合；所述氢气环境箱与供氢气管相连，氢气环境箱在远离供氢气管进气口的一侧设置有放气电磁阀；所述氢气环境箱中还设置有电加热组件；本装置还包括用于监控试样受力载荷、试样变形量、试样环境温度、试样周围氢气压力的传感器以及用于监控及处理各传感器所收集信息的控制组件。
[0006]优选的，所述电加热组件包括由内而外依次布置的热辐射层和隔热层，所述热辐射层由同轴套设于所述试样外周处的马弗管以及螺旋状穿设于马弗管内的加热电阻丝构成，该筒状的马弗管与加热电阻丝互相配合构成辐射管构造的加热炉；所述隔热层至少包括包覆在所述加热炉外侧的金属隔热罩，所述马弗管与金属隔热罩之间设置有间距；所述金属隔热罩上开设有供高压氢气通入的通路。
[0007]进一步的，所述加热电阻丝设置为对应所述试样上、下部分的两段式螺旋结构，两段加热电阻丝各自独立加热，且两段加热电阻丝均通过设置在氢气环境箱上的接线柱与驱动功放相连，所述驱动功放与控制组件电联接。
[0008]优选的，所述金属隔热罩与马弗管之间还布置有隔热填料。
[0009]优选的，所述氢气环境箱包括筒状的钟罩，所述钟罩的上端封闭，下端开口处设置有底座法兰，所述钟罩和底座法兰彼此固连构成封闭的空间；所述供氢气管与设置在所述钟罩上的进气口相连，所述放气电磁阀通过管道与底座法兰固连；所述钟罩的上端部还设置有安全阀和吊环。
[0010]优选的，所述钟罩的外侧设置有冷却水套，所述冷却水套与钟罩之间围成冷却水腔，冷却水腔的进水口通过冷水供水管与水泵相连，冷却水腔的出水口通过冷水回水管与冷却水箱相连，所述冷却水箱、水泵、冷水供水管、冷却水腔以及冷水回水管依次连通形成一个冷却水循环管路。
[0011]优选的，所述上夹持部包括由上而下依次同轴布置的上连接头和上夹头，所述上夹头与待测试样上端部固接，所述上夹持部还包括设置在加热炉上侧的金属隔热罩夹层中的上盖；所述上连接头外形呈直径上大下小的二段式阶梯轴结构，且该阶梯轴结构的轴肩处呈平滑过渡的弧锥面状构造，所述上盖与上连接头轴肩相配合的部分呈与之形状吻合的凹弧面状构造；
[0012]所述下夹持部包括由上而下依次同轴布置的下夹头和下连接头，所述下连接头与所述拉杆固接。
[0013]进一步的，所述上连接头和上夹头之间为螺纹连接，下夹头和下连接头之间为铰接。
[0014]优选的，所述控制组件包括控制器和用于远程控制的工控机，所述控制器和工控机双向通信连接；所述传感器包括用于测量氢气环境箱中氢气压力的压力传感器、分别测量试样上下两端温度的上热电偶和下热电偶、用于测量试样伸长量的位移传感器和用于测量试样载荷的载荷传感器，所述位移传感器、载荷传感器、压力传感器、上热电偶和下热电偶以及驱动功放均与控制器电联接。
[0015]优选的，所述主机加载框架包括自下而上设置的基座、工作台以及吊车，所述工作台和吊车均架设固定在基座上，所述氢气环境箱固设在工作台上；所述基座中设置有向拉杆施加载荷的加载驱动机构，所述加载驱动机构由依次相连的伺服电机、减速器和滚柱丝杠传动副构成，所述伺服电机与控制器电联接。
[0016]相对于现有技术，本发明的有益效果在于:
[0017]I)、本发明可实现对待测试样在载荷-高温-氢气环境三个方面交互作用下的性能测试功能。拉杆在加载驱动机构的拉动下作用于氢气环境箱内的待测试样，将加载驱动机构的载荷传递给试样，并通过载荷传感器测量载荷后输入控制组件，以实现对试样的给定波形加载；本发明通过电加热组件对氢气环境箱内部进行加热，通过热电偶测量试样温度并输入控制组件，以实现对试样的给定温度加热；本发明通过封闭的氢气环境箱以及箱体上的相应密封结构来形成密封空间，并通过供氢气管向该密封空间中充入氢气，通过压力传感器测量箱内氢气压力并输入控制组件，从而对试样形成给定压力的氢气环境。
[0018]本装置结构合理而可靠，其能够实现氢气环境下金属材料的蠕变性能、持久性能、以及拉-拉交变负荷疲劳性能测试。本发明通过增设在线加热结构，从而使氢气环境箱内的模拟环境更为符合实际的服役环境，其传热链短，加热速度与效率高，试验结果的准确性高，以最终为金属材料在复杂应力-高温与氢气环境交互作用下的实验研宄提供可用工具。
[0019]2)、本发明采用了内置式辐射加热方式，缩短了传热链，提高了加热速度与效率，可快速实现在线的指定温度调控，进一步的确保了服役环境的真实性。具体说来，本发明中的加热组件以具备特定的螺旋形孔路的马弗管，搭配可穿设于该螺旋线孔路上的加热电阻丝组成。之所以采用上述结构，则是考虑到对于试样的加热应当是均匀而有效的，仅采用单纯的电加热结构，显然难以满足上述需求。通过马弗管搭配加热电阻丝，加热电阻丝受热，传导至马弗管，经由马弗管内层管面发散，即可实现对于待测试试样的热量均匀辐射功能。
[0020]3)、本发明采用上-下两段加热电阻丝加热，两段电阻丝各自独立控制加热，相应的温度传感器即热电偶直接安装在试样有效区域上-下两端，从而进一步的保证加热区域的均温性，直至在氢气环境箱内形成高至600°C的高温环境。本发明的这种结构不但提高了试样有效区域加热的均匀性，同时也确保了其测温精度的高精确性。
[0021]4)、本发明中还设置有由金属隔热罩及隔热填料所形成的多层式隔热层结构，一方面保证了试样周围温度的高恒温性，以确保其模拟环境的真实效果，有利于提升测试数据的精确性；另一方面，由于氢气环境箱为可开启结构，一旦在实验完成后进行开箱操作时，隔热