一种长时连续工作蠕变持久试验机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属金属材料力学性能特别是10万小时以上长时连续蠕变持久性能测试分析领域，具体涉及一种长时连续工作蠕变持久试验机。
【背景技术】
[0002]固体材料在一定温度下，保持应力不变时，应变随时间延长而增加的现象称为蠕变。材料的蠕变行为是时间、应力、温度共同作用的结果，只要作用的时间足够长，蠕变在应力远小于弹性极限时也能出现。同样，材料的蠕变行为在低温下也会发生，但只有达到一定的温度才能变得显著，该温度称为材料的蠕变温度。各种金属材料的蠕变温度约为0.3Tm(Tm为熔化温度，以热力学温度表示)，对于一些低熔点金属如铅、锡等，温室下就会发生蠕变。因此，对于能源、石油化工、航空航天领域长时高温受载条件下工作的构件，蠕变损伤是其主要的失效形式，材料的蠕变寿命是材料研发、构件设计、寿命预测和可靠性评估必须参考的基本高温力学性能之一。
[0003]1905年英国菲利普斯(F.Philips)首先观察到金属丝的蠕变现象，1910年英国安德雷德(E.N.da C.Andrade)实验证实几种纯金属也具有相同的蠕变特点，但直到1922年英国迪肯森(Dickenson)发表了钢的婦变试验结果后，人们才开始认识到高温承载下金属构件均会发生蠕变，尽管其所承受的应力要比该温度下构件材料的屈服强度低得多，蠕变试验研究从此受到重视。早期研究发现，在一定的温度和应力作用下，金属材料的蠕变变形随时间的延长而增加，研究者根据其建立起了蠕变变形和时间的关系曲线。随后，又发展了材料在一定温度下应力与时间的关系曲线，及蠕变断裂曲线(我国称持久强度曲线)，并将105h蠕变断裂时所对应的应力，称为材料的蠕变断裂强度或持久强度极限，规定其为高温结构材料设计的依据。
[0004]持久强度极限是衡量高温结构材料长时应力作用下抗塑性断裂能力的一种高温强度特性指标，其作为结构材料高温性能评价和高温部件设计时材料选择标准对工程材料的设计和使用有着非常重要的工程意义。但在20世纪30年代，材料一定温度下的蠕变断裂试验不可能连续进行105h，材料的持久强度极限很难通过试验实测获得。因此，20世纪50年代起，研究者陆续提出了各种高温结构材料持久强度外推方法，这些就是高温结构材料寿命评估技术的原型。随着科学技术的不断发展，大量105h甚至2 X 105h蠕变断裂数据的出现，科研尤其是工程技术人员对外推方法进行了不断的检验、分析总结和优化，形成了现有的高温结构材料蠕变寿命评估方法体系:持久强度模型(等温外推模型，时间-温度参数模型，Robinson寿命消耗模型)、蠕变变形模型(Θ预测法，蠕变曲线外推)以及基于断裂力学的蠕变损伤开裂和裂纹扩展模型。等温外推模型属经验公式，只适用于蠕变过程中不存在组织结构变化的情况，可靠性非常低。
[0005]2009年我国颁布实施的“中华人民共和国电力行业标准DL/T 654-2009:火电机组寿命评估技术导则”中对火力发电机组中的涉及蠕变的高温部件推荐使用的寿命评估技术方法为: 1)等温外推法；
2)L-M参数法；
3)θ预测法。
[0006]但是由于国内缺乏长时蠕变持久试验数据和合理的温度加速试验设计，材料的寿命评估技术还是以单纯的可靠性较低的等温外推法为主，而且DL/T 654-2009中规定的外推寿命是最短试验时间的10倍，远低于国际标准3倍的要求，导致构件寿命预测的可靠性非常低，经常会出现:
1)构件的预测寿命高于其运行时间；
2)预测寿命低于其真实运行时间的情况。
[0007]第一种情况会导致工程事故，第二种情况出现时，还需要对构件的寿命进行新一轮寿命Π级评估，即:在监督管道割管取样，开展已服役材料蠕变持久试验，重新进行构件的剩余寿命评估，试验资源浪费极大。因此，进行能源、石油化工、航空航天等关键领域高温结构材料10万小时以上长时蠕变持久性能测试，开展构件持久寿命评估方法研究，开发高精度、可靠的金属材料长时寿命外推计算系统，对我国关键领域高温部件的安全评估，关键部件材料的开发使用有着非常重要的意义。
[0008]蠕变持久试验机主机由加载系统、加热系统、测量与控制系统构成。机械式蠕变持久试验机加载方式为纯机械式的砝码加载，正常工作状态下不会出现故障；测量与控制系统依靠系统冗余设计、在线更换等方案也能够实现连续10万小时以上的工作寿命。试验机10万小时以上工作过程，最可能出现故障是加热炉的故障，而且该故障引起的试验误差具有不可恢复性，因此，蠕变持久试验机试验过程中如果加热炉发生故障，能够在标准允许的温度偏差内完成加热炉的快速更换，是保证蠕变持久试验机长时连续工作的关键。
【发明内容】
[0009]本发明提出一种长时连续工作蠕变持久试验机，该试验机通过蠕变持久加载主机电动部件双功能冗余设计、加热炉双炉丝设计以及加热炉故障更换设备，能够在蠕变持久试验机发生故障时，保证蠕变持久试验机的10万小时及以上的长时连续工作寿命。
[0010]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种长时连续工作蠕变持久试验机，所述试验机包括:长寿命设计机械式蠕变持久加载主机、加热炉故障更换设备与双炉丝加热炉，所述长寿命设计机械式蠕变持久加载主机电器部件采用双功能冗余设置，保证加载机构的长时连续工作，所述双炉丝加热炉分为试验加热炉和备用加热炉，所述试验加热炉设置于长寿命设计机械式蠕变持久加载主机上，所述备用加热炉设置于所述加热炉故障更换设备上，所述加热炉故障更换设备通过备用炉车、托架、导轨等的定位设计，在加热炉发生故障时在标准允许的温度偏差内完成加热炉的更换，保证加热炉的长时连续工作。
[0011 ]进一步的，所述长寿命设计机械式蠕变持久加载主机包括:主机框架、调平机构，所述调平组件包括调平开关和杠杆调平装置，所述调平开关设置于所述主机框架顶部，所述杠杆调平装置设置于所述主机框架底部，所述调平开关为杠杆调平装置的控制系统，所述调平开关包括光电开关和机械开关。
[0012]进一步的，所述加热炉故障更换设备包括:试验炉组件、备用炉组件与保温装置。
[0013]进一步的，所述试验炉组件包括:炉架、第一导轨、第一炉座、炉车定位扣，所述炉架设置于所述主机框架上，所述第一导轨设置于所述炉架上，所述第一炉座设置于所述第一导轨上并与所述第一导轨配合实现平移滑行，所述炉车定位扣设置于所述主机框架上用于与所述备用炉组件连接。
[0014]进一步的，所述备用炉组件包括:备用炉车、升降台、升降手柄、第二导轨、第二炉座与炉车定位杆，所述备用炉车下方设有行走轮，所述升降手柄与升降台设置于所述备用炉车一侧，所述升降手柄控制所述升降台的升降，所述第二导轨设置于所述升降台上，所述第二炉座设置于所述第二导轨上并与所述第二导轨配合实现平移滑行，所述炉车定位杆设置于所述备用炉车一侧与试验炉组件的炉车定位扣连接以固定炉车。
[0015]进一步的，所述保温装置设置于加热炉上、下两端。
[0016]进一步的，所述双丝加热炉分别设置于所述第一炉座和第二炉座上，所述双丝加热炉炉体为对开式结构并可沿中线分为两半圆筒状结构，所述加热炉包括:炉盖、端盖、炉壳、对开机构、炉管、炉丝组件和炉衬，所述炉盖为半圆形，所述炉壳上下两端均设置所述炉盖，所述端盖固定于所述炉盖上，所述炉衬包覆于所述炉管内侧，所述炉壳包覆于所述炉衬表面，所述炉丝组件与所述炉管连接；
所述对开机构包含把手、锁扣、折页、轴套、折页轴，所述折页将两个半圆柱炉体连为一体，所述轴套安装在折页上，所述折页轴插入所述折页上的轴套中，所述把手和锁扣把手安装于相反于所述折页一侧的炉壳上。
[0017]进一步的，所述炉管包含外马弗管和内马弗管，所述外马弗管安