专利名称：一种低温拉伸试验的低温试验系统的制作方法
技术领域：
本发 明涉及一种在常压下能够在工作温度为-100°c --196°C的范围内调节温度的低温拉伸试验系统，用于在一定的低温下进行金属棒状试样的拉伸。
背景技术：
在现有的技术中，(TC至-100°c的温度控制可以通过酒精与液氮的混合溶液获得。而要实现-100°c--196°C温度范围内，最方便经济的方法就是利用常压液氮的低温和气化潜热。例如通过小型步进电机，调节样品在液氮容器上方低温空间内的位置使样品达到要求的低温。这种方法调节比较灵活方便，其缺点是液氮容器敞开，耗液量大，能够承受的样品质量小，不能实现长时间的大量样品的保存和试验等。另外，可以通过腔内的快速降温，但是主要问题是控制液氮喷射的低温电磁阀价格较贵，并且使用中容易失灵；温度测量滞后较严重；通过喷射这种脉冲动作，在一段时间内保持某一恒定温度区间较为困难；液氮消耗量大等。随着医学和科技水平的不断提高，对低温恒温箱的温度调节范围和恒温控制精度要求也更加高。上述方法难以满足样品数量大、温度稳定度好、恒定时间长等要求。专利号为722154. 6的使用新型专利“液氮气体浴低温处理装置”是利用低温处理箱中液氮蒸发出的低温氮气浴冷却金属零件。该处理装置，温度可以达到_196°C附近。主要缺点是处理箱内的温度不能调节，以及采用普通绝热材料层，液氮损耗较大1。专利号为00127813. 4的发明专利“低损耗液氮低温箱”是由液氮贮槽、可调距传热腔、样品腔、玻璃钢调距螺杆、高真空多层绝热材料、玻璃钢支承、液位计及测温装置等组成。通过调节传热腔的传热间距，即样品腔下表面与液氮贮槽间的距离，改变样品腔内的温度。另外，液氮贮槽中的低温氮气，可根据样品腔内降温速率及温度分布需要，喷入样品腔或排空。这项发明的特点是样品腔内温度在_150°C至_190°C内调节，能够进行温度控制，且在低温箱内填充了高真空多层绝热材料，液氮的消耗量不大。但是，与本发明相比存在温度调节区间小，温度控制不灵敏等缺点。在材料强度领域广泛采用的五大性能指标中，有四个(σ s、σ b、δ、φ)是通过光滑试样的拉伸试验来获得，其中屈服点σ s除了用于设计计算外，对于理论研究也有很大用处。而材料在低温下的力学性能的测试，由于试验设备，条件的限制一直不能获得良好的数据资料。目前，由于传统的技术多为利用液氮等一些液态的安全气体作为低温介质。液氮温度大概在零下196°C，而如要获得零下100°C左右的温度，就需要液氮与其他室温溶液配t匕，来获得合适的温度。但是零下140至液氮温度附近区间是一个盲区，目前可以选用石油醚与液氮进行配比获得此区间的温度，但是由于石油醚的高危险性，所以一般不建议使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温拉伸试验的低温试验系统，利用液氮所产生的低温氮气的低温风洞原理来控制整个系统的温度，具有精确，安全，高效的特点。
本发明所述的一种低温拉伸试验的低温试验系统，工作温度为-100°C -196°C,其特征在于整个系统分为六大部分(a)低温气体发生装置，由液氮储罐与氮气瓶组成；(b)气体控温系统，由两组网状加热器组成；(C)测温系统，由5个控温探头组成；(d)低温风道；(e)预冷室；(f)拉伸工作室；氮气瓶出口的连接管通过气流控制阀通入液氮储罐的底部，液氮储罐的出口通过低温风道分别与预冷室和拉伸工作室联通，两组网状加热器垂直位于低温风道分叉前的风道中，3个控温探头分别设置在两组网状加热器中及两侧的低温风道中，2个控温探头分别设置在预冷室和拉伸工作室内；拉伸工作室是一个筒体式结构，底部和侧壁填置有高真空绝热材料，在上盖板和底部配有上夹头和下夹头，分别与拉伸机的上夹头和下两个夹头连接配合，低温拉伸工作室的的上下两个夹头选用调质处理后中碳钢，低温箱内壁，选用9Ni钢，内径与棒状试样相配合。
整个发明的原则就是(I)能够保证对温度的精确控制；(2)保证整个系统具有良好的绝热性能，否则无法保证低温试验的进行。发明的效果本发明最直接的效果就是能够利用本低温系统进行低温拉伸试验。在绝热性能良好的情况下，考虑整个系统的一定热量损失，能够保证在低温拉伸工作室中获得-100°C —196°C的稳定工作区间。
图I低温拉伸系统简图。其中1，氮气瓶，2，液氮储罐，3，低温风道，4-1，网状加热器，4-2，网状加热器，5，预冷室，6，拉伸工作室，7，气流控制阀，8，高真空绝热材料，9，上夹头，10,棒状试样，11，下夹头，12-1，控温探头，12-2，控温探头，12-3，控温探头，12-4,控温探头，12-5,控温探头，13，上盖板，14，低温箱内壁。
具体实施例方式整个系统如图I中所示(a)低温气体发生装置，由液氮储罐与氮气瓶组成；(b)气体控温系统，由两组网状加热器组成；(C)测温系统，由5个控温探头组成；(d)低温风道；(e)预冷室；(f)拉伸工作室；氮气瓶I出口的连接管通过气流控制阀7通入液氮储罐2的底部，液氮储罐的出口通过低温风道3分别与预冷室5和拉伸工作室6联通，两组网状加热器4-1、4-2垂直位于低温风道分叉前的风道中，3个控温探头12-1、12-2、12-3分别设置在两组网状加热器中及两侧的低温风道中，2个控温探头12-4、12-5分别设置在预冷室和拉伸工作室内；拉伸工作室是筒体式结构，底部和侧壁填置有高真空绝热材料8，在上盖板13和底部配有上夹头9和下夹头11，分别与拉伸机的上夹头和下两个夹头连接配合，低温拉伸工作室的的上下两个夹头选用调质处理后中碳钢，低温箱内壁14，选用9Ni钢，内径与棒状试样10相配合。首先，打开气流控压阀7，控制氮气的压力使得室温温度的氮气以合理的流量从氮气瓶I通入液氮储罐2的底部。合理的控制氮气流量,会使得液氮储罐中的液氮以气态形式沿着低温风道3从液氮储罐中流出。从液氮储罐中流出的氮气首先经过控温探头12-1，测得相应的气体温度Tl。然后经过第一道网状加热器4-1，并通过控温探头12-2，测得气体温度T2。低温气体继续经过第二道网状加热器4-2，并通过控温探头12-3，测得气体温度Τ3。随后Τ3温度的气体分为两路，一路进入预冷室，5，一路进入拉伸工作室6中。在预冷室与拉伸工作室中，分别还有两个测温探头12-4、12-5，测得的预冷室的温度为Τ4和拉伸工作室的温度为Τ5。低温拉伸工作室的的上下两个夹头9，11，可选用中碳钢调质处理后使用。低温箱内壁14，选用液氮储罐常用材料9Ni钢制造，内径不宜太大，应与棒状试样10配合为宜。因为太大的内径会导致温度不易稳定而且会增大液氮的消耗量。具体实施例，进行_150°C的试样拉伸试验。打开氮气控压阀向液氮储罐中通入常温氮气，调节两道网状加热器至合适功率(具体调节方法主要参考测温探头温度的测量)。 测得Ti温度为-193°c，T2温度为-175°c，T3温度为_158°C，T4温度为_153°C，T5温度为-149°C _151°C范围内波动。本系统主要以T5温度为主控温度，其他探头温度，以T5温度为主。其中，由于T4温度为预冷室温度，没有具体严格的限制，允许有一定上下浮动。关于装夹随着整个系统温度趋于稳定，用特制卡钳将已经预冷过的一个试样从预冷室中取出，首先装配到9上夹头上，打开13低温拉伸工作室的上盖板，拿着上夹头连同试样装夹到11下夹头上。盖好13上盖板。然后再将上下夹头分别装配到拉伸机的夹头上。观察测温探头12-5，当T5温度处于-149°C -151 °C范围内波动的动态稳定时，可立即开始拉伸试验。关于卸夹试样在断裂后分为两部分。首先，卸去上夹头与其连同的前一半试样。然后，打开上盖板，利用特制的钳子拧下另一半试样。然后重复之前的步骤继续做下一组试样。
权利要求
1.一种低温拉伸试验的低温试验系统，工作温度为-100°C --196°C，其特征在于整个系统分为六大部分(a)低温气体发生装置，由液氮储罐与氮气瓶组成；(b)气体控温系统，由两组网状加热器组成；(C)测温系统，由5个控温探头组成；(d)低温风道；(e)预冷室；(f)拉伸工作室；氮气瓶出口的连接管通过气流控制阀通入液氮储罐的底部，液氮储罐的出口通过低温风道分别与预冷室和拉伸工作室联通，两组网状加热器垂直位于低温风道分叉前的风道中，3个控温探头分别设置在两组网状加热器中及两侧的低温风道中，2个控温探头分别设置在预冷室和拉伸工作室内；拉伸工作室是一个筒体式结构，底部和侧壁填置有高真空绝热材料，在上盖板和底部配有上夹头和下夹头，分别与拉伸机的上夹头和下两个夹头连接配合，低温拉伸工作室的的上下两个夹头选用调质处理后中碳钢，低温箱内壁，选用9Ni钢，内径与棒状试样相配合。
2.一种低温拉伸试验的方法，其特征在于根据权利要求I所述的低温试验系统，首先，打开气流控压阀(7)，控制氮气的压力使室温温度的氮气以合理的流量从氮气瓶(I)通入液氮储罐(2)的底部，液氮储罐中的液氮以气态形式沿着低温风道(3)从液氮储罐中流出；从液氮储罐中流出的氮气首先经过控温探头(12-1)，测得相应的气体温度Tl，然后经过第一道网状加热器(4-1)，并通过控温探头(12-2)，测得气体温度T2，低温气体继续经过第二道网状加热器(4-2)，并通过控温探头(12-3)，测得气体温度T3，随后T3温度的气体分为两路，一路进入预冷室(5)，一路进入拉伸工作室(6)中，在预冷室与拉伸工作室中，分别还有两个测温探头(12-4)、(12-5)，测得的预冷室的温度为T4和拉伸工作室的温度为T5，当T5温度处于-100°C —196°C范围时，开始拉伸试验。
全文摘要
本发明涉及一种低温拉伸试验的低温试验系统，氮气瓶连接管通过气流控制阀通入液氮储罐的底部，液氮储罐通过低温风道分别与预冷室和拉伸工作室联通，两组网状加热器垂直位于低温风道分叉前的风道中，3个控温探头分别设置在两组网状加热器中及两侧的低温风道中，2个控温探头分别设置在预冷室和拉伸工作室内；拉伸工作室底部和侧壁填置有高真空绝热材料，在上盖板和底部配有上夹头和下夹头，分别与拉伸机的上夹头和下两个夹头连接配合，低温拉伸工作室的上下两个夹头选用调质处理后中碳钢，低温箱内壁，选用9Ni钢，内径与棒状试样相配合；能够保证在低温拉伸工作室中获得-100℃--196℃的稳定工作区间。
文档编号G01N3/18GK102818731SQ20111015627
公开日2012年12月12日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者熊庆人, 霍春勇, 赵文轸, 孙良, 吉玲康 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所