用于氢气环境材料性能测试装置的密封摩擦力补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料性能测试方法技术领域，具体涉及一种用于氢气环境材料性能测试装置的密封摩擦力补偿方法。
【背景技术】
[0002]氢气环境材料性能测试装置是测试氢气环境材料性能、建立相应材料数据库、研宄氢损伤机理等的重要试验设备，研宄如何补偿该试验设备在试验过程中密封摩擦力对试样承受载荷测量的影响，提高试样承受载荷的测量精度对于材料性能测试装置具有重要意义。
[0003]目前常用的克服密封摩擦对试样承受载荷测量的影响的方法，是以长春机械科学研宄院有限公司为代表的，在测试仪出厂前测得密封摩擦力的平均值，并作为一恒定值写入控制器，在后续的试验中减去该恒定值。该方法不能反映试验状态(温度、加载波形、加载速率)变化以及密封圈老化等导致的摩擦力变化，因而精度不高，亟需改进。
【发明内容】
[0004]本发明的目的即为克服上述现有技术的不足，提供一种可以同时反映试验状态变化以及密封圈老化等导致的摩擦力变化，并能用于交变加载试验的密封摩擦力补偿方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0006]一种用于氢气环境材料性能测试装置的密封摩擦力补偿方法，其包括如下步骤:
[0007]S1、不装夹试样，按试验要求设定测试仪参数，包括温度与载荷；
[0008]S2、开始试验，测得载荷曲线即为密封摩擦力曲线；
[0009]S3、装夹试样，按试验要求设定测试仪参数，包括温度与载荷；
[0010]S4、进行试验，测得载荷曲线即为合载荷曲线；
[0011]S5、将S2中得到的密封摩擦力曲线按照S4中的合载荷曲线进行周期扩展，然后从S4的合载荷曲线中减去扩展后的密封摩擦力曲线，即得到试样承受载荷曲线。
[0012]优选的，所述氢气环境材料性能测试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加持部，所述拉杆穿过氢气环境箱与所述下加持部固接，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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]优选的，所述金属隔热罩与马弗管之间还布置有隔热填料。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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；
[0019]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。
[0020]进一步的，所述上连接头和上夹头之间以及下夹头和下连接头之间均为铰接，且连接上连接头和上夹头之间的铰接轴与连接下夹头和下连接头之间的铰接轴的轴线彼此垂直设置。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]相对于现有技术，本发明的有益效果在于:
[0024]I)、本发明所提出的摩擦力测量方法，不但可以适用于单向拉伸加载性能测试时的反应温度、气体压力、密封圈老化对密封摩擦力的补偿，也而且特别适用于反应交变载荷等多种因素对密封摩擦力的补偿。由于在不装夹试样时的所测得密封摩擦力曲线更加贴近材料性能测试时的实际状态，因而本发明中的补偿方法大大提高了摩擦力测量精度。
[0025]2)、本发明创造性的将摩擦力作为变化量来补偿合载荷曲线以得到试样承受载荷曲线，相对于现有技术中将摩擦力作为常量来补偿测得载荷以得到试样承受载荷，本发明中的测试方法极大地提高了试样载荷的测量精度。
[0026]3)、本发明中的测试装置可实现对待测试样的载荷-高温-氢气环境三个方面的综合测试功能。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。
[0027]本测试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