用于力學試驗機的真空密封結構及其安裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于力學試驗機的真空密封結構及其安裝方法，該真空密封結構包括波紋管（6），所述波紋管（6）下端密封連接在試驗機拉伸桿（11）的支撐盤（3）上，上端與真空箱連通并密封連接在真空箱外壁。該真空密封結構采用波紋管將試驗機和真空箱密封連接，將試驗機的拉伸桿密封在波紋管內(nèi)，并與真空箱連通，可避免試樣測試時被氧化而生成氧化膜、影響高溫力學數(shù)據(jù)準確性的狀況，且本發(fā)明與試驗機的連接方式對拉伸桿上的力傳感器不會造成影響，保證了力學數(shù)據(jù)的可靠性；本發(fā)明還為獲得更接近實際工作情況的力學性能奠定了基礎。
【專利說明】 用于力學試驗機的真空密封結構及其安裝方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及材料性能測試裝置技術，尤其涉及一種用于力學試驗機的真空密封結構及其安裝方法。

【背景技術】
[0002]拉伸試驗機、蠕變試驗機、壓縮試驗機等力學試驗機一般用于測試材料的力學性能，材料的部分力學性能為高溫力學性能，如強度、變形等數(shù)據(jù)，測試這類數(shù)據(jù)時，需要提供高溫的實驗環(huán)境。
[0003]而材料在高溫環(huán)境中容易發(fā)生氧化，生成氧化膜，不利于正確評估材料的力學性能。因此，為防止材料在高溫下氧化，獲得良好的力學性能，一般需要將材料置于真空或惰性氣體保護狀態(tài)，保證材料在加熱的同時不被氧化。目前，在材料測試領域還沒有為力學試驗機提供連接在力學試驗機與真空裝置之間的真空或惰性氣體保護環(huán)境的裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題就在于:針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明提供一種用于力學試驗機的真空密封結構，該真空密封結構可與力學試驗機配套并連接真空箱等環(huán)境設備，為材料提供密封的試驗環(huán)境，本發(fā)明還提供了該真空密封結構的安裝方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的用于力學試驗機的真空密封結構，包括波紋管，所述波紋管下端密封連接在試驗機拉伸桿的支撐盤上，上端與真空箱連通并密封連接在真空箱外壁。此處，波紋管上端與真空箱連通是指，波紋管連接在真空箱通孔四周，將通孔包圍在波紋管內(nèi)。本方案的真空密封結構可以與拉伸試驗機、蠕變試驗機、壓縮試驗機等多種常規(guī)力學試驗機配套使用，該真空密封結構采用波紋管將試驗機和真空箱密封連接，將試驗機的拉伸桿密封在波紋管內(nèi)，并與真空箱連通，通過真空箱提供真空或惰性氣體保護環(huán)境，可避免試樣測試時被氧化而生成氧化膜、影響高溫力學數(shù)據(jù)準確性的狀況，并為獲得更接近實際工作情況的力學性能奠定了基礎，本方案的真空密封結構的使用，可大大簡化力學試驗機與真空箱等環(huán)境設備的連接；此外，采用波紋管密封，波紋管能夠以其自身優(yōu)良的延伸性能隨著拉伸桿的移動而運動，保證了試驗機拉桿的運動空間?，F(xiàn)有技術中，暫無為力學試驗機提供連接在力學試驗機與真空裝置之間的真空或惰性氣體保護環(huán)境，僅采用整體式的真空箱將試驗機的拉伸桿、傳感器等裝置整體包覆在箱體內(nèi)，發(fā)明人在長期的工作實踐中發(fā)現(xiàn)，這種采用整體包覆方式進行密封時無法進行較高溫度的高溫拉伸試驗，尤其是溫度高達六七百度后，被包覆在真空箱內(nèi)的傳感器，如力、變形傳感器等使用溫度會超過儀器的使用極限，使用環(huán)境明顯受限。鑒于此，發(fā)明人提出了本發(fā)明的真空密封結構，該真空密封結構使用的波紋管可以采用大尺寸焊接波紋管將力學試驗機拉伸桿與真空箱通孔密封在波紋管內(nèi)，創(chuàng)造真空環(huán)境，波紋管卡持在力學試驗機拉伸桿上傳感器的外側，不會對力學數(shù)據(jù)采集造成影響，這樣既使得力學試驗方便操作、觀察，又能保證力學數(shù)據(jù)的準確性；本方案利用波紋管將傳感器等其他裝置置于真空箱外，遠離高溫端，傳感器的使用不會受到高溫影響，因此其可以用于各種高溫環(huán)境。
[0006]作為本發(fā)明的進一步改進，所述波紋管通過第一卡盤固定在支撐盤上，波紋管下端焊接在第一卡盤上端，第一卡盤固定在支撐盤上，所述第一卡盤與支撐盤之間還設置有第一密封圈。本方案中，第一卡盤中心設置有供試驗機拉伸桿穿過的通孔，波紋管焊接在第
--^盤上端，使用時將卡盤固定在支撐盤上即可，拆卸更加方便，此外，第--^盤和支撐盤之間還設置有第一密封圈，進一步加強密封效果。本方案中，第一卡盤優(yōu)選固定在支撐盤的上方，也可以從支撐盤的下方或側面固定在支撐盤上，其中，固定在支撐盤下方時，波紋管和第 ^盤的直徑應大于支撐盤，便于密封的時候?qū)⒅伪P也密封在波紋管內(nèi)；固定在支撐盤側面時，第一卡盤中心的通孔形狀和大小與支撐盤相同，固定時，將支撐盤卡入通孔中并采用密封圈密封即可。
[0007]進一步，所述第一卡盤通過第二卡盤和緊固件一固定在支撐盤上，第一卡盤設置在支撐盤上端、第二卡盤設置在支撐盤下端，第一卡盤和第二卡盤通過緊固件一固定連接。本方案中，第二卡盤中心也設置有通孔，且第二卡盤和第一卡盤均至少有相對的兩個邊沿到試驗機拉伸桿中心的距離大于支撐盤外徑，使得固定時只需要采用緊固件一將第一卡盤和第二卡盤相向擰緊壓緊密封圈即可，而無需在支撐盤上進行開固定孔等改進，這樣波紋管直接與力學試驗機拉伸桿的支撐盤連接，但不對支撐盤進行任何改進或破壞，也不引入多余的固定件，這種與試驗機的連接方式對拉伸桿上的力傳感器不會造成影響，保證了力學數(shù)據(jù)的可靠性。本方案中，緊固件一優(yōu)選為緊固螺釘，也可以采用螺栓等其他常用緊固件。本方案中，發(fā)明人基于上述波紋管與試驗機拉伸桿的固定方式設計了本方案中的通過兩個卡盤固定并加設密封圈的方案，經(jīng)過發(fā)明人反復試驗檢測得出，上述在拉伸桿支撐盤上進行固定的方式使第一卡盤、第二卡盤等連接部件處于拉伸桿下端力學傳感器的外側，不會對收集垂直力學數(shù)據(jù)的力學傳感器造成影響。本方案的上述固定方式避免了將連接部件與拉伸桿的連接點(例如焊接)設置在力學試驗機拉伸桿等部位上，以避免對力學傳感器造成影響；同時也不采用密封圈、0環(huán)在力學試驗機拉伸桿上實現(xiàn)動密封的方式，以避免動密封方式引入摩擦等因素影響拉伸桿上力學傳感器的數(shù)據(jù)準確性，同時也能避免密封圈、0環(huán)動密封在高溫環(huán)境下失效的問題。
[0008]進一步，所述第一卡盤和第二卡盤為圓環(huán)形卡盤，且第一卡盤和第二卡盤的外徑均大于支撐盤的外徑。本方案中，采用兩個圓環(huán)形卡盤將波紋管固定在支撐盤上，取材更加方便、拆卸也更容易，兩個圓環(huán)形固定盤可采用金屬材質(zhì)固定盤，便于波紋管的焊接。
[0009]進一步，所述第一卡盤下端靠近內(nèi)徑處開有放置第一密封圈的環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽的圓心與支撐盤的圓心重合，本方案中，將凹槽及其內(nèi)的密封圈設置在第一卡盤下端內(nèi)徑處，可以使得第一卡盤、支撐盤和拉伸桿取得更好的密封效果。
[0010]進一步，所述波紋管上端設置有不帶波紋的平直連接段，該平直連接段與真空箱相連通，且密封連接在真空箱下壁上。平直連接段與真空箱相連通，便于采用真空泵抽走波紋管內(nèi)的空氣，平直連接段上端與真空箱下壁密封連接時，將真空箱下壁的用于與波紋管連通的通孔包圍其中，即平直連接段密封連接在真空箱下壁的通孔四周。本方案中，平直連接段主要用于連接波紋管和真空箱，為便于該真空密封結構可適用于多種力學試驗機，波紋管與真空箱最好在需要時才連接使用，因此其與真空箱的連接最好為可拆卸連接，而波紋管與真空箱直接連接且實現(xiàn)密封就很難做到可拆卸連接，因此本方案中在波紋管上設置平直連接段，再將平直連接段上端與真空箱密封連接，以非常簡單巧妙的方式實現(xiàn)了密封連接和可拆卸。此外，為了便于波紋管的連接，本方案中波紋管密封連接在真空箱下壁上，避免波紋管產(chǎn)生彎折。
[0011]進一步，所述平直連接段外還設置有一個固定卡套，該固定卡套通過緊固件二固定在真空箱下壁上，平直連接段、真空箱下壁、固定卡套連接處通過第二密封圈密封。本方案中，波紋管上端的平直連接段被固定卡套卡緊，而固定卡套則通過緊固件二固定在真空箱下壁，并采用密封圈密封，從而使波紋管與真空箱等環(huán)境設備的直接連接，排除了多余連接件的密封干擾。在使用時，波紋管可以依靠其自身優(yōu)良的延伸性能隨著拉伸桿的移動而運動。本方案中，緊固件二優(yōu)選為緊固螺釘，也可以采用其他常用緊固件。此處，采用固定卡套將平直連接段與真空箱下壁固定連接，便于拆卸，而且可以與不同的真空箱配合，通用性強，同時也防止了焊接連接對真空箱和波紋管造成的影響。
[0012]用于力學試驗機的真空密封結構的安裝方法，包括以下步驟:
(一)將波紋管下端焊接在第一卡盤上；
(二)將第一密封圈放置在第一卡盤的環(huán)形凹槽內(nèi)，將第一卡盤置于支撐盤上端、第二卡盤置于支撐盤下端，采用緊固件一將第一卡盤和第二卡盤固定，壓緊第一密封圈；
(三)將平直連接段上端卡進固定卡套內(nèi)，并將平直連接段和固定卡套的上端放置在真空箱下壁的通孔四周，在平直連接段、真空箱下壁、固定卡套連接處放置第二密封圈，并采用緊固件二將固定卡套固定在真空箱下壁上并壓緊第二密封圈。本步驟中，平直連接段和固定卡套的上端放置在真空箱下壁通孔四周是指平直連接段的上端將通孔包圍其中，固定卡套的上端卡在平直連接段外，這樣可使得波紋管與真空箱通過通孔連通，且真空箱下壁、平直連接段上端、固定卡套上端通過密封圈密封連接，使得波紋管與真空箱實現(xiàn)密封連接。
[0013]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果:
1、本發(fā)明可以與拉伸試驗機、蠕變試驗機、壓縮試驗機等多種常規(guī)力學試驗機配套使用，該真空密封結構采用波紋管將試驗機和真空箱密封連接，將試驗機的拉伸桿密封在波紋管內(nèi)，并與真空箱連接，可避免試樣測試時被氧化而生成氧化膜、影響高溫力學數(shù)據(jù)準確性的狀況，并為獲得更接近實際工作情況的力學性能奠定了基礎；
2、本發(fā)明將波紋管直接與力學試驗機拉伸桿的支撐盤連接，不引入多余的固定件，其與試驗機的連接方式對拉伸桿上的力傳感器不會造成影響，保證了力學數(shù)據(jù)的可靠性；
3、本發(fā)明通過在波紋管上設置平直連接段和使用固定卡套使波紋管與真空箱等環(huán)境設備的直接連接，排除了多余連接件的密封干擾；
4、本發(fā)明的波紋管上下兩端還采用密封圈密封，密封效果好；
5、本發(fā)明與力學試驗機和真空箱的連接為可拆卸連接，拆卸容易、使用方便、通用性強；
6、本發(fā)明中，采用波紋管密封，波紋管能夠以其自身優(yōu)良的延伸性能隨著拉伸桿的移動而運動，保證了試驗機拉桿的運動空間；
7、本發(fā)明的真空密封結構能夠支持各種試驗機及其配套傳感器等裝置用于各種高溫環(huán)境中進行拉伸試驗，不受環(huán)境限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0015]圖例說明:1、第一卡盤；2、第二卡盤；3、支撐盤；4、第一密封圈；5、緊固件一；6、波紋管；7、固定卡套；8、真空箱下壁；9、第二密封圈；10、緊固件二；11、拉伸桿。

【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不僅限于此。
[0017]【實施例1】
如圖1所示，用于力學試驗機的真空密封結構，包括波紋管6，所述波紋管6下端密封連接在試驗機拉伸桿11的支撐盤3上，上端與真空箱連通并密封連接在真空箱外壁。波紋管6的長度根據(jù)試驗機的行程以及試驗量程設計，波紋管6的壁厚盡量薄，以提高其延展性，使得波紋管6依靠其自身優(yōu)良的延伸性能隨著拉伸桿11的移動而運動。
[0018]本實施例中，波紋管6下端密封連接在支撐盤3上的實現(xiàn)方式如下:波紋管6下端通過第—^盤1固定在支撐盤3上，第--^盤6形狀可以為圓形、正方形、梯形或其他任意形狀，其中心設置有供試驗機拉伸桿11穿過的通孔，第一卡盤1上端采用焊接的方式連接波紋管6，下端固定在支撐盤3上，且第一卡盤1與支撐盤3之間還設置有第一密封圈4。本實施例中，第一卡盤1固定在支撐盤3上有以下3種固定方式，可以采用任一種方式固定:
(1)第一^^盤1固定在支撐盤3的上方:該種方式僅要求第一^^盤1面積足以支持將波紋管6全部焊接其上，可采用緊固螺釘將第一卡盤1固定在支撐盤3上；
(2)第一卡盤1固定在支撐盤3的下方:此時，要求波紋管6的直徑、第一卡盤1均應大于支撐盤3，便于密封的時候?qū)⒅伪P3也密封在波紋管6內(nèi)，可采用緊固螺釘將第一卡盤1固定在支撐盤3上，緊固螺釘?shù)臄Q緊與旋松只能從第一卡盤1的下方進行操作；
(3)第一卡盤1固定在支撐盤3的側面:要求第一卡盤1中心的通孔形狀和大小與支撐盤3相同，固定時，將支撐盤3卡入第一卡盤1中心的通孔中并采用密封圈密封，緊固螺釘設置在第一卡盤3側面。
[0019]上述固定方式中，第--^盤1固定在支撐盤3上即可，拆卸方便，此外，第--^盤1
和支撐盤3之間還設置有第一密封圈4，進一步加強密封效果。
[0020]波紋管6上端與真空箱連通并密封連接在真空箱外壁的實現(xiàn)方式如下:波紋管6上端設置有不帶波紋的平直連接段，該平直連接段密封連接在真空箱下壁8的通孔四周，將通孔包圍其中，從而與真空箱相連通。
[0021]【實施例2】
本實施例中用于力學試驗機的真空密封結構，包括波紋管6，波紋管6通過第一卡盤1和第二卡盤2固定在支撐盤3上，第—^盤1和第二卡盤2為金屬圓環(huán)狀卡盤，且第—^盤1和第二卡盤2的外徑均大于支撐盤3的外徑，其中:第一卡盤1設置在支撐盤3上端、第二卡盤2設置在支撐盤3下端，第一卡盤1和第二卡盤2通過緊固螺釘固定連接，所述第一卡盤1下端內(nèi)徑處開有一圈環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽的圓心與支撐盤3的圓心重合且環(huán)形凹槽的橫截面為梯形，該環(huán)形凹槽用于放置第一密封圈4，緊固螺釘將第一卡盤1和第二卡盤2相向擰緊時會壓緊第一密封圈4，從而起到在拉伸桿11處進行密封的作用。本實施例中，波紋管6上端與真空箱的連接方式與實施例1相同。
[0022]【實施例3】
在實施例1或?qū)嵤├?的基礎上，本實施例中，波紋管6上端的平直連接段外還設置有一個圓筒狀的固定卡套7，該固定卡套7將波紋管6上端的平直連接段卡在其中，平直連接段、固定卡套7的上端通過緊固螺釘固定在真空箱下壁8的通孔外沿處，且平直連接段、真空箱下壁8、固定卡套7連接處設置有第二密封圈9。緊固螺釘將固定卡套7固定在真空箱下壁8時，將平直連接段也固定在真空箱下壁8，還將第二密封圈9壓緊，實現(xiàn)波紋管6與真空箱的密封連接。在這種連接中，試驗機拉伸桿11也不受這些連接部件的影響。
[0023]上述用于力學試驗機的真空密封結構的安裝方法，包括以下步驟:
(一)將波紋管6下端焊接在第一卡盤1上；
(二)將第一密封圈4放置在第一卡盤1的環(huán)形凹槽內(nèi)，將第一卡盤1置于支撐盤3上端、第二卡盤2置于支撐盤3下端，采用緊固件一 5將第一卡盤1和第二卡盤2固定，壓緊第一密封圈4 ；
(三)將平直連接段上端卡進固定卡套7內(nèi)，并將平直連接段和固定卡套7的上端放置在真空箱下壁8的通孔四周，在平直連接段、真空箱下壁8、固定卡套7連接處放置第二密封圈9，并采用緊固件二 10將固定卡套7固定在真空箱下壁8上并壓緊第二密封圈9。
[0024]本發(fā)明的使用方法如下:
(1)一般情況下，本發(fā)明配套使用的設備有:高溫真空環(huán)境箱(即真空箱?、力學試驗機(拉伸或蠕變試驗機?、真空泵、水冷機組、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、溫控儀表、真空計、熱電偶；
(2)力學實驗前，首先裝夾試樣:
將真空密封結構按上述安裝方法分別與力學試驗機和高溫真空環(huán)境箱連接；
匕打開高溫真空環(huán)境箱門，將試樣裝夾到試驗機拉伸桿11夾具上；
0.調(diào)整試樣，放置高溫真空環(huán)境箱上的測溫熱電偶；
(1.關閉高溫真空環(huán)境箱門；
(3)設置試驗環(huán)境并開始試驗
打開真空泵，將波紋管6和高溫真空環(huán)境箱抽至設定真空；
匕設定加熱溫度和加熱速率；
0.打開水冷機組，設定水流速率；
(1.達到加熱溫度后保溫半小時；
6.開啟試驗程序，開始拉伸或蠕變試驗；
(5)結束試驗
依次關閉試驗程序，保存實驗數(shù)據(jù)。
[0025]采用上述實施例中的真空密封結構將力學試驗機和真空箱密封連接后應用于上述實驗中，其密封效果好，可以有效防止試樣試驗時在高溫環(huán)境下發(fā)生氧化，且采用該真空密封結構不會對真空箱和力學實驗機帶來多余的連接部件，也不會影響試驗機的力傳感器測量和試驗數(shù)據(jù)的準確性。
[0026]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發(fā)明的保護0 |71~1 1-
【權利要求】
1.用于力學試驗機的真空密封結構，其特征在于，包括波紋管(6)，所述波紋管(6)下端密封連接在試驗機拉伸桿(11)的支撐盤(3)上，上端與真空箱連通并密封連接在真空箱外壁。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于力學試驗機的真空密封結構，其特征在于，所述波紋管(6)通過第一卡盤(I)固定在支撐盤(3)上，波紋管(6)下端焊接在第一卡盤(I)上端，第一卡盤(I)固定在支撐盤(3 )上，所述第一卡盤(I)與支撐盤(3 )之間還設置有第一密封圈(4)。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于力學試驗機的真空密封結構，其特征在于，所述第一卡盤(I)通過第二卡盤(2)和緊固件一(5)固定在支撐盤(3)上，第一卡盤(I)設置在支撐盤(3 )上端、第二卡盤(2 )設置在支撐盤(3 )下端，第一卡盤(I)和第二卡盤(2 )通過緊固件一(5)固定連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于力學試驗機的真空密封結構，其特征在于，所述第一卡盤(I)和第二卡盤(2)為圓環(huán)形卡盤，且第一卡盤(I)和第二卡盤(2)的外徑均大于支撐盤(3)的外徑。
5.根據(jù)權利要求3所述的用于力學試驗機的真空密封結構，其特征在于，所述第一卡盤(I)下端靠近內(nèi)徑處開有放置第一密封圈(4)的環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽的圓心與支撐盤(3)的圓心重合。
6.根據(jù)權利要求1至5任一所述的用于力學試驗機的真空密封結構，其特征在于，所述波紋管(6)上端設置有不帶波紋的平直連接段，該平直連接段與真空箱相連通，且密封連接在真空箱下壁(8)上。
7.根據(jù)權利要求6所述的用于力學試驗機的真空密封結構，其特征在于，所述平直連接段外還設置有一個固定卡套(7)，該固定卡套(7)通過緊固件二(10)固定在真空箱下壁(8)上，平直連接段、真空箱下壁(8)、固定卡套(7)連接處通過第二密封圈(9)密封。
8.用于力學試驗機的真空密封結構的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟: (一)將波紋管(6)下端焊接在第一卡盤(I)上； (二)將第一密封圈(4)放置在第一卡盤(I)的環(huán)形凹槽內(nèi)，將第一卡盤(I)置于支撐盤(3)上端、第二卡盤(2)置于支撐盤(3)下端，采用緊固件一(5)將第一卡盤(I)和第二卡盤(2)固定，壓緊第一密封圈(4); (三)將平直連接段上端卡進固定卡套(7)內(nèi)，并將平直連接段和固定卡套(7)的上端放置在真空箱下壁(8)的通孔四周，在平直連接段、真空箱下壁(8)、固定卡套(7)連接處放置第二密封圈(9)，并采用緊固件二(10)將固定卡套(7)固定在真空箱下壁(8)上并壓緊第二密封圈(9)。
【文檔編號】G01N3/02GK104359755SQ201410652269
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權日:2014年11月17日
【發(fā)明者】閆萌, 尹祁偉, 彭倩, 趙文金, 王朋飛, 洪曉峰, 梁波 申請人:中國核動力研究設計院