本實(shí)用新型涉及金屬材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域,尤其是一種用于低溫環(huán)境下檢測(cè)金屬材料力學(xué)性能的簡(jiǎn)易裝置。
背景技術(shù):
金屬材料是工程材料中的主體,其力學(xué)性能是工程應(yīng)用中十分重要的性能。通常采用拉力試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)構(gòu)件力學(xué)性能,拉力試驗(yàn)機(jī)是用來對(duì)材料進(jìn)行靜載、拉伸、壓縮、彎曲、剪切、剝離等力學(xué)性能試驗(yàn)用的機(jī)械加力的試驗(yàn)機(jī),適用于塑料板材、管材、異型材,塑料薄膜及橡膠、電線電纜等材料的各種物理機(jī)械性能測(cè)試為材料開發(fā),為物性試驗(yàn)、教學(xué)研究、質(zhì)量控制等不可缺少的檢測(cè)設(shè)備。
隨著我國(guó)氫能源、核聚變能、航空航天、應(yīng)用超導(dǎo)、氣體工業(yè)以及一些大科學(xué)工程等領(lǐng)域的發(fā)展,涉及到低溫工程的項(xiàng)目越來越多。在工業(yè)和科研領(lǐng)域?qū)Φ蜏夭牧系男枨笤絹碓酱?,?duì)低溫材料的性能數(shù)據(jù)要求越來越全面。材料在低溫環(huán)境下工作,其低溫物理性能通常不同于常溫性能。其中,材料力學(xué)性能是工程中材料或工件的一個(gè)重要性能指標(biāo)。測(cè)試材料在低溫下的力學(xué)性能,對(duì)材料低溫性能研究和優(yōu)化改性具有重要的意義,對(duì)低溫構(gòu)件的設(shè)計(jì)和安全使用也至關(guān)重要。
目前,測(cè)試材料低溫力學(xué)性能的裝置為高低溫拉力試驗(yàn)機(jī),這種設(shè)備采用壓縮機(jī)對(duì)整個(gè)拉力機(jī)進(jìn)行制冷,由于制冷空間較大,很難實(shí)現(xiàn)精確溫度控制。另外有一種采用低溫液體(液氮或液氦等)作為冷源,工作時(shí)將低溫液體容器中的低溫液體輸入到真空夾層中,低溫液體將低溫力學(xué)支撐架和待測(cè)樣品冷卻,再通過溫控器和低溫液體蒸發(fā)器配合使用控制低溫力學(xué)支撐架和待測(cè)樣品的溫度。這種設(shè)備制冷迅速,可以實(shí)現(xiàn)極低溫度下的冷卻溫度,但是成本較高,一般用于航空航天設(shè)備或精密儀器的低溫檢測(cè)。
經(jīng)檢索,在專利申請(qǐng)?zhí)枮?01620358075.1中公開了一種高低溫拉力試驗(yàn)機(jī),該設(shè)備包括導(dǎo)正固定梁、滑動(dòng)支撐框架、支撐柱、精密楔形夾具和支撐腳,并采用鋁棒做連接桿件,同時(shí)與恒溫恒濕箱降溫的作用相互配合,解決了傳感器的耐溫限制,有效擴(kuò)大了高低溫的測(cè)試范圍,實(shí)用性更強(qiáng)。但是,該試驗(yàn)機(jī)中中的恒溫恒濕箱不便于安裝在試驗(yàn)機(jī)上,由于箱體上開設(shè)了夾具孔,很難保證內(nèi)部溫度長(zhǎng)時(shí)間恒定不變。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種低溫力學(xué)性能測(cè)試裝置,該裝置在現(xiàn)有萬能試驗(yàn)機(jī)上改裝,實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境下金屬材料的力學(xué)性能測(cè)試,而且成本低,便于實(shí)現(xiàn),方便拆裝。
為解決上述技術(shù)問題,本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:一種低溫力學(xué)性能測(cè)試裝置,包括萬能試驗(yàn)機(jī),萬能試驗(yàn)機(jī)上設(shè)置上夾頭和下夾頭,其特征在于還包括冷卻箱,所述的上夾頭和下夾頭置于冷卻箱內(nèi)部,冷卻箱與上夾頭、下夾頭之間設(shè)有保溫密封材料,冷卻箱下表面與下夾頭的平臺(tái)固定,冷卻箱上表面設(shè)有伸縮管,上夾頭穿過伸縮管,并且上夾頭與伸縮管之間密封連接;冷卻箱通過進(jìn)氣管、回氣管與制冷設(shè)備連接,并且在回氣管上設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)。
對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步優(yōu)選,所述的冷卻箱為設(shè)有保溫層的雙層箱體,冷卻箱內(nèi)部設(shè)有用于放置測(cè)試試件的保護(hù)罩,在冷卻箱上下表面分別設(shè)有上夾頭和下夾頭進(jìn)出的孔,冷卻箱的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口,其中進(jìn)風(fēng)口靠近冷卻箱的上表面,出風(fēng)口靠近冷卻箱的下表面,進(jìn)風(fēng)口與進(jìn)氣管連接,出風(fēng)口與回氣管連接。
對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步優(yōu)選,所述的保護(hù)罩為圓柱形鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu),保護(hù)罩與冷卻箱的上下內(nèi)壁接觸。
對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步優(yōu)選,所述的冷卻箱上表面固定有溫度感應(yīng)器,溫度感應(yīng)器的探測(cè)端深入冷卻箱內(nèi)部,并位于保護(hù)罩周圍。
對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步優(yōu)選,所述的溫度感應(yīng)器為一個(gè)以上的低溫溫度計(jì),低溫溫度計(jì)分布于保護(hù)罩周圍,并且低溫溫度計(jì)的計(jì)量刻度均位于冷卻箱外部。
對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步優(yōu)選,所述的萬能試驗(yàn)機(jī)包括兩個(gè)豎直方向布置的支撐導(dǎo)軌,在兩個(gè)支撐導(dǎo)軌之間設(shè)置升降橫梁,上夾頭通過載荷傳感器與升降橫梁連接,下夾頭固定在支撐導(dǎo)軌下方的底座上,底座下方通過支撐柱固定支撐。
對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步優(yōu)選,所述的萬能試驗(yàn)機(jī)下方設(shè)有用于調(diào)整萬能試驗(yàn)機(jī)水平的調(diào)平螺釘。
對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步優(yōu)選,所述的制冷設(shè)備為壓縮式制冷機(jī)或者溫度可調(diào)的冰箱。
采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本實(shí)用新型在萬能試驗(yàn)機(jī)上配備制冷設(shè)備,并利用冷卻箱配合上下夾頭,對(duì)試樣進(jìn)行低溫環(huán)境下的拉、壓、或扭轉(zhuǎn)等力學(xué)性能測(cè)試,能夠準(zhǔn)確可靠的模擬真實(shí)工況下低溫環(huán)境,并且符合國(guó)標(biāo) GB/T13239-2006( 金屬材料低溫拉伸試驗(yàn)方法),具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。另外,本實(shí)用新型中的冷卻箱與上下夾頭配合,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,相對(duì)于整體式低溫拉壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備來說,便于實(shí)現(xiàn),易于拆裝,并且適用于單柱式或雙柱式等各種實(shí)驗(yàn)機(jī)。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本實(shí)用新型中冷卻箱與制冷設(shè)備之間的連接示意圖;
圖3是本實(shí)用新型中冷卻箱的結(jié)構(gòu)示意圖;
其中:1、支撐導(dǎo)軌,2、升降橫梁,3、載荷傳感器,4、上夾頭,5、冷卻箱,6、下夾頭,7、支撐柱,8、調(diào)平螺釘,9、伸縮管,10、制冷設(shè)備,11、支撐平臺(tái),12、溫度感應(yīng)器,13、回氣管,14、進(jìn)氣管,15、軸流風(fēng)機(jī),16、進(jìn)風(fēng)口,17、出風(fēng)口,18、保護(hù)罩。
具體實(shí)施方式
根據(jù)附圖1可知,本實(shí)用新型具體涉及一種低溫力學(xué)性能測(cè)試裝置,主要用于低溫環(huán)境下金屬材料拉壓扭轉(zhuǎn)等力學(xué)性能檢測(cè)。該裝置主要包括萬能試驗(yàn)機(jī)和一套制冷系統(tǒng),其中萬能試驗(yàn)機(jī)上設(shè)置上夾頭4和下夾頭6,上夾頭4和下夾頭6用于夾住待檢測(cè)的試件。制冷系統(tǒng)包括一個(gè)包圍上夾頭4和下夾頭6的冷卻箱5以及與冷卻箱5連通的制冷設(shè)備,制冷設(shè)備中的冷氣經(jīng)過管路與冷卻箱5形成循環(huán)回路,用于模擬低溫環(huán)境。這樣試件在低溫的冷卻箱5內(nèi),當(dāng)達(dá)到規(guī)定的溫度后,利用萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件進(jìn)行拉壓或扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn),研究低溫環(huán)境下的金屬試件力學(xué)性能。
在附圖1中可看到,冷卻系統(tǒng)中冷卻箱5的位置,并且上夾頭4和下夾頭6置于冷卻箱5內(nèi)部,冷卻箱5與上夾頭4、下夾頭6之間設(shè)有保溫密封材料,避免冷氣的泄漏,維持冷卻箱5內(nèi)恒定溫度。在萬能試驗(yàn)機(jī)中,上下夾頭必須有一個(gè)為固定的,另一個(gè)移動(dòng),較多情況下是上夾頭4移動(dòng),下夾頭6固定。由于上夾頭4和下夾頭6在實(shí)驗(yàn)過程中需要平移運(yùn)動(dòng),而冷卻箱5為一個(gè)剛性體,因此為了實(shí)現(xiàn)冷卻箱5與上夾頭4和下夾頭6配合,把冷卻箱5下表面與下夾頭4的平臺(tái)固定,冷卻箱5上表面設(shè)有伸縮管9,上夾頭4穿過伸縮管9,并且上夾頭4與伸縮管9之間密封連接。這樣上夾頭4運(yùn)動(dòng)時(shí),在伸縮管9的配合下,完成對(duì)試件的拉壓。一般情況下,在GB/T 228-2000中的實(shí)驗(yàn)條件下,金屬試樣尺寸按規(guī)定取,金屬材料的延伸率較小,比如低碳鋼延伸率延伸率較大,為20%~30%,因此拉斷試樣前夾頭位移約為2-3mm。伸縮管9上下可移動(dòng)距離留10mm,移動(dòng)空間即可滿足需求。
附圖2可以看出,本實(shí)用新型中的冷氣循環(huán),冷卻箱5通過進(jìn)氣管14、回氣管13與制冷設(shè)備10連接,并且在回氣管13上設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)15,控制冷氣循環(huán)速度,實(shí)現(xiàn)冷卻箱5內(nèi)的溫度保持恒定。
附圖3為冷卻箱的結(jié)構(gòu)圖,冷卻箱5為設(shè)有保溫層的雙層箱體,其具體大小可以根據(jù)上夾頭4和下夾頭6的大小以及兩者的空間來決定。在冷卻箱5內(nèi)部設(shè)有用于放置測(cè)試試件的保護(hù)罩18,保護(hù)罩18為圓柱形鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu),保護(hù)罩18與冷卻箱5的上下內(nèi)壁接觸。在冷卻箱5上下表面分別設(shè)有上夾頭4和下夾頭6進(jìn)出的孔,冷卻箱5的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)風(fēng)口16和出風(fēng)口17,其中進(jìn)風(fēng)口16靠近冷卻箱5的上表面,出風(fēng)口17靠近冷卻箱5的下表面,進(jìn)風(fēng)口16與進(jìn)氣管14連接,出風(fēng)口17與回氣管13連接。
為了實(shí)現(xiàn)冷卻箱5內(nèi)溫度控制方便,并且保持恒定溫度,在冷卻箱5上表面固定有溫度感應(yīng)器12,溫度感應(yīng)器12的探測(cè)端深入冷卻箱5內(nèi)部,并位于保護(hù)罩18周圍。通常溫度感應(yīng)器12為一個(gè)以上的低溫溫度計(jì),低溫溫度計(jì)分布于保護(hù)罩18周圍,并且低溫溫度計(jì)的計(jì)量刻度均位于冷卻箱5外部,方便觀察溫度值。
上述結(jié)構(gòu)中提到的萬能試驗(yàn)機(jī),可以為單柱式或雙柱式,一般的萬能試驗(yàn)機(jī)包括兩個(gè)豎直方向布置的支撐導(dǎo)軌1,在兩個(gè)支撐導(dǎo)軌1之間設(shè)置升降橫梁2,上夾頭4通過載荷傳感器3與升降橫梁2連接,下夾頭6固定在支撐導(dǎo)軌1下方的底座上,底座下方通過支撐柱7固定支撐,萬能試驗(yàn)機(jī)下方設(shè)有用于調(diào)整萬能試驗(yàn)機(jī)水平的調(diào)平螺釘8。
為了降低制冷成本,制冷設(shè)備10可選擇壓縮式制冷機(jī)或者溫度可調(diào)的冰箱。
本實(shí)用新型具體使用時(shí),只需要把冷卻箱套設(shè)于上夾頭4和下夾頭6之間,并把試樣進(jìn)行固定,作密封處理,同時(shí)利用軟管與制冷設(shè)備10連接即可。根據(jù)試驗(yàn)需要,設(shè)定制冷設(shè)備的制冷溫度,打開制冷設(shè)備10和軟管上的軸流風(fēng)機(jī)15,一段時(shí)間后觀察溫度感應(yīng)器12的溫度是否恒定,當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)期溫度并連續(xù)3分鐘保持恒定,即可開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。本實(shí)用新型在現(xiàn)有萬能試驗(yàn)機(jī)上改裝和加載,實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境下金屬材料的力學(xué)性能測(cè)試,冷卻箱與上下夾頭配合,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,相對(duì)于整體式低溫拉壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備來說,便于實(shí)現(xiàn),易于拆裝。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的最優(yōu)實(shí)施方式,其描述較為具體和詳細(xì),但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是,對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進(jìn),這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此,本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。