一种用于持久蠕变试验的试样气体保护设备的制作方法

1.本实用新型涉及金属材料力学性能试验设备领域，具体的说是一种用于持久蠕变试验的试样气体保护设备。


背景技术：

2.蠕变持久强度是一种金属材料高温下的强度性能指标，金属材料试样在恒定温度下进行的拉伸试样达到规定的持续时间而不断裂的最大应力即为其持久强度。持久蠕变试验机用于测定金属材料试样在长时间的恒温和恒应力作用下，发生缓慢的塑性变形现象的材料机械性能试验，通常具有框体式的机架以及设置在机架上的上接头和下接头，将试样两端加工螺纹后以螺纹连接的方式将试样的两端分别固定在上接头和下接头上，然后通过设置在机架上的高温炉对试样加热至预设高温状态，通过设置在机架上的加载系统提拉上接头以对试样施加预设载荷，通过设置在下接头位置的位移传感器、拉力传感器以及测变形引出系统将试样在预设温度和应力工况下产生的蠕变状况输出。
3.由于持久蠕变试验机在试验过程中通常暴露于空气中且试验时间较长，故试样与空气直接接触，容易被空气中的氧气和水蒸气腐蚀氧化，导致最终的试验结果并不能反映试样自身的固有力学性能。尤其是某些应用于无氧干燥条件下的金属工件，在暴露空气中得出的蠕变持久强度与实际工况下具有较大的差异，其试验结果失去了在特定的无氧干燥工况条件下的参考设计依据的作用。为了解决该问题，需要在持久蠕变试验中对试样周围充入惰性气体等保护气，以真实模拟其无氧干燥的实际工况。部分蠕变试验机对高温炉进行改造，使其连接保护气体接头，在整个高温炉内充入保护气体。该技术方案虽然模拟了实际工况，但是对于高温炉改造过大，影响高温炉加热均匀的一致性，且因高温炉内空间较大而导致保护性气体使用量大，造成浪费。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在提供一种用于持久蠕变试验的试样气体保护设备，对于现有的持久蠕变试验机及其上的高温炉不进行任何改动，特别适用于现有的不具备保护气体保护功能的持久蠕变试验机的技术改进。
5.为了解决以上技术问题，本实用新型采用的具体方案为：一种用于持久蠕变试验的试样气体保护设备，包括用于罩设在试样外周的管体、用于将管体临时固定在蠕变试验机的上拉杆或下拉杆上的临时固定机构以及用于将管体支撑固定在蠕变试验机的对开式高温炉中的试验固定机构；管体的两端分别供蠕变试验机的上拉杆或下拉杆穿入管体的内腔中，管体的管壁内设有沿管体的长度方向分布的主气道和沿管体的周向分布并与主气道相连通的多个分气道，主气道与保护气体接头相连，管体的管壁内侧设有多个与分气道连通的喷气嘴；临时固定机构包括多个顶紧螺栓，在管体的端部开设有供顶紧螺栓贯穿配合安装的螺纹孔，可将顶紧螺栓旋入螺纹孔中以将管体固定在蠕变试验机的上拉杆或下拉杆上；试验固定机构包括设置在管体外壁上的轴座、转动设置在轴座中的转轴以及固定在转
轴上的支撑杆，轴座的数量为多个且多个轴座沿管体的周向均匀间隔分布，任一轴座均包括平行并间隔固定在管体外壁上的两块座板，两块座板上分别设有供转轴的端部转动配合的轴孔，在转轴上还套设有使支撑杆的自由端呈撑开状态的扭簧。
6.优选的，管体为分体式并包括两根半圆形的管槽，两根管槽的端部分别设有沿自身长度方向分布的法兰条，以通过紧固螺栓与法兰条配合将两根管槽固定形成管体。
7.优选的，在两根管槽上分别设有主气道和多根分气道，分气道的两端封闭设置。
8.优选的，支撑杆的自由端上均设有脚垫，脚垫的一侧为与高温炉的内壁摩擦配合的摩擦面，另一端垂直设有连接杆，连接杆通过万向节连接在支撑杆上。
9.优选的，在管体的两端均设有临时固定机构。
10.本实用新型具有罩设在试样外周的管体，管体上具有与保护气接头相连的气道，在管体内壁上设有与气道相连的喷气嘴，从而可由保护气接头向管体内中部位置充入保护气，由管体的两端将保护气排出，并在管体中形成保护气的正压状态，模拟试样的无氧干燥工况，从而由持久蠕变试验机得出试样的精确性能，为试样作为工件的加工制造提供准确的设计依据。
11.本实用新型中的管体在应用中，在高温炉开启的状态下将试样的端部通过临时固定机构固定在试验机的上拉杆或下拉杆上，在高温炉关闭后由高温炉内壁形成管体上支撑杆的支点，即可拆除临时固定机构，仅由高温炉对管体进行支撑固定。通过此种支撑方式，一方面不用对现有的试验机进行改造，特别适用于普通试验机的升级改进；另一方面，管体的重量作用于高温炉上而非试验机的上拉杆或下拉杆上，从而在上拉杆和下拉杆对于试样的加载过程不受管体重量的影响，也不需要通过将加载力减去管体重力得出实际加载力，保持了试验的准确性。
附图说明
12.图1为本实用新型的结构示意图；
13.图2为图1中a部分的局部放大结构示意图；
14.图3及图4为本实用新型装配于持久蠕变试验机内的装配过程图；
15.图中标记：1、上拉杆，2、保护气体接头，3、主气道，4、喷气嘴，5、分气道，6、试样，7、下拉杆，8、顶紧螺栓，9、管体，10、脚垫，11、支撑杆，12、转轴，13、扭簧，14、座板，15、摩擦面，16、连接杆，17、万向节，18、高温炉，19、法兰条。
具体实施方式
16.如图1所示，本实用新型的一种用于持久蠕变试验的试样气体保护设备，包括用于罩设在试样6外周的管体9、用于将管体9临时固定在蠕变试验机的上拉杆1或下拉杆7上的临时固定机构以及用于将管体9支撑固定在蠕变试验机的对开式高温炉18中的试验固定机构。管体9与惰性气体或其它保护气体接头2相连，由保护气在管体9内形成正压状态，持续将管体9内含有的氧气或水蒸气排出，模拟特种试样6的真实工况。临时固定机构和试验固定机构相配合，使管体9在试验过程中通过高温炉18的内侧炉壁进行支撑固定，避免与蠕变试验机的上拉杆1或下拉杆7接触产生的试验精度影响。
17.管体9为两端敞口的圆形管，敞口的两端分别供蠕变试验机的上拉杆1或下拉杆7
穿入管体9的内腔中。管体9的管壁内设有沿管体9的长度方向分布的主气道3和沿管体9的周向分布并与主气道3相连通的多个分气道5，主气道3与保护气体接头2相连，管体9的管壁内侧设有多个与分气道5连通的喷气嘴4。喷气嘴4为开设在管体9关闭内侧的孔，孔为锥形且小端向内大端向外分布。
18.本实施中为便于管体9的装配，将管体9设置为分体式，具体的：管体9包括两根半圆形的管槽，两根管槽的端部分别设有沿自身长度方向分布的法兰条19，以通过紧固螺栓与法兰条19配合将两根管槽固定形成管体9。在两根管槽上分别设有主气道3和多根分气道5，分气道5的两端封闭设置。
19.临时固定机构包括多个顶紧螺栓8，在管体9的端部开设有供顶紧螺栓8贯穿配合安装的螺纹孔，可将顶紧螺栓8旋入螺纹孔中以将管体9固定在蠕变试验机的上拉杆1或下拉杆7上。为保证试验过程中管体9的两端均不与上拉杆1或下拉杆7接触，本实施例中在管体9的上下两端均设有所述临时固定机构。
20.试验固定机构包括设置在管体9外壁上的轴座、转动设置在轴座中的转轴12以及固定在转轴12上的支撑杆11。轴座的数量为多个且多个轴座沿管体9的周向均匀间隔分布，任一轴座均包括平行并间隔固定在管体9外壁上的两块座板14，两块座板14上分别设有供转轴12的端部转动配合的轴孔，在转轴12上还套设有扭簧13，以通过扭簧13维持支撑杆11如图1所示的撑开状态。为保证高温炉18内壁对于支撑杆11支撑的稳定性，如图2所示的，本实施例中的支撑杆11的自由端上均设有脚垫10，脚垫10的一侧为采用耐高温材料制作的粗糙的摩擦面15，以提高脚垫10和高温炉18内壁之间的摩擦力，维持支撑的稳定性。脚垫10的另一端垂直设有连接杆16，连接杆16通过万向节17连接在支撑杆11上，使支撑杆11以转轴12转动过程中，脚垫10能够以较大的面积接触高温炉18内壁，保证其具有足够的摩擦力，从而对管体9形成稳定的支撑固定效果。
21.本实施例的应用过程如下：
22.在试验前将对开式高温炉18的两侧炉体打开，将试样6两端分别螺纹连接在上拉杆1和下拉杆7上。然后将管体9的两个管槽分别罩设在试样6的两侧后通过紧固螺栓固定，旋入顶紧螺栓8将管体9临时固定在上拉杆1和下拉杆7上。在旋入顶紧螺栓8的过程中避免管体9内壁与上拉杆1或下拉杆7相接触。此时管体9上的处于撑开状态下的支撑杆11末端的脚垫10与高温炉18内壁的位置关系如图3所示。在通过临时固定机构将管体9固定后，即可关闭高温炉18的两个炉体至如图4所示状态。此时因高温炉18炉体内壁对于支撑杆11的挤压作用，使得支撑杆11克服扭簧13弹力而内收，高温炉18内壁与脚垫10之间的摩擦力使管体9达到稳定支撑固定状态，旋出所有的顶紧螺栓8使管体9与上拉杆1和下拉杆7分离，仅通过高温炉18对管体9进行支撑。最后即可通过保护气体接头2向古兰提内充入保护气体，通过高温炉18对试样6加热升温，通过上拉杆1和下拉杆7对试样6就行加载试验。