适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置的制造方法

适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及材料力学性能测试与表征技术领域，具体的是一种适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置。
【背景技术】
[0002]在工程中，材料的拉伸力学性能指标在工程设计、检验检测以及维修养护等方面具有非常重要的参考价值。获取材料拉伸力学性能的一般试验方法即可在材料万能试验机上实现的常规拉伸试验。但在一些特殊环境，如高压氢气、强腐蚀环境，以及一些封闭性环境中，无法采用材料试验机实现上述环境中的力学性能测试。在上述严苛的环境中，材料在应力作用下会对环境的作用(如氢脆、腐蚀等)更加敏感，交互式的作用会加速材料的劣化。由此，能够使材料在载荷作用下加速劣化的环境即可称为应力敏感环境。
[0003]以氢能为例，氢能源属于新兴能源，在我国尚处于起步阶段，有许多基础设施、安全检测、评价方法亟待发展。在材料氢脆敏感性的评价中，国外比较常见的是材料与盛装气体(氢气)之间的相容性评价标准，用于选择抗氢脆金属材料的试验方法(标准代码ISO11114-4) ο该标准中包括圆片试验(A方法)、断裂韧性测试(B方法)及确定钢瓶抗氢致开裂能力的试验方法(C方法)。而我国尚无相关的标准发行。在相关的气瓶生产厂家，已有按照ISO 11114-4标准中C方法进行评价的试验方法在进行，以检测气瓶用钢对材料的抗氢致开裂能力。但在气瓶的设计中，材料的抗拉强度、屈服强度以及在氢环境下的力学性能指标是非常重要的，我国目前尚无相关的试验方法。由于氢气易漏、易燃、易爆的特性，故一般试验方法无法检测材料在高压氢环境下的拉伸力学性能指标。本专利中所设计的试验装置与试验方法将会为该类问题提供解决思路，需要注意的是，本试验装置及试验方法适用于小变形材料。
【实用新型内容】
[0004]为了测试材料在应力敏感环境中的拉伸力学性能，本实用新型提供了一种适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，该适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置能够被用于模拟金属材料在应力敏感环境中受恒载荷，从而通过衡量其断裂载荷、断裂后的延伸率、断面收缩率、未断裂试样表面裂纹的多少及长度等指标，评价材料抗环境劣化的能力。该适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置尤其适合在与外界环境隔绝的系统(如高压氢环境)中开展试验测试。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，含有第一安装板和第二安装板，第一安装板和第二安装板间隔设置，第一安装板和第二安装板之间通过第一支撑筋板连接固定，第一安装板上设有第一安装通孔，第二安装板上设有与第一安装通孔相对应的第二螺纹孔，第一安装通孔的轴线与第二螺纹孔的轴线重合。
[0006]第一安装板和第二安装板均为圆形，第一安装板和第二安装板相互平行。
[0007]第一安装板和第二安装板的大小和形状相同。
[0008]第一支撑筋板呈十字形，第一安装板的轴线、第二安装板的轴线和第一支撑筋板的轴线重合，第一安装板和第二安装板之间形成四个扇形区域，第一安装通孔和第二螺纹孔的位置与该扇形区域相对应。
[0009]第一安装通孔的直径大于等于第二螺纹孔的直径。
[0010]第一安装板和第二安装板之间的距离为12.5mm。
[0011]第二安装板位于第一安装板的下方，第一安装板的上方还设有保护板，保护板与第一安装板平行，保护板与第一安装板之间通过第二支撑筋板连接固定。
[0012]第二支撑筋板呈十字形，沿第一支撑筋板的轴向第二支撑筋板和第一支撑筋板的投影重合。
[0013]保护板为圆形，保护板内设有与该扇形区域相对应四个扇形通孔，保护板的厚度小于第一安装板的厚度，保护板的厚度小于第二安装板的厚度。
[0014]第一安装板和保护板之间的距离为17.5mm。
[0015]本实用新型的有益效果是，该适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置能够被用于模拟金属材料在应力敏感环境中受恒载荷，从而通过衡量其断裂载荷、断裂后的延伸率、断面收缩率、未断裂试样表面裂纹的多少及长度等指标，评价材料抗环境劣化的能力。该适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置尤其适合在与外界环境隔绝的系统(如高压氢环境)中开展小变形试样的恒载荷拉伸试验测试。
【附图说明】
[0016]下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
[0017]图1为适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置在使用时的主视图。
[0018]图2为适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置在使用时的俯视图。
[0019]图3为适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置放置在高压釜中的示意图。
[0020]其中1.拉伸试样，2.旋紧螺母，3.压缩弹簧，4.适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，5.应变片，6.高压釜；
[0021]41.第一安装板，42.第二安装板，43.保护板，44.第一支撑筋板，45.第一安装通孔，46.第二螺纹孔，47.第二支撑筋板。
【具体实施方式】
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0023]一种应力敏感环境下试样的恒载荷拉伸试验方法，包括以下步骤:
[0024]步骤一、制备拉伸试样I ;
[0025]步骤二、采集拉伸试样I的加载力与应变数据，获得拉伸试样I的拉伸应力与应变之间的关系；
[0026]步骤三、将拉伸试样I安装于适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置4，使拉伸试样I受到预设的拉应力；
[0027]步骤四、将受到该预设的拉应力的拉伸试样I放置于应力敏感环境中；
[0028]步骤五、取出拉伸试样I进行性能测试及评价。
[0029]下面对上述五个试样步骤进行详细说明:
[0030]在步骤一中，由于试验一般会在封闭环境中进行，受试验空间的限制，拉伸试样I为哑铃型的棒状拉伸试样，拉伸试样I的两端设有外螺纹，一端用于连接适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置4，另一端通过旋紧螺母2实现对材料的加载。拉伸试样I中部的直径小于拉伸试样I两端的直径，拉伸试样I中部的直径d = 5mm。
[0031]在步骤二中，通过将拉伸试样I的中部的表面贴应变片后放置于拉伸试样机上施加拉伸载荷的方式获得拉伸试样I的拉应力与应变之间的关系。在获得拉伸试样I的应力与应变之间的关系之前还需要确定拉伸试样I的抗拉强度及屈服强度。
[0032]具体是，在拉伸试验机上对拉伸试样I的加载载荷及其应变的变化进行采集与记录。首先需要对拉伸试样I进行拉伸试验，确定拉伸试样I的抗拉强度Rm及屈服强度Rpa2;之后对试样进行力-应变的标定。在拉伸试样I平行段中间部分贴应变片5，将拉伸试样I装夹在拉伸试样机上进行拉伸载荷施加，施加的载荷要根据试验时的应力水平确定，试验时的应力水平为Rpq.^百分数，例如0.7RpQ.2、0.9RpQ.2等。试验时应选择不同的应力水平分别进行，具体可根据试验情况确定。拉伸试验的执行与标定可参照GB/T 228.1-2010标准。
[0033]在本实用新型中，该适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置4含有第一安装板41和第二安装板42，第一安装板41和第二安装板42上下间隔设置，第一安装板41和第二安装板42之间通过第一支撑筋板44连接固定，第一安装板41上设有第一安装通孔45，第二安装板42上设有与第一安装通孔45相对应的第二螺纹孔46，第一安装通孔45的轴线与第二螺纹孔46的轴线重合，如图1和图2所示。
[0034]该适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置4通过旋紧螺母2实现对拉伸试样I的恒载荷加载，将拉伸试样I放置在稳定的环境中一定时间后，将其取出观察断裂情况，并测定相关的力学性能指标。依靠拉伸试样I上的应变片5可以实现对拉伸试样I的精确加载，同时压缩弹簧3能够保证拉伸试样I承受恒定的载荷。根据试验完成后测得的断裂载荷等指标，评定材料抗环境攻击的能力，为工程用钢的选材及设计积累数据基础。
[0035]在步骤三中，预设的拉应力施加的具体方式是，先在拉伸试样I的中部的表面贴应变片，然后使拉伸试样I的下端穿过第一安装通孔45后与第二螺纹孔46通过螺纹连接固定，拉伸试样I的上端安装旋紧螺母2，使旋紧螺母2与第一安装板41抵接或使旋紧螺母2通过压缩弹簧3与第一安装板41抵接(如图1所示，此时压缩弹簧3套设在拉伸试样I外)，通过对旋紧螺母2进行预紧以及观察该应变片5使拉伸试样I达到预设的拉应力。即在预紧的同时纪录应变片5的数据变化，通过数 据的变化确定旋紧螺母2的预紧力，以确定拉伸试样I所承受的预应力是否达到预设的拉应力，根据应力与应变之间的关系，应变片5达到预定长度即可认为拉伸试样I达到预设的拉应力。在预紧过程中，根据试验需要，可以选择在旋紧螺母2预紧端采用压缩弹簧3或不采用压缩弹簧3，其中压缩弹簧3采用是为了确保载荷的恒定，但需要在试验之前对其进行标定。此外，在应力敏感环境中取出试样时，对未发生破断的试样，可以采集其应变数据，对比放入环境前、后的拉伸载荷变化。
[0036]在步骤四中，将受到该预设的拉应力的拉伸试样I放置于密封的高压釜6中，如图3所示，向高压釜6中充入实验气体并加热该高压釜6以模拟应力敏感环境，该拉伸试样I在高压釜6中放置设定的时间。常见的应力敏感环境如高压氢气、强腐蚀环境等，一般属于与外界环境隔绝的封闭环境。在本实施例中将受到该预设的拉应力的拉伸试样I放置于高压釜6中，试验的时间可以根据环境的严苛程度进行选定，如24h、96h、720h、100h等。以高压氢环境中(高压釜6中充入氢气)的恒载荷拉伸试验为例，恒载荷拉伸实验装置4、高压釜6需要在实验前利用酒精进行清理，然后对高压釜进行密封，密封完毕后利用氮气对高压釜进行清扫置换，氮气置换后系统含氧量不超过3%。随后对高压釜6抽真空，真空度以不大于3Pa为合格。抽真空后开始向高压釜6内充氢气(氢气纯度不低于99.999%)，如无泄压现象出现，即可对高压釜6进行加热。在本实施例中，所述应力敏感环境采用在与外界隔绝密封的高压釜6中充入实验介质并加热的方式获得，该实验介质可以为高纯氢气或腐蚀性液体等，高压釜6也可以为其他的密封容器。待系统温度、压力稳定后开始计时，在高压氢环境中的试验时间为1000h。
[0037]在步骤五中，评定开裂敏感性最常用的参数是达到完全破断所持续的时间，本试验推荐将拉伸试样I处于不同的初始应力下进行，以确定其临界应力，即低于该应力，试件不会出现完全破断。对完全破断的试样，可以通过其破断时的应力、试件的延伸率、断面收缩率等，评价材料力学性能指标的变化。若试验完成后没有出现完全破断，则对试样进行裂纹检查，试样每单位长度上的裂纹数，可用于比较开裂敏感性尤其是氢致裂纹萌生的敏感性。如果使用这种方法，应确定测定裂纹数目的方法，例如金相检验试样截面能够发现肉眼看不见的小裂纹。注意，除了待评价的试验材料，应当选取一种典型的应力环境敏感材料作为对比，通过对比性试验完成材料抗环境攻击能力的评价。
[0038]下面详细介绍本实用新型中的一种适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，该适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置4含有第一安装板41和第二安装板42，第一安装板41和第二安装板42上下间隔设置，第一安装板41和第二安装板42之间通过第一支撑筋板44连接固定，第一安装板41上设有第一安装通孔45，第二安装板42上设有与第一安装通孔45相对应的第二螺纹孔46，第一安装通孔45的轴线与第二螺纹孔46的轴线重合，如图1和图2所示。
[0039]第一安装板41和第二安装板42均为圆形，第一安装板41和第二安装板42相互平行，第一支撑筋板44呈十字形，第一安装板41的轴线、第二安装板42的轴线和第一支撑筋板44的轴线重合，第一安装板41和第二安装板42之间形成四个扇形区域，第一安装通孔45和第二螺纹孔46的位置与该扇形区域相对应，如图2所示，本实施例中，每个该扇形区域内对应的含有两个第一安装通孔45和两个第二螺纹孔46，第一安装通孔45的直径大于等于第二螺纹孔46的直径。
[0040]第二安装板42位于第一安装板41的下方，第一安装板41的上方还设有保护板43，保护板43与第一安装板41平行，保护板43与第一安装板41之间通过第二支撑筋板47连接固定，第二支撑筋板47呈十字形，第二支撑筋板47和第一支撑筋板44的大小及形状相同，沿第一支撑筋板44的轴向第二支撑筋板47和第一支撑筋板44的投影重合，保护板43为圆形，保护板43设有与该扇形区域相对应四个扇形通孔，保护板43的厚度小于第一安装板41和第二安装板42的厚度。
[0041]在本实施例中，保护板43的厚度为5mm，第一安装板41、第二安装板42、第一支撑筋板44和第二支撑筋板47的厚度均为20mm，以保证加载时装置具有足够的刚度。该适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置4的制造材料应具备较高的抵抗试验环境攻击的能力。第一安装板41和第二安装板42之间的距离为12.5mm，第一安装板41和保护板43之间的距离为17.5mm。
[0042]以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
【主权项】
1.一种适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，该适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置(4)含有第一安装板(41)和第二安装板(42)，第一安装板(41)和第二安装板(42)间隔设置，第一安装板(41)和第二安装板(42)之间通过第一支撑筋板(44)连接固定，第一安装板(41)上设有第一安装通孔(45)，第二安装板(42)上设有与第一安装通孔(45)相对应的第二螺纹孔(46)，第一安装通孔(45)的轴线与第二螺纹孔(46)的轴线重合。
2.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第一安装板(41)和第二安装板(42)均为圆形，第一安装板(41)和第二安装板(42)相互平行。
3.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第一安装板(41)和第二安装板(42)的大小和形状相同。
4.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第一支撑筋板(44)呈十字形，第一安装板(41)的轴线、第二安装板(42)的轴线和第一支撑筋板(44)的轴线重合，第一安装板(41)和第二安装板(42)之间形成四个扇形区域，第一安装通孔(45)和第二螺纹孔(46)的位置与该扇形区域相对应。
5.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第一安装通孔(45)的直径大于等于第二螺纹孔(46)的直径。
6.根据权利要求1所述的适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第一安装板(41)和第二安装板(42)之间的距离为12.5mm。
7.根据权利要求4所述的适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第二安装板(42)位于第一安装板(41)的下方，第一安装板(41)的上方还设有保护板(43)，保护板(43)与第一安装板(41)平行，保护板(43)与第一安装板(41)之间通过第二支撑筋板(47)连接固定。
8.根据权利要求7所述的适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第二支撑筋板(47)呈十字形，沿第一支撑筋板(44)的轴向第二支撑筋板(47)和第一支撑筋板(44)的投影重合。
9.根据权利要求7所述的适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，保护板(43)为圆形，保护板(43)内设有与该扇形区域相对应四个扇形通孔，保护板(43)的厚度小于第一安装板(41)的厚度，保护板(43)的厚度小于第二安装板(42)的厚度。
10.根据权利要求7所述的适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，其特征在于，第一安装板(41)和保护板(43)之间的距离为17.5_。
【专利摘要】本实用新型提供了一种适用于应力敏感环境的恒载荷拉伸试验装置，含有第一安装板(41)和第二安装板(42)，第一安装板(41)和第二安装板(42)间隔设置，第一安装板(41)和第二安装板(42)之间通过第一支撑筋板(44)连接固定，第一安装板(41)上设有第一安装通孔(45)，第二安装板(42)上设有与第一安装通孔(45)相对应的第二螺纹孔(46)，第一安装通孔(45)的轴线与第二螺纹孔(46)的轴线重合。该试验装置能够被用于模拟金属材料在应力敏感环境中受恒载荷，从而通过衡量其断裂载荷、断裂后的延伸率、断面收缩率、未断裂试样表面裂纹的多少及长度等指标，评价材料抗环境劣化的能力。
【IPC分类】G01N3-08
【公开号】CN204613030
【申请号】CN201520347947
【发明人】翟建明, 寿比南, 徐彤, 赵博, 宋明, 桂乐乐, 路晓瑜
【申请人】中国特种设备检测研究院
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月26日