一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統及方法技術方案

本發明專利技術涉及一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統。該系統包括：高溫力學加載系統，用以提供高溫環境和軸向載荷；內壓加載系統，用以向試樣的管道內提供一定壓力的氣體，形成內壓載荷，并設有卸荷閥用以泄壓；應變在線檢測系統，高溫電阻應變片點焊在試樣表面，并通過導線與應變采集儀相連，應變采集儀連接至計算機，通過測量高溫電阻應變片的電阻值變化對試樣的應變進行在線檢測和計算。本發明專利技術能夠實現內壓載荷和拉伸載荷同時加載，用于內壓載荷和拉伸載荷共同作用下材料的高溫多軸蠕變行為研究，通過控制內壓載荷和拉伸載荷的大小，從而研究多軸度對材料蠕變行為的影響，從而準確揭示材料在多軸度應力狀態下的蠕變演化規律。

Multi axial creep test system and method for realizing internal pressure and tension combined loading

The invention relates to a multi axial creep test system for realizing internal pressure and tension combined loading. The system includes: high temperature mechanical loading system, to provide high temperature and axial load; internal pressure loading system, using gas to provide a certain pressure to the specimen in the pipeline and the formation of internal pressure, and an unloading valve for pressure relief; strain on-line detection system, high temperature electric resistance strain gauge in spot welding specimen the surface, and is connected with the strain acquisition instrument by wires, strain collection device connected to the computer, through the measurement of high temperature resistance strain strain changes on the samples of the online detection and calculation. The invention can realize the inner pressure and tensile load loading, for common action of high temperature creep behavior of materials under multiaxial tensile loads and loads of internal pressure, by controlling the internal pressure load and tensile load size, so as to study the multi axis degree influence on the creep behavior of the material, so as to reveal the material in multi axis should be the evolution of stress creep.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于材料的高溫多軸蠕變試驗
，特別涉及一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統及方法。
技術介紹
發展高參數、大容量的超(超)臨界燃煤發電技術是減少二氧化碳排放的最經濟最有效的途徑。隨著蒸汽參數的提高，對超(超)臨界機組關鍵部件材料的安全性和可靠性提出了更高的要求。高溫部件破壞的最主要形式是蠕變，因此在超(超)臨界機組設計選材時，必須考慮材料的蠕變性能。超(超)臨界機組鍋爐高溫關鍵部件，例如，鍋爐的過熱器、再熱器、主蒸汽管道等，或因為受到多種載荷的共同作用、或因為自身幾何形狀的不規則，大部分都處于多軸應力狀態，這種多軸應力狀態影響著材料的蠕變壽命。當前設計時大多采用的是處于單軸應力狀態的蠕變數據，有異于材料所處的實際情況，材料實際壽命比設計壽命相差甚遠。因此，需要研究多軸應力狀態下高溫材料的蠕變行為，弄清楚電廠高溫部件在多軸應力狀態下蠕變失效的機理。目前該領域現有的研究方法無法反應高溫部件材料在高溫下的多軸蠕變演化過程，從而無法正確評估多軸度對其壽命的影響。查閱資料發現，目前已有的多軸蠕變實驗系統或不能精確控制多軸度的變化，或無法接近現場部件的真實情況。
技術實現思路
針對現有技術不足，本專利技術提供了一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統及方法。一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統，包括高溫力學加載系統、內壓加載系統和應變在線檢測系統；所述高溫力學加載系統用以提供高溫環境和軸向載荷；所述內壓加載系統用以向試樣的管道內提供一定壓力的氣體，形成內壓載荷，并設有卸荷閥用以泄壓；所述應變在線檢測系統，高溫電阻應變片點焊在試樣表面，并通過導線與應變采集儀相連，應變采集儀連接至計算機，通過測量高溫電阻應變片的電阻值變化對試樣的應變進行在線檢測和計算。優選地，在試樣表面，沿管道的軸向和周向分別點焊高溫電阻應變片。所述高溫力學加載系統包括拉伸機，拉伸機的加熱爐為中空的管式爐，試樣的上下兩端分別與拉伸機的上拉桿和下拉桿連接而安裝在加熱爐內，通過上拉桿和下拉桿拉伸試樣，形成軸向載荷。所述內壓加載系統，氣瓶、閥門、增壓泵、高壓截止閥、壓力表和試樣通過管路依次連接形成內壓加載通路；增壓泵和高壓截止閥之間設置三通并接第一卸荷閥；高壓截止閥和壓力表之間設置三通并接第二卸荷閥。所述試樣的上下兩端分別連接上接頭和下接頭，進氣導管穿過所述下接頭而連通試樣內部。優選地，在試樣的管道內裝有填充棒，以填充試樣內部空間而保證試驗的安全性。優選地，所述填充棒的外徑比試樣的薄壁管的內徑小1-2mm，長度比試樣的長度小1-2mm。進一步優選地，所述填充棒采用與試樣相同的材料。所述氣體為惰性氣體，保證其在高溫下性能穩定。一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗方法，試樣安裝在高溫力學加載系統上，由高溫力學加載系統提供高溫環境和軸向載荷；內壓加載系統向試樣的管道內提供一定壓力的氣體，對試樣的內壁形成內壓載荷；通過改變內壓載荷和軸向載荷的大小形成不同的多軸度應力；隨著試樣發生變形，應變采集儀在線采集試樣表面高溫電阻應變片的電阻值變化，并將數據傳輸給計算機進行在線記錄和計算處理。本專利技術的有益效果為：本專利技術能夠同時實現內壓和拉伸兩種加載方式，可用于內壓載荷和拉伸載荷共同作用下材料的高溫多軸蠕變行為研究，通過控制內壓載荷和拉伸載荷的大小，從而精確控制多軸度變化，研究多軸度對材料蠕變行為的影響，從而準確揭示材料在多軸度應力狀態下的蠕變演化規律；本專利技術的溫度可以到達600℃以上、內壓可以達到25MPa以上，能夠真實模擬超(超)臨界機組工作溫度和壓力，有效的反應實際承壓部件材料的高溫蠕變性能，為實際承受內壓載荷的設備的安全可靠運行提供理論依據。本專利技術通過在試樣內部加裝填充棒、使用惰性氣體產生內壓、設置泄荷閥以保證試驗的安全性。附圖說明圖1為一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統的整體結構示意圖；圖2為試樣結構示意圖；圖3為試樣加載部位的局部結構示意圖。標號說明：1-上拉桿；2-加熱爐；3-試樣；4-薄壁管；5-進氣導管；6-下拉桿；7-球形連接座；8-手輪；9-平衡鉈；10-立柱；11-上爐堵；12-上接頭；13-高溫電阻應變片；14-填充棒；15-下接頭；16-下爐堵；17-控制臺；18-氣瓶；19-閥門；20-增壓泵；21-第一卸荷閥；22-高壓截止閥；23-第二卸荷閥；24-壓力表；25-應變采集儀；26-計算機。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術做進一步說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本專利技術的范圍及其應用。如圖1所述一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統，包括高溫力學加載系統、內壓加載系統和應變在線檢測系統；所述高溫力學加載系統用以提供高溫環境和軸向載荷；其包括拉伸機，拉伸機的加熱爐2為中空的管式爐，固定在拉伸機的左右立柱10上；拉伸機頂部裝有平衡鉈9，平衡鉈9與調平機連接，由控制臺17控制調平機進行調平。平衡鉈9下方連接上側的球形連接座7，上拉桿1的上端與上側的球形連接座7連接，下端穿過上爐堵11伸入加熱爐2內；下拉桿6的上端穿過下爐堵16伸入加熱爐2內，下端與下側的球形連接座7連接，下側的球形連接座7與手輪8相連，手輪8連接至拉伸機的液壓系統；上拉桿1的下端和下拉桿6的上端均設有夾持件，用于試樣3的固定和加載載荷。所述內壓加載系統用以向試樣3的管道內提供一定壓力的氣體，形成內壓載荷，并設有卸荷閥用以泄壓。所述應變在線檢測系統，高溫電阻應變片13點焊在試樣3表面，并通過導線與應變采集儀25相連，應變采集儀25連接至計算機26，通過測量高溫電阻應變片13的電阻值變化對試樣3的應變進行在線檢測和計算。以下說明一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統的工作方法。(1)如圖2所示，試樣3的中部為薄壁管4，將上接頭12與試樣3的一端通過焊接形式連接，進氣導管5穿過所述下接頭15而通入試樣3內，并將下接頭15與進氣導管5通過焊接形式連接，將填充棒14放入試樣3內部，以填充試樣3內部空間而保證試驗的安全性，其中，一種優選方案為，所述填充棒14采用與試樣3相同的材料，且填充棒的外徑比試樣的薄壁管的內徑小1-2mm，長度比試樣的長度小1-2mm。然后將下接頭15與試樣3的另一端通過焊接形式連接；將高溫電阻應變片13點焊在薄壁管4的中部表面，沿管道的軸向和周向分別點焊高溫電阻應變片13；(2)如圖3所示，分別將試樣3的上接頭12和下接頭15與拉伸機的上拉桿1和下拉桿6通過螺紋形式連接，從而將試樣3安裝在加熱爐2中部，將加熱爐2的熱電偶綁定在試樣3上；(3)導線的一端連接高溫電阻應變片13，另一端連接應變采集儀25，并將應變采集儀25與計算機26相連接；(4)將氣瓶18通過閥門19與增壓泵20連接，將增壓泵20的出口通過三通接頭分別與第一卸荷閥21和高壓截止閥22連接，將高壓截止閥22和第二卸荷閥23通過另一個三通接頭分別與壓力表24的入口連接，將壓力表24的出口和進氣導管5連接，完成內壓加載系統的連接，形成內壓加載通路；(5)通過加熱爐控制器設置好試驗參數，加熱爐2開始加熱；待溫度條件滿足拉伸實驗要求，開始軸向加載，拉伸機通過上拉桿1和下拉桿6拉伸試樣3，形成恒定的軸向載荷；(6)關本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統，其特征在于，包括高溫力學加載系統、內壓加載系統和應變在線檢測系統；所述高溫力學加載系統用以提供高溫環境和軸向載荷；所述內壓加載系統用以向試樣的管道內提供一定壓力的氣體，形成內壓載荷，并設有卸荷閥用以泄壓；所述應變在線檢測系統，高溫電阻應變片點焊在試樣表面，并通過導線與應變采集儀相連，應變采集儀連接至計算機，通過測量高溫電阻應變片的電阻值變化對試樣的應變進行在線檢測和計算。

【技術特征摘要】
1.一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統，其特征在于，包括高溫力學加載系統、內壓加載系統和應變在線檢測系統；所述高溫力學加載系統用以提供高溫環境和軸向載荷；所述內壓加載系統用以向試樣的管道內提供一定壓力的氣體，形成內壓載荷，并設有卸荷閥用以泄壓；所述應變在線檢測系統，高溫電阻應變片點焊在試樣表面，并通過導線與應變采集儀相連，應變采集儀連接至計算機，通過測量高溫電阻應變片的電阻值變化對試樣的應變進行在線檢測和計算。2.根據權利要求1所述一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統，其特征在于，在試樣表面，沿管道的軸向和周向分別點焊高溫電阻應變片。3.根據權利要求1所述一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統，其特征在于，所述高溫力學加載系統包括拉伸機，拉伸機的加熱爐為中空的管式爐，試樣的上下兩端分別與拉伸機的上拉桿和下拉桿連接而安裝在加熱爐內，通過上拉桿和下拉桿拉伸試樣，形成軸向載荷。4.根據權利要求1所述一種實現內壓和拉伸組合加載的多軸蠕變試驗系統，其特征在于，所述內壓加載系統，氣瓶、閥門、增壓泵、高壓截止閥、壓力表和試樣通過管路依次連接形成內壓加載通路；增壓泵和高壓截止閥之間設置三通并接第一卸荷閥；高壓截止閥和壓力表之間設置三通并接第二卸荷閥。5.根據權利要求1所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：藍翔，徐鴻，倪永中，李鴻源，常愿，朱赫，梁梓鈺，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京;11