[發明專利]一種蠕變-疲勞交互作用試驗裝置及其載荷加卸載方法

有效

• 申請號: 201110422961.8
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102419288A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 林富生;孫康;侍克獻;楊昌順;符銳;馬云海
• 申請（專利權）人: 上海發電設備成套設計研究院
• 主分類號: G01N3/34
• 分類號: G01N3/34
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

技術領域

?本發明涉及一種金屬材料的蠕變-疲勞性能檢測試驗裝置及采用該裝置的方法，適用于檢測材料在蠕變-疲勞交互作用條件下的性能，屬于高溫材料技術領域。

背景技術

發電設備、石油化工和航空航天高溫部件常在高溫下承受周期性力，在運行過程中其材料或結構受到蠕變-疲勞交互作用。蠕變損傷和疲勞損傷具有不同的損傷機理，兩者交互作用下的損傷情況非常復雜，必須通過試驗了解掌握材料在蠕變-疲勞交互作用下的行為。目前采用比較多的蠕變-疲勞交互作用試驗裝置有電子疲勞試驗機和電液伺服試驗機兩種，都是采用電子負荷傳感器控制力的變化。這兩種試驗機能夠進行蠕變-疲勞交互作用試驗，但試驗時間一般較短。由于應用于發電設備等高溫長時運行裝置的蠕變-疲勞交互作用試驗一般均為高溫長時試驗，試驗臺時通常需要達到幾千小時，甚至幾萬或幾十萬小時，對上述試驗機的負荷傳感器的零飄和長時穩定性提出了很大的挑戰。目前，電子負荷傳感器由于電子干擾和電子元件老化等引起的力值變化在長期試驗過程中難以測定，可能導致試驗結果的可靠性問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種試驗裝置，該試驗裝置是對常規的杠桿式蠕變持久試驗機進行改造，使其具有循環加卸載功能，增加進行蠕變-疲勞交互作用試驗的功能。本發明的另一個目的是提供了一種采用該裝置的方法。

為了達到上述目的，本發明的一個技術方案提供了一種蠕變-疲勞交互作用試驗裝置，包括杠桿，杠桿的一端與設于高溫加熱爐內的試樣相連，另一端連接上吊桿，上吊桿連接下吊桿，在上吊桿及下吊桿上分別設有上砝碼托盤及下砝碼托盤，上砝碼及下砝碼分別設于上砝碼托盤及下砝碼托盤上，加卸載托盤位于下砝碼托盤的下方，加卸載托盤設于加卸載傳動機構上，試樣通過拉桿連接調平傳動機構，其特征在于：杠桿與上吊桿相連的端部與調平用位移傳感器相連，調平用位移傳感器連接可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器分別連接一變頻電機機構，調平傳動機構及加卸載傳動機構分別由一變頻電機機構驅動。

優選地，所述變頻電機機構為相連的電機及變頻器，變頻器與所述可編程邏輯控制器相連，電機驅動所述調平傳動機構和/或加卸載傳動機構。

優選地，所述變頻電機機構為具有變頻功能的變頻電機。

優選地，所述上吊桿與所述下吊桿之間通過銷子相連。

本發明的另一個技術方案是提供了一種采用了上述蠕變-疲勞交互作用試驗裝置的載荷加卸載方法，其特征在于，步驟為：

步驟1、采用高溫加熱爐將試樣加熱到試驗所需溫度；

步驟2、根據試驗應力及應力比計算最大載荷和最小載荷，其中最小載荷由加載在上砝碼托盤的上砝碼的重量實現，最大載荷由包括最小載荷、下吊桿的重量和下砝碼托盤的重量以及加載在下砝碼托盤上的下砝碼的重量實現；

步驟3、卸載時，通過變頻電機機構帶動加卸載托盤向上移動，托起下砝碼托盤及其上的上砝碼，使得試樣僅受最小載荷作用；

加載時，通過變頻電機機構帶動加卸載托盤向下移動，使得下吊桿與上吊桿之間形成進行剛性連接，從而使得試樣受最大載荷，由可編程邏輯控制器控制變頻電機機構的速率，也可以控制加載與卸載之間的時間間隔，從而可以執行不同保持時間和加卸載速率的蠕變-疲勞交互作用試驗；

同時在整個試驗過程中，由調平用位移傳感器實時反饋杠桿的位置信息給可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器根據反饋信息，及時控制與調平傳動機構相連的變頻電機機構進行正轉或反轉以保持杠桿處于水平狀態。

本發明可采用兩種方案：一種是采用可編程邏輯控制器PLC控制變頻器，變頻器控制加卸載電機的轉速及正反轉；另一種是通過可編程邏輯控制器PLC直接控制具有變頻功能的變頻電機的轉速及正反轉。加卸載電機的正轉和反轉會分別加載和卸載部分載荷，從而改變試驗載荷。通過控制加卸載電機的轉速來控制加卸載速率，從而達到蠕變-疲勞試驗所需的循環載荷效果。此外，本發明對整個調平裝置進行了改進，通過位移傳感器實時反饋杠桿水平情況，采用可編程邏輯控制器PLC控制調平電機和變頻器或是具有變頻功能的電機的運轉，使得杠桿在試驗過程中處于水平狀態。

本發明只需要對常規的杠桿式蠕變持久試驗機進行加卸載改造和改進控制系統就可增加蠕變-疲勞交互作用長期試驗功能，改造成本低，且易實現。同時由于試驗力是由砝碼通過杠桿系統施加的，力值變化通過加卸載砝碼實現，所以力值變化可靠，不受電子干擾和老化影響，具有杠桿式蠕變持久試驗機力值穩定、變化可靠等優點；另外，本發明采用位移傳感器進行杠桿調平控制，相對于傳統的采用光電限位開關控制技術來說控制精度更高。