[發明專利]一種多功能微試樣測試系統、方法、石油化工及核電設備

在審

• 申請號: 202010427171.8
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111504800A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 宋明;魯巖杰;蔣文春;王炳英;劉代春;張玉財;楊濱
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）;煙臺新天地試驗技術有限公司
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/32;G01N3/60;G01N3/04;G01N3/06;G01N3/02;G05D27/02
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 馬金華

本發明屬于微試樣測試技術領域，公開了一種多功能微試樣測試系統、方法、石油化工與核電設備，主機框架，用于支撐固定底座、兩根圓柱形立柱、中橫梁和上橫梁；加載系統，用于實現載荷加載；冷卻系統，用于實現傳動軸冷卻；加熱爐，用于實現高溫測試的加熱，以及常溫測試時，形成特殊氣體的環境保護氛圍；高溫氣體保護系統，用于實現惰性氣體的保護；制冷系統，用于實現保溫，保證低溫測試時的溫度；夾裝機構，用于實現不同種材料試樣的夾裝和固定；測量控制系統，用于實現溫度、位移和載荷的測量與控制。本發明在低溫、常溫和高溫下對微試樣進行多種力學性能的測試，保證測試時加載及環境變量的穩定，測試結果準確。

技術領域

本發明屬于微試樣測試技術領域，尤其涉及一種多功能微試樣測試系統、方法、石油化工及核電設備。

背景技術

目前，石油化工、核電、航空航天、燃料電池等領域所使用的諸多設備或機械部件，長期服役在高溫高壓等極端條件或循環載荷下，如設備啟停、溫度和壓力波動、振動等工況，長期服役后材料的力學性能會發生劣化。另外，隨著國內外相關工業越來越多的設備已達到設計的使用壽命但設備仍然完好，各國工業面臨著設備完整性研究與延壽評估等嚴峻問題。因此，如何使用一種無損或者近乎無損的方法得到服役材料的多種綜合力學性能，即：一方面不對設備產生致命破壞性，另一方面對服役設備進行準確評估，保證其在延壽期限內安全運行成為工業上一個亟待解決的問題。而要對設備進行精確評估，必須對材料的力學性能，尤其是彈塑性、蠕變、疲勞等性能進行精確測試。常規材料測試如拉伸、蠕變、疲勞測試使用的試樣尺寸較大，取樣具有破壞性、測試成本高且無法對有限體積的材料進行多種力學性能測試。微試樣測試技術是一種使用微試樣進行材料測試的微損測試技術，現已廣泛用于測試材料的彈塑性性能、斷裂韌性、韌脆轉變溫度及高溫蠕變性能。

目前，國內外學者開始使用多種微試樣測試技術獲取材料力學性能，例如小沖桿技術測量材料的蠕變及疲勞性能，并已經證實使用小沖桿技術測試材料的蠕變及疲勞性能具有可行性。然而，由于微試樣測試所需試樣非常微小，施加的載荷較小，傳統試驗機的控制與測量系統，由于裝配及設計精度所限，得到的測試結果不夠準確，并且傳統的材料力學性能測試系統通常無法實現多種力學性能的測量。目前為止，仍沒有一種能夠對微試樣進行綜合測試的系統或裝置，因此提出一種多功能微試樣測試系統與方法具有重要意義。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：目前使用傳統材料測試技術進行彈塑性、疲勞、蠕變等力學性能測試時，由于微試樣所需載荷較小，傳統試驗機的控制系統所得到的測試結果不準確，并且，傳統測試裝置及現有的微試驗測試裝置無法對微試樣進行惡劣環境，例如高、低溫及多種氣氛環境下的綜合測試。

解決以上問題及缺陷的難度為：

(1)如何精確控制微試樣測量時所處環境的變量。

(2)如何通過結構設計、優化與傳感器布置，消除溫度與載荷對測試系統的影響，從而精確測量測試時載荷與位移變化。

(3)如何實現與服役相同的高溫、低溫與不同氣氛的測試環境。

(4)如何實現能夠對不同種類的試樣，例如金屬材料和非金屬材料微試樣的合理夾持。

解決以上問題及缺陷的意義為：

(1)由于材料力學性能受溫度、環境、拘束度等因素共同作用，精確控制微試樣測量時所處環境的變量，保證微試驗測試環境變量穩定并且合理夾持試樣，能夠得到精確的材料力學性能。

(2)通過結構設計、優化與傳感器布置，消除溫度與載荷對測試系統的影響，消除裝置由于加工和裝配帶來的精度誤差，從而精確測量測試時載荷與位移變化。

(3)通過設計的相應裝置與結構，使得微試樣測試環境與工作環境一致，保證得到服役設備材料力學性能準確性。