[實用新型]一種低溫超聲疲勞試驗裝置

有效

• 申請號: 202021464898.5
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN213749446U
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 尹鴻祥;吳毅;張澎湃;張關震;李翔;張恒;趙方偉;吳斯;張弘;馮亦得
• 申請（專利權）人: 中國鐵道科學研究院集團有限公司金屬及化學研究所;北京中鐵科新材料技術有限公司;中國鐵道科學研究院集團有限公司
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11382
• 代理人: 黃慶芳

本實用新型提供一種低溫超聲疲勞試驗裝置，包括環境箱箱體(1)、控制箱(2)、控制箱(6)和液氮罐(8)，所述環境箱箱體(1)內部設置超聲疲勞試驗裝置(3)，超聲疲勞試驗裝置(3)通過第一線路(5)連接控制箱(6)，液氮罐(8)通過運輸管(9)連通環境箱箱體(1)，其中，運輸管(9)尾端設置電磁閥(10)，電磁閥(10)通過第二連接線(7)連接控制箱(6)。在超聲疲勞試驗機的基礎上，搭建具有低溫環境的試驗裝置，可模擬材料在低溫和交變載荷復合作用下的超長壽命疲勞損傷行為，對于研究材料的失效規律和保障裝備的安全具有重要的意義。

技術領域

本實用新型涉及金屬材料超高周疲勞性能測試領域，尤其是一種低溫超聲疲勞試驗裝置。

背景技術

低溫疲勞是一種材料在交變載荷和低溫環境聯合作用下發生損傷的一種失效模式，廣泛存在于在高寒地區的鐵路運輸、海洋作業等工作環境下。低溫疲勞的本質是低溫和疲勞協同作用的結果。構件處于低溫環境中疲勞強度大幅度增強，不易產生疲勞裂紋，但存在出現脆性斷裂的風險，從而在很短的時間里造成災難性的破壞和人員死亡。因此研究低溫對構件疲勞行為的影響是十分必要的。現階段低溫環境下工作的構件規定使用壽命均在10⁷循環周次以上：高寒地區鐵路車軸服役環境常年處于低溫，其壽命通常在30年以上，這意味著大約 10⁹的循環周次；在我國渤海灣地區服役的海洋石油平臺，在冬季其服役溫度可達220K，其循環周次要求達到10⁸以上。傳統疲勞設備頻率均在100Hz左右，完成一個10⁹周次的疲勞試驗需要連續進行115 天，而使用超聲疲勞試驗機(20k Hz)則只需要13.5小時，省時省力。但目前國內所使用的低溫環境箱存在著溫度控制精度不高，箱體內部溫度不均勻等嚴重問題，使得低溫疲勞問題的研究深度不足。

實用新型內容

為克服現有的缺陷，本實用新型提出了一種低溫超聲疲勞試驗裝置。

一種低溫超聲疲勞試驗裝置，包括環境箱箱體、控制箱和液氮罐，所述環境箱箱體內部設置超聲疲勞試驗裝置，超聲疲勞試驗裝置通過第一線路連接控制箱，液氮罐通過運輸管連通環境箱箱體，其中，運輸管尾端設置電磁閥，電磁閥通過第二連接線連接控制箱。運輸管與環境箱連接處采用波紋管形式，密封性提高，容易穩定溫度。

其中，環境箱箱體中設置支撐桿，支撐桿支撐第一線路，第一線路用內部支撐架支撐，以減少環形熱電偶的重力對超聲實驗的影響。

其中，環境箱箱體下端設置支撐架，以減少環境箱溫度的變化。

其中，環境箱箱體為矩形，環境箱箱體中設置隔板，環境箱箱體內一側上方設置通孔，超聲疲勞試驗裝置主軸穿過通孔進入環境箱箱體內部。

其中，疲勞式樣設置于超聲疲勞試驗裝置上，溫度傳感器設置在疲勞式樣上并連接第一線路。采用環形熱電偶測溫，拆卸方便且不會對式樣造成損害，同時也可以獲得式樣表面溫度。與粘結在試樣表面的測溫裝置相比，環形熱電偶測溫裝置與式樣之間無膠連，測溫的準確性提高。

其中，隔板設置于環境箱箱體中部，隔板上均勻設置通孔。液氮輸入至冷卻部分而不是直接與式樣接觸，可以避免在式樣內部出現溫度梯度。通孔可確保實驗部分溫度變化梯度小。

其中，隔板上設置風扇，確保箱體內溫度均勻。

其中，環境箱箱體側壁設置玻璃窗，內部設有照明裝置，可對實驗過程進行實時觀察。玻璃窗面涂有電阻圖層，電阻圖層通過連接線連接控制器。在外加36V電壓時可以產生熱量，達到除霜的效果，可對環境箱箱體內部觀察更清晰。

其中，環境箱箱體側壁設置隔溫棉，環境箱箱體內壁設置隔熱圖層。箱體采用夾層結構，夾層中間放置隔溫棉，箱體內表面涂有隔熱涂層，以減少溫度流失。

本實用新型提出一種低溫超聲疲勞試驗裝置，該由溫度傳感器感應式樣表面溫度，轉化為電信號傳遞給控制器，控制器通過電磁閥控制液氮流量，達到控制環境箱溫度的目的。