应用于高温高压鼓胀实验的夹持装置及操作方法

本发明涉及材料性能测试，尤其涉及一种应用于高温高压鼓胀实验的夹持装置，及该夹持装置的操作方法。

背景技术：

1、在石油化工、火力发电、航空航天以及核能等领域存在大量处于高温高压的承压设备。这些承压设备通常是金属构件，而这些金属构件在长期服役过程中，材料力学性能会随着时间的推移不断产生损伤劣化。因此，对在役承压设备力学性能的准确评估成为确保承压设备结构完整性的重要前提。传统的测试技术是通过在承压设备表面取出标准试样(通常尺寸为几厘米至十几厘米)进行力学性能试验，这种取样方式会对在役承压设备的结构完整性造成损坏，并导致取样区域强度削弱。

2、针对上述问题，近年来不断发展出多种微试样测试技术，如压痕试验方法[公开号：cn114674665 a，cn103558083 a，等]和小冲孔试验方法[公开号：cn111610109 b、cn1837797等]。这些方法只需要在承压设备表面截取一小部分材料制成金属薄圆片后进行测试，便可以获得材料在高温下的力学性能。然而，上述方法主要存在压头(压杆)本身刚度有限、压头(压杆)与试样之间存在无确定性的摩擦、压头(压杆)的对中度不稳定、本构模型过度依赖经验关联等因素的影响，测试结果可靠性不足。

3、为了解决上述问题，近年来出现一种可用于高温下金属试片力学性能测试的鼓胀试验装置[公开号：cn114112363 b、cn114166885a]，既保留了小冲孔试验方法微损的优点，且因为加载方式改为高温气压而又避免了小冲孔方法的劣势，同样可以获得材料高温持久性能数据，具有较好的应用前景。但现有的鼓胀试验夹持装置容易损坏；例如：上下夹具采用螺纹连接方式对测试试样边缘进行固定。在高温下，螺纹连接部位在多次使用后极易产生粘连现象，造成夹具损坏，损耗成本较高。下夹具的底部与气压进入口采用螺纹连接和加装垫片的方式进行密封。高温下，由于热量传递，极易造成密封垫片失效。此外，上夹具的接收孔部位通常需要加工倒角以防止应力集中现象发生。然而，倒角在长期的高温试验后会发生严重磨损，影响数据精度，需要进行频繁更换上夹具，造成材料浪费。所以现有的鼓胀试验夹持装置难以满足金属试片高温高压鼓胀试验的需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种不容易损坏的应用于高温高压鼓胀实验的夹持装置，其能满足金属试片高温高压鼓胀试验的需求。

2、为解决上述技术问题采用下述技术方案：

3、本发明提供一种应用于高温高压鼓胀实验的夹持装置，包括第一夹持部、第二夹持部及垫圈，所述第一夹持部及第二夹持部可拆卸连接；所述第一夹持部包括第一套筒及第二套筒；所述第一套筒及第二套筒可拆卸连接；所述第一套筒包括第一连接部，第二套筒包括第二连接部及第三连接部；所述第一连接部与第二连接部可拆卸连接；所述第三连接部与第二夹持部连接；所述第二夹持部包括支撑台；所述支撑台用于安装试样，所述第二连接部、第三连接部分别与支撑台之间具有间隙；在实验条件下，所述第一连接部与第二连接部连接，该第二连接部、第三连接部分别与加热部位具有预定距离；所述垫圈以可更换的方式安装于所述第一套筒内；所述垫圈设置有圆孔、第一倒角及第二倒角；所述第二夹持部设置有气道。

4、优选地，所述第一夹持部还包括顶杆，所述顶杆与所述第一套筒连接；所述第一套筒开设有第一通孔及第二通孔；所述第一通孔与第二通孔连通；所述顶杆包括第一杆体及第二杆体；所述第一杆体穿过所述第一通孔延伸至第二通孔内；所述第二杆体朝着远离第二通孔的方向延伸；所述顶杆用于更换所述垫圈。

5、优选地，所述第一套筒外径为40-50mm，长度为145-155mm；第一通孔的直径为6-15mm，第二通孔直径为22-30mm；第二通孔设有长为5-9mm的第一退刀槽；所述第一连接部为m36×2mm，第一连接部为内螺纹；所述第一退刀槽位于所述第一连接部位置与第一通孔之间。

6、优选地，所述第二套筒设有第三通孔及第二退刀槽；在实验条件下，所述第二夹持部的部分穿过该第三通孔延伸至第一套筒内；所述第二退刀槽及第三连接部分别位于第三通孔内，所述第二退刀槽位于所述第二连接部及第三连接部之间。

7、优选地，所述第二套筒外径为35-38mm，长度为180-220mm，所述第二连接部为m36×2mm，第二连接部为长度42-48mm的外螺纹；所述第三连接部为m30×2mm，所述第三连接部为长度为42-48mm的内螺纹，所述第二退刀槽长为5-9mm。

8、优选地，所述第二夹持部还包括第一支撑杆、第二支撑杆、第四连接部及第五连接部；所述第一支撑杆与第二支撑杆固定连接；所述第四连接部及第五连接部分别位于第二支撑杆上；所述第四连接部与所述第二套筒可拆卸连接；所述支撑台固定于所述第一支撑杆；所述第一支撑杆穿过所述第二套筒延伸至第一套筒内；所述第一支撑杆位于第一套筒及第二支撑杆之间。

9、优选地，所述支撑台外径为20-24mm，长度为15-20mm；所述第一支撑杆外径为22-28mm，长度为245-250mm；第二支撑杆直径为28-34mm，长度为212-218mm；所述第四连接部为m30×2mm，所述第四连接部为长度为43-48mm的外螺纹；所述第四五连接部为m22×1.5mm，所述第四五连接部为长度为18-22mm的外螺纹。

10、优选地，所述第一倒角朝向圆孔；所述第一倒角位于垫圈的第一表面；所述第二倒角位于垫圈的第二表面；所述第一表面与第二表面平行。

11、优选地，所述第二夹持部、第一套筒及第二套筒的外表面分别设置有键槽。

12、本发明还提供一种夹持装置应用于高温高压鼓胀实验的操作方法，其特征在于，所述夹持装置为以上任一项实施例所述的夹持装置，包括如下步骤：

13、在第一夹持部与第二夹持部处于分离状态下，和/或第一套筒与第二套筒处于分离状态下，将试样固定于第二夹持部的支撑台上；

14、在所述第一套筒与第二套筒处于分离状态下，将垫圈安装于所述第二套筒内；

15、将所述第一夹持部与第二夹持部连接，且将第一套筒与第二套筒连接；所述第二连接部的支撑台延伸至第二套筒内，所述第二夹持部的气道与第二套筒内部空间连通；

16、将第二夹持部加载气压，对第二夹持部与气压进入口进行密封，并将密封的位置浸没在水中；

17、将第一夹持部的部分放置于高温高压的实验设备内进行实验，在实验条件下，所述支撑台位于加热部内，第二连接部、第三连接部分别与加热部位具有预定距离；

18、实验完成后，取出或更换垫圈。

19、本发明有益效果：

20、本发明所述的一种应用于高温高压鼓胀实验的夹持装置，包括第一夹持部、第二夹持部及垫圈，所述第一夹持部及第二夹持部可拆卸连接；所述第一夹持部包括第一套筒及第二套筒；所述第一套筒及第二套筒可拆卸连接；所述第一套筒包括第一连接部，第二套筒包括第二连接部及第三连接部；所述第一连接部与第二连接部可拆卸连接；所述第三连接部与第二夹持部连接；所述第二夹持部包括支撑台；所述支撑台用于安装试样，所述第二连接部、第三连接部分别与支撑台之间具有间隙；在实验条件下，所述第一连接部及第二连接部连接，该第二连接部、第三连接部分别与加热部位具有预定距离；所述垫圈以可更换的方式安装于所述第一套筒内；所述垫圈设置有圆孔、第一倒角及第二倒角；所述第二夹持部设置有气道。本发明的夹持装置及其使用方法。垫圈的圆孔充当鼓胀实验爆破时应力的接收孔。通过在垫圈上设置第一倒角，可以防止圆孔处发生应力集中现象。设置第二倒角可以避免由于加工精度造成的垫圈外边缘与第一夹持部内孔拐角处之间的装配误差。然而，倒角在长期的高温试验后会发生严重磨损，通过设置可更换的垫圈，可以避免因倒角磨损而造成数据精度的影响。仅需更换垫圈，相对于现有技术中更换上夹具而言，不会造成材料浪费，达到降低成本的目的。所以本发明的鼓胀试验夹持装置难以发生严重磨损，从而满足金属试片高温高压鼓胀试验的需求。

21、此外，由于可拆卸连接所述第一夹持部和第二夹持部的第二连接部、第三连接部分别与支撑台之间具有间隙。在实验条件下，所述所述第一连接部及第二连接部连接，该第二连接部、第三连接部分别与加热部位具有预定距离，使得第二连接部及第三连接部均位于加热炉炉体的下部，避免长期高温高压环境使第二连接部及第三连接部发生粘连，夹持装置的使用寿命大大提高。

22、此外，在实验过程中，在第二夹持部的气道处加载气压，对第二夹持部与气压进入口进行密封，并将密封的位置浸没在水中。所述第二夹持部的第二支撑杆与气压进入设备之间的气密性为试验是否成功的关键。所述的第二夹持部相比现有夹持装置的相同作用支撑杆总长有所提高，使其与气压进入口可以一同浸入到水槽中，便于在试验过程中观察该区域的漏气现象。