一种用于小直径整管拉伸试验的试样及加载装置

技术领域

本发明属于金属材料理化力学性能检测领域，具体涉及一种小直径整管拉伸试验的试样及加载装置。

背景技术

目前，国内管材高温拉伸试验多采用《GB/T 4338-2006金属材料高温拉伸试验方法》通过在室温拉伸机上加装对开式电阻炉进行检测。实验过程中由于炉体无密封设计，因此拉伸过程中试样表面不可避免地发生氧化，而对于小直径管(如直径≤16mm的管材)特别是薄壁管材(如壁厚在0.5-3mm的范围内)而言升温过程中的氧化一方面影响材料高温拉伸性能的测量，另一方面也对拉伸后试样断口及断后组织信息的提取造成不利影响。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的第一个目的是提供一种小直径整管拉伸试验的试样，可以避免小直径的管体在金属材料高温或常温拉伸实验过程中因样品氧化而产生的不确定因素。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种用于小直径整管拉伸试验的试样，包括小直径的管体和设置于所述管体长度方向两端的通孔销，所述通孔销的一端与所述管体连接，所述通孔销的另一端与拉伸装置连接，部分所述通孔销伸入所述管体，部分所述通孔销伸入所述拉伸装置，所述通孔销与所述管体之间设置有卡销，所述卡销横穿所述通孔销和所述管体。小直径的管体和位于其长度方向两端的通孔销通过焊接连接构成整管试样，试样中设置有横穿管体和通孔销的卡销，通过设置相应尺寸的卡销从而稳定地连接管体与通孔销而形成整管试样，通孔销伸入拉伸装置的部分通过螺纹与拉伸装置连接，拉伸装置用于与通孔销连接即可不用接触小直径的管体，不会在拉伸过程中对小直径的管体造成损伤，如此结构的整管结构适用于小直径管体的拉伸试验。

上述技术方案中，优选地，所述通孔销包括限位部、设置于所述限位部一端的第一连接部和设置于所述限位部另一端的第二连接部，所述通孔销设置有贯穿所述第一连接部、所述限位部和所述第二连接部的通气孔，所述第一连接部伸入所述拉伸装置内，所述第二连接部伸入所述管体内，所述卡销横穿所述第二连接部和所述管体。通孔销位于试样的两端，其作用一方面与拉伸装置相连，固定管体，支撑管体的管壁，用于与拉伸装置连接实现管体长度方向的拉伸，另一方面其内部的通气孔为管体内壁输送惰性气体提供不可缺少的一段通道，进而避免管体的内壁试验过程中发生氧化。

上述技术方案中，再进一步优选地，所述第二连接部远离所述限位部的一端的边缘向内收缩形成圆台体，所述第二连接部包括靠近所述限位部的圆柱体和远离所述限位部的圆台体。第二连接部为圆柱体型，其远离限位部的一端的边缘向内收缩形成圆台体，从而方便通孔销伸入管体内，靠近限位部的圆柱体与管体之间穿过卡销。

上述技术方案中，更进一步优选地，所述卡销横穿所述圆柱体和所述管体，所述卡销的直径小于所述通气孔的内径。卡销的直径小于通气孔的内径，从而不影响惰性气体在通气孔内的流动。

本发明的第二个目的是提供一种小直径整管拉伸试验的加载装置，可以避免小直径的管体在金属材料高温或常温拉伸实验过程中因样品氧化而产生的不确定因素，为了达到上述第二个目的，本发明采用以下的技术方案：

一种小直径整管拉伸试验的加载装置，包括加热釜、夹持装置和所述拉伸装置，所述试样沿所述加热釜的高度方向设置于所述加热釜内，所述试样长度方向的两端连接所述拉伸装置，所述拉伸装置内开设有第一通气槽和第二通气槽，所述第一通气槽与所述加热釜连通，所述第一通气槽用于向所述试样的外壁送入惰性气体，所述第二通气槽与所述试样的内腔连通，位于所述试样长度方向两端的拉伸装置中的其中一个拉伸装置中的第二通气槽用于向所述试样的内壁送入所述惰性气体，位于所述试样长度方向两端的拉伸装置中的另外一个拉伸装置中的第二通气槽用于送出所述惰性气体，所述试样的长度小于所述加热釜的高度，部分所述拉伸装置位于所述加热釜内，所述夹持装置位于所述加热釜外。试样长度方向两端设置拉伸装置和夹持装置，实现对试样进行长度方向的拉伸，拉伸装置内设置第一通气槽和第二通气槽，实现对试样的外壁和内壁输送惰性气体，进而避免试样内壁和外壁在试验过程中发生氧化。

上述技术方案中，优选地，所述拉伸装置上设置有第一接管头和第二接接管头，所述第一接管头的一端与装有惰性气体的惰性气体储存装置连通，所述第一接管头的另一端伸入所述拉伸装置内并与所述第一通气槽连通，所述第一通气槽远离所述第一接管头的一端连接有第一导气管，所述第一导气管设置于所述试样的外部，所述第一导气管上开设有多个开口朝向所述管体的吹气孔；所述第二接管头的一端伸入所述拉伸装置内并与所述第二通气槽连通，所述第二通气槽的另一端与所述第一连接部连接，两个所述第二接管头中的其中一个第二接管头的另一端与所述惰性气体储存装置连通，两个所述第二接管头中的另外一个第二接管头的另一端与外界空气连通。惰性气体通过分别通过两个第一接管头、对应侧第一通气槽、对应侧第一导气管和第一导气管上的吹气孔对管体的外壁输送惰性气体，从而从自上向下和自下向上的两个运行方向对试样的管体的外壁输送惰性气体，第一导气管上分布有小尺寸的吹气孔，惰性气体经吹气孔均匀吹扫于管体的外壁上。

上述技术方案中，进一步优选地，两个所述第二接管头中位于所述加热釜上部的所述第二接管头用于与所述惰性气体储存装置连通，两个所述第二接管头中位于所述加热釜下部的所述第二接管头用于与外界空气连通。惰性气体依次通过与惰性气体储存装置连通的第二接管头、第二通气槽、通气孔、管体的内腔、通气孔、第二通气槽、与外界空气连通的第二接管头而实现对管体的内壁输送惰性气体，进而避免管体的内壁氧化。

上述技术方案中，再进一步优选地，所述加热釜包括沿竖直方向中心线对称设置的第一加热釜体和第二加热釜体，所述第一加热釜体和所述第二加热釜体之间具有透气腔，位于所述加热釜上方的所述第一接管头位于所述第一加热釜体和所述第二加热釜体中的其中一个加热釜体的上方，位于所述加热釜下方的所述第一接管头位于所述第一加热釜体和所述第二加热釜体中的另一个加热釜体的下方。位于加热釜上方和下方的两个第一接管头位于不同的加热釜体内，进而其各自连通相应侧的第一通气槽、第一导气管位于不同的加热釜体内，两个第一导气管分别从不同的加热釜体(进而管体径向的不同方向)和不同的方向(自上向下或自下向上)对管体的外壁进行输送惰性气体而避免管体的外壁氧化。

上述技术方案中，更进一步优选地，所述试样上设置有用于实时监测所述试样位移变化的位移监测装置和和用于实时测量所述加热釜内温度的温度监测装置，所述位移监测装置的一端设置于所述管体的外壁面上，所述位移监测装置的另一端伸出所述透气腔，所述温度监测装置套设在所述管体的外壁上。加热釜为对开式电阻炉，温度监测装置为热电偶，位移监测装置为引伸计，试验过程中通过温度监测装置控制温度并使得管体处于恒定的试验温度条件下，两个监测装置分别用于实时监测加热釜内试样位移变化和温度，从而实时监测位移变化，精准控制试验温度。

上述技术方案中，还进一步优选地，所述拉伸装置包括靠近所述试样的宽部和远离所述试样的窄部，所述宽部连接有所述第一接管头和所述第二接管头，所述宽部内设置所述第一通气槽和所述第二通气槽，所述窄部用于连接所述夹持装置，所述夹持装置包括两个设置在所述窄部的外壁面上的斜拉块。斜拉快通过夹持拉伸装置为试验过程中的试样加载载荷。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

1.在不改变现有室温拉伸机构造的前提下，可以准确的为小直径管试样高温整管拉伸试验提供稳定的惰性气体环境，从而避免实验过程中因样品氧化而产生的不确定因素。

2.降低了设备改造费用，经济成本低，为小直径管高温拉伸性能的准确评估与试验后的断口研究提供了设备基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例中小直径整管拉伸试验的加载装置的结构示意图；

图2为本发明优选实施例中小直径整管拉伸试验的加载装置的结构示意图(去掉一个的加热釜体)；

图3为本发明优选实施例中小直径整管拉伸试验的加载装置的俯视图；

图4为图3的A-A截面示意图；

图5为本发明优选实施例中试样的结构示意图。

其中：试样-100；第一通孔销-110；第二通孔销-120；小直径管-130；通气孔-140；卡销-150；第一拉伸装置-200；上部第一接管头-210；上部第一通气槽-211；上部第一导气管-212；上部第二接接管头-220；上部-第二通气槽221；第二拉伸装置-300；下部第一接管头-310；下部第一通气槽-311；下部第一导气管-312；下部第二接接管头-320；第一斜拉块-410；第二斜拉块-420；第一加热釜体-510；第二加热釜体-520；透气腔-530；位移监测装置-610；温度监测装置-620。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参照附图1-5，本实施例的小直径整管拉伸试验的加载装置，适用于小直径管的高温拉伸性能的测量试验，具体的，该加载装置包括加热釜、第一拉伸装置200、第二拉伸装置300、用于夹持第一拉伸装置200的两个第一斜拉块410、用于夹持第二拉伸装置300的两个第二斜拉块420，其中，加热釜为对开式电阻炉，加热釜包括沿竖直方向中心线对称设置的第一加热釜体510和第二加热釜体520，第一加热釜体510和第二加热釜体520之间具有透气腔530，试样100沿加热釜的高度方向设置于加热釜内，试样100长度方向的两端分别连接第一拉伸装置200和第二拉伸装置300，且试样100的长度小于加热釜的高度。

试样100包括小直径管130、设置于小直径管130上端的第一通孔销110和设置于小直径管130下端的第二通孔销120，第一通孔销110和第二通孔销120均包括限位部、设置于限位部一端的第一连接部和设置于限位部另一端的第二连接部，第一通孔销110和第二通孔销120均设置有贯穿其第一连接部、限位部和第二连接部的通气孔140。

第一拉伸装置200和第二拉伸装置300均包括靠近试样100的宽部和远离试样100的窄部，第一拉伸装置200上的两个第一斜拉块410以及第二拉伸装置300上的两个第二斜拉块420夹持在相应拉伸装置的窄部的外壁面上的，第一拉伸装置200的宽部上设置有上部第一接管头210和上部第二接接管头220，其中，上部第一接管头210位于第二加热釜体520的上方，上部第二接接管头220位于第一加热釜体510的上方，第一拉伸装置200内开设有上部第一通气槽211和上部第二通气槽221，上部第一接管头210的一端与装有惰性气体的惰性气体储存装置连通，上部第一接管头210的另一端伸入第一拉伸装置200内并与上部第一通气槽211连通，上部第一通气槽211远离上部第一接管头210的一端连接有上部第一导气管212，上部第一导气管212设置于试样100的外部，其长度延伸方向与试样100的长度延伸方向一致，上部第一导气管212上开设有多个开口朝向小直径管130的吹气孔。同样，第二拉伸装置300的宽部上设置有下部第一接管头310和下部第二接接管头320，其中，下部第一接管头310位于第一加热釜体510的下方，下部第二接接管头320位于第二加热釜体520的下方，第二拉伸装置300内开设有下部第一通气槽311和下部第二通气槽321，下部第一接管头310的一端与装有惰性气体的惰性气体储存装置连通，下部第一接管头310的另一端伸入第二拉伸装置300内并与下部第一通气槽311连通，下部第一通气槽311远离下部第一接管头310的一端连接有下部第一导气管312，下部第一导气管312设置于试样100的外部，下部第一导气管312的长度延伸方向与试样100的长度延伸方向一致，下部第一导气管312上开设有多个开口朝向小直径管130的吹气孔。上部第一接管头210和下部第一接管头310位于不同的加热釜体内，进而其各自连通相应侧的第一通气槽、第一导气管位于不同的加热釜体内，上部第一导气管212和下部第一导气管312分别从不同的加热釜体(进而小直径管径向的不同方向)和不同的方向(自上向下或自下向上)对小直径管130的外壁进行输送惰性气体而避免小直径管130的外壁氧化。

上部第二接管头220的一端与惰性气体储存装置连接，上部第二接管头220的另一端伸入第一拉伸装置200内并与上部第二通气槽221连通，上部第二通气槽221的另一端与第一通孔销110的第一连接部连接，而第一通孔销110的第二连接部与小直径管130的上端连接，下部第二接管头320的一端伸入下部第二拉伸装置300内并与下部第二通气槽321连通，下部第二通气槽321的另一端与第二通孔销120的第一连接部连接，而第二通孔销120的第二连接部与小直径管130的下端连接，下部第二接管头320的另一端与外界空气连通。惰性气体依次通过上部第二接管头220、上部第二通气槽221、第一通孔销110内的通气孔140、小直径管130的内腔、第二通孔销120内的通气孔140、下部第二通气槽321、下部第二接管头320而实现对小直径管130的内壁输送惰性气体，进而避免小直径管130的内壁氧化。

另外，第一通孔销110和第二通孔销120中的第二连接部远离其限位部的一端的边缘向内收缩形成圆台体，因而无论第一通孔销110还是第二通孔销120，它们的第二连接部包括靠近其限位部的圆柱体和远离其限位部的圆台体。第一通孔销110的第一连接部伸入第一拉伸装置200内并与第一拉伸装置200内的上部第二通气槽221连通，第一通孔销110的第二连接部伸入小直径管130内，在第一通孔销110的圆柱体以及小直径管130上均开设有对应的通孔，并采用对应尺寸的卡销150固定，卡销150横穿第一通孔销110的第二连接部的圆柱体和小直径管130。同样的，第二通孔销120的第一连接部伸入第二拉伸装置300内并与第二拉伸装置300内的下部第二通气槽321连通，第二通孔销120的第二连接部伸入小直径管130内，在第二通孔销120的圆柱体以及小直径管130上均开设有对应的通孔，并采用对应尺寸的卡销150固定，卡销150横穿第二通孔销120的第二连接部的圆柱体和小直径管130。第一通孔销110与小直径管130之间，以及第二通孔销120与小直径管130之间均采用卡销150固定，其目的在于，为进一步保证小直径管130和对应通孔销的连接稳定。当然卡销150的直径小于通气孔140的内径，从而不影响惰性气体的通过。小直径管130与第一通孔销110以及第二通孔销120之间通过焊接连接，为保证小直径管130和各通孔销的连接稳定，在小直径管130和各通孔销上开通孔，并采用对应尺寸的卡销150固定，卡销150的端部与小直径管130以及相应侧的通孔销之间通过焊接连接，另外，各通孔销靠近各拉伸装置的一端通过螺纹与各拉伸装置连接。第一通孔销110和第二通孔销120位于试样100的两端，其作用一方面与相应侧拉伸装置相连，固定小直径管130，支撑小直径管130的管壁，用于与拉伸装置连接实现小直径管130长度方向的拉伸，另一方面其内部的通气孔140为小直径管130的内壁输送惰性气体提供不可缺少的一段通道，进而避免小直径管130的内壁试验过程中发生氧化。

在试样100上设置有用于实时监测试样100位移变化的位移监测装置610和用于实时测量加热釜内温度的温度监测装置620，位移监测装置610的一端设置于小直径管130的外壁面上，位移监测装置610的另一端伸出透气腔530，温度监测装置620套设在小直径管130的外壁上。其中，温度监测装置620为热电偶，位移监测装置610为引伸计，试验过程中通过温度监测装置620控制温度并使得小直径管130处于恒定的试验温度条件下，两个监测装置分别用于实时监测加热釜内试样位移变化和温度，从而实时监测位移变化，精准控制试验温度。

本发明中的高温温度取决于实验需求以及试验机的加热炉子和夹具的耐高温的材料，一般认为最高温度是1200℃左右。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。