專利名稱：一種低溫拉伸試驗(yàn)的低溫試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明涉及一種在常壓下能夠在工作溫度為-100°c --196°C的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)溫度的低溫拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)，用于在一定的低溫下進(jìn)行金屬棒狀試樣的拉伸。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的技術(shù)中，(TC至-100°c的溫度控制可以通過酒精與液氮的混合溶液獲得。而要實(shí)現(xiàn)-100°c--196°C溫度范圍內(nèi)，最方便經(jīng)濟(jì)的方法就是利用常壓液氮的低溫和氣化潛熱。例如通過小型步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)樣品在液氮容器上方低溫空間內(nèi)的位置使樣品達(dá)到要求的低溫。這種方法調(diào)節(jié)比較靈活方便，其缺點(diǎn)是液氮容器敞開，耗液量大，能夠承受的樣品質(zhì)量小，不能實(shí)現(xiàn)長時間的大量樣品的保存和試驗(yàn)等。另外，可以通過腔內(nèi)的快速降溫，但是主要問題是控制液氮噴射的低溫電磁閥價格較貴，并且使用中容易失靈；溫度測量滯后較嚴(yán)重；通過噴射這種脈沖動作，在一段時間內(nèi)保持某一恒定溫度區(qū)間較為困難；液氮消耗量大等。隨著醫(yī)學(xué)和科技水平的不斷提高，對低溫恒溫箱的溫度調(diào)節(jié)范圍和恒溫控制精度要求也更加高。上述方法難以滿足樣品數(shù)量大、溫度穩(wěn)定度好、恒定時間長等要求。專利號為722154. 6的使用新型專利“液氮?dú)怏w浴低溫處理裝置”是利用低溫處理箱中液氮蒸發(fā)出的低溫氮?dú)庠±鋮s金屬零件。該處理裝置，溫度可以達(dá)到_196°C附近。主要缺點(diǎn)是處理箱內(nèi)的溫度不能調(diào)節(jié)，以及采用普通絕熱材料層，液氮損耗較大1。專利號為00127813. 4的發(fā)明專利“低損耗液氮低溫箱”是由液氮貯槽、可調(diào)距傳熱腔、樣品腔、玻璃鋼調(diào)距螺桿、高真空多層絕熱材料、玻璃鋼支承、液位計及測溫裝置等組成。通過調(diào)節(jié)傳熱腔的傳熱間距，即樣品腔下表面與液氮貯槽間的距離，改變樣品腔內(nèi)的溫度。另外，液氮貯槽中的低溫氮?dú)?，可根?jù)樣品腔內(nèi)降溫速率及溫度分布需要，噴入樣品腔或排空。這項(xiàng)發(fā)明的特點(diǎn)是樣品腔內(nèi)溫度在_150°C至_190°C內(nèi)調(diào)節(jié)，能夠進(jìn)行溫度控制，且在低溫箱內(nèi)填充了高真空多層絕熱材料，液氮的消耗量不大。但是，與本發(fā)明相比存在溫度調(diào)節(jié)區(qū)間小，溫度控制不靈敏等缺點(diǎn)。在材料強(qiáng)度領(lǐng)域廣泛采用的五大性能指標(biāo)中，有四個(σ s、σ b、δ、φ)是通過光滑試樣的拉伸試驗(yàn)來獲得，其中屈服點(diǎn)σ s除了用于設(shè)計計算外，對于理論研究也有很大用處。而材料在低溫下的力學(xué)性能的測試，由于試驗(yàn)設(shè)備，條件的限制一直不能獲得良好的數(shù)據(jù)資料。目前，由于傳統(tǒng)的技術(shù)多為利用液氮等一些液態(tài)的安全氣體作為低溫介質(zhì)。液氮溫度大概在零下196°C，而如要獲得零下100°C左右的溫度，就需要液氮與其他室溫溶液配t匕，來獲得合適的溫度。但是零下140至液氮溫度附近區(qū)間是一個盲區(qū)，目前可以選用石油醚與液氮進(jìn)行配比獲得此區(qū)間的溫度，但是由于石油醚的高危險性，所以一般不建議使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低溫拉伸試驗(yàn)的低溫試驗(yàn)系統(tǒng)，利用液氮所產(chǎn)生的低溫氮?dú)獾牡蜏仫L(fēng)洞原理來控制整個系統(tǒng)的溫度，具有精確，安全，高效的特點(diǎn)。
本發(fā)明所述的一種低溫拉伸試驗(yàn)的低溫試驗(yàn)系統(tǒng)，工作溫度為-100°C -196°C,其特征在于整個系統(tǒng)分為六大部分(a)低溫氣體發(fā)生裝置，由液氮儲罐與氮?dú)馄拷M成；(b)氣體控溫系統(tǒng)，由兩組網(wǎng)狀加熱器組成；(C)測溫系統(tǒng)，由5個控溫探頭組成；(d)低溫風(fēng)道；(e)預(yù)冷室；(f)拉伸工作室；氮?dú)馄砍隹诘倪B接管通過氣流控制閥通入液氮儲罐的底部，液氮儲罐的出口通過低溫風(fēng)道分別與預(yù)冷室和拉伸工作室聯(lián)通，兩組網(wǎng)狀加熱器垂直位于低溫風(fēng)道分叉前的風(fēng)道中，3個控溫探頭分別設(shè)置在兩組網(wǎng)狀加熱器中及兩側(cè)的低溫風(fēng)道中，2個控溫探頭分別設(shè)置在預(yù)冷室和拉伸工作室內(nèi)；拉伸工作室是一個筒體式結(jié)構(gòu)，底部和側(cè)壁填置有高真空絕熱材料，在上蓋板和底部配有上夾頭和下夾頭，分別與拉伸機(jī)的上夾頭和下兩個夾頭連接配合，低溫拉伸工作室的的上下兩個夾頭選用調(diào)質(zhì)處理后中碳鋼，低溫箱內(nèi)壁，選用9Ni鋼，內(nèi)徑與棒狀試樣相配合。
整個發(fā)明的原則就是(I)能夠保證對溫度的精確控制；(2)保證整個系統(tǒng)具有良好的絕熱性能，否則無法保證低溫試驗(yàn)的進(jìn)行。發(fā)明的效果本發(fā)明最直接的效果就是能夠利用本低溫系統(tǒng)進(jìn)行低溫拉伸試驗(yàn)。在絕熱性能良好的情況下，考慮整個系統(tǒng)的一定熱量損失，能夠保證在低溫拉伸工作室中獲得-100°C —196°C的穩(wěn)定工作區(qū)間。


圖I低溫拉伸系統(tǒng)簡圖。其中1，氮?dú)馄浚?，液氮儲罐，3，低溫風(fēng)道，4-1，網(wǎng)狀加熱器，4-2，網(wǎng)狀加熱器，5，預(yù)冷室，6，拉伸工作室，7，氣流控制閥，8，高真空絕熱材料，9，上夾頭，10,棒狀試樣，11，下夾頭，12-1，控溫探頭，12-2，控溫探頭，12-3，控溫探頭，12-4,控溫探頭，12-5,控溫探頭，13，上蓋板，14，低溫箱內(nèi)壁。
具體實(shí)施例方式整個系統(tǒng)如圖I中所示(a)低溫氣體發(fā)生裝置，由液氮儲罐與氮?dú)馄拷M成；(b)氣體控溫系統(tǒng)，由兩組網(wǎng)狀加熱器組成；(C)測溫系統(tǒng)，由5個控溫探頭組成；(d)低溫風(fēng)道；(e)預(yù)冷室；(f)拉伸工作室；氮?dú)馄縄出口的連接管通過氣流控制閥7通入液氮儲罐2的底部，液氮儲罐的出口通過低溫風(fēng)道3分別與預(yù)冷室5和拉伸工作室6聯(lián)通，兩組網(wǎng)狀加熱器4-1、4-2垂直位于低溫風(fēng)道分叉前的風(fēng)道中，3個控溫探頭12-1、12-2、12-3分別設(shè)置在兩組網(wǎng)狀加熱器中及兩側(cè)的低溫風(fēng)道中，2個控溫探頭12-4、12-5分別設(shè)置在預(yù)冷室和拉伸工作室內(nèi)；拉伸工作室是筒體式結(jié)構(gòu)，底部和側(cè)壁填置有高真空絕熱材料8，在上蓋板13和底部配有上夾頭9和下夾頭11，分別與拉伸機(jī)的上夾頭和下兩個夾頭連接配合，低溫拉伸工作室的的上下兩個夾頭選用調(diào)質(zhì)處理后中碳鋼，低溫箱內(nèi)壁14，選用9Ni鋼，內(nèi)徑與棒狀試樣10相配合。首先，打開氣流控壓閥7，控制氮?dú)獾膲毫κ沟檬覝販囟鹊牡獨(dú)庖院侠淼牧髁繌牡獨(dú)馄縄通入液氮儲罐2的底部。合理的控制氮?dú)饬髁?會使得液氮儲罐中的液氮以氣態(tài)形式沿著低溫風(fēng)道3從液氮儲罐中流出。從液氮儲罐中流出的氮?dú)馐紫冉?jīng)過控溫探頭12-1，測得相應(yīng)的氣體溫度Tl。然后經(jīng)過第一道網(wǎng)狀加熱器4-1，并通過控溫探頭12-2，測得氣體溫度T2。低溫氣體繼續(xù)經(jīng)過第二道網(wǎng)狀加熱器4-2，并通過控溫探頭12-3，測得氣體溫度Τ3。隨后Τ3溫度的氣體分為兩路，一路進(jìn)入預(yù)冷室，5，一路進(jìn)入拉伸工作室6中。在預(yù)冷室與拉伸工作室中，分別還有兩個測溫探頭12-4、12-5，測得的預(yù)冷室的溫度為Τ4和拉伸工作室的溫度為Τ5。低溫拉伸工作室的的上下兩個夾頭9，11，可選用中碳鋼調(diào)質(zhì)處理后使用。低溫箱內(nèi)壁14，選用液氮儲罐常用材料9Ni鋼制造，內(nèi)徑不宜太大，應(yīng)與棒狀試樣10配合為宜。因?yàn)樘蟮膬?nèi)徑會導(dǎo)致溫度不易穩(wěn)定而且會增大液氮的消耗量。具體實(shí)施例，進(jìn)行_150°C的試樣拉伸試驗(yàn)。打開氮?dú)饪貕洪y向液氮儲罐中通入常溫氮?dú)?，調(diào)節(jié)兩道網(wǎng)狀加熱器至合適功率(具體調(diào)節(jié)方法主要參考測溫探頭溫度的測量)。 測得Ti溫度為-193°c，T2溫度為-175°c，T3溫度為_158°C，T4溫度為_153°C，T5溫度為-149°C _151°C范圍內(nèi)波動。本系統(tǒng)主要以T5溫度為主控溫度，其他探頭溫度，以T5溫度為主。其中，由于T4溫度為預(yù)冷室溫度，沒有具體嚴(yán)格的限制，允許有一定上下浮動。關(guān)于裝夾隨著整個系統(tǒng)溫度趨于穩(wěn)定，用特制卡鉗將已經(jīng)預(yù)冷過的一個試樣從預(yù)冷室中取出，首先裝配到9上夾頭上，打開13低溫拉伸工作室的上蓋板，拿著上夾頭連同試樣裝夾到11下夾頭上。蓋好13上蓋板。然后再將上下夾頭分別裝配到拉伸機(jī)的夾頭上。觀察測溫探頭12-5，當(dāng)T5溫度處于-149°C -151 °C范圍內(nèi)波動的動態(tài)穩(wěn)定時，可立即開始拉伸試驗(yàn)。關(guān)于卸夾試樣在斷裂后分為兩部分。首先，卸去上夾頭與其連同的前一半試樣。然后，打開上蓋板，利用特制的鉗子擰下另一半試樣。然后重復(fù)之前的步驟繼續(xù)做下一組試樣。
權(quán)利要求
1.一種低溫拉伸試驗(yàn)的低溫試驗(yàn)系統(tǒng)，工作溫度為-100°C --196°C，其特征在于整個系統(tǒng)分為六大部分(a)低溫氣體發(fā)生裝置，由液氮儲罐與氮?dú)馄拷M成；(b)氣體控溫系統(tǒng)，由兩組網(wǎng)狀加熱器組成；(C)測溫系統(tǒng)，由5個控溫探頭組成；(d)低溫風(fēng)道；(e)預(yù)冷室；(f)拉伸工作室；氮?dú)馄砍隹诘倪B接管通過氣流控制閥通入液氮儲罐的底部，液氮儲罐的出口通過低溫風(fēng)道分別與預(yù)冷室和拉伸工作室聯(lián)通，兩組網(wǎng)狀加熱器垂直位于低溫風(fēng)道分叉前的風(fēng)道中，3個控溫探頭分別設(shè)置在兩組網(wǎng)狀加熱器中及兩側(cè)的低溫風(fēng)道中，2個控溫探頭分別設(shè)置在預(yù)冷室和拉伸工作室內(nèi)；拉伸工作室是一個筒體式結(jié)構(gòu)，底部和側(cè)壁填置有高真空絕熱材料，在上蓋板和底部配有上夾頭和下夾頭，分別與拉伸機(jī)的上夾頭和下兩個夾頭連接配合，低溫拉伸工作室的的上下兩個夾頭選用調(diào)質(zhì)處理后中碳鋼，低溫箱內(nèi)壁，選用9Ni鋼，內(nèi)徑與棒狀試樣相配合。
2.一種低溫拉伸試驗(yàn)的方法，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫試驗(yàn)系統(tǒng)，首先，打開氣流控壓閥(7)，控制氮?dú)獾膲毫κ故覝販囟鹊牡獨(dú)庖院侠淼牧髁繌牡獨(dú)馄?I)通入液氮儲罐(2)的底部，液氮儲罐中的液氮以氣態(tài)形式沿著低溫風(fēng)道(3)從液氮儲罐中流出；從液氮儲罐中流出的氮?dú)馐紫冉?jīng)過控溫探頭(12-1)，測得相應(yīng)的氣體溫度Tl，然后經(jīng)過第一道網(wǎng)狀加熱器(4-1)，并通過控溫探頭(12-2)，測得氣體溫度T2，低溫氣體繼續(xù)經(jīng)過第二道網(wǎng)狀加熱器(4-2)，并通過控溫探頭(12-3)，測得氣體溫度T3，隨后T3溫度的氣體分為兩路，一路進(jìn)入預(yù)冷室(5)，一路進(jìn)入拉伸工作室(6)中，在預(yù)冷室與拉伸工作室中，分別還有兩個測溫探頭(12-4)、(12-5)，測得的預(yù)冷室的溫度為T4和拉伸工作室的溫度為T5，當(dāng)T5溫度處于-100°C —196°C范圍時，開始拉伸試驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低溫拉伸試驗(yàn)的低溫試驗(yàn)系統(tǒng)，氮?dú)馄窟B接管通過氣流控制閥通入液氮儲罐的底部，液氮儲罐通過低溫風(fēng)道分別與預(yù)冷室和拉伸工作室聯(lián)通，兩組網(wǎng)狀加熱器垂直位于低溫風(fēng)道分叉前的風(fēng)道中，3個控溫探頭分別設(shè)置在兩組網(wǎng)狀加熱器中及兩側(cè)的低溫風(fēng)道中，2個控溫探頭分別設(shè)置在預(yù)冷室和拉伸工作室內(nèi)；拉伸工作室底部和側(cè)壁填置有高真空絕熱材料，在上蓋板和底部配有上夾頭和下夾頭，分別與拉伸機(jī)的上夾頭和下兩個夾頭連接配合，低溫拉伸工作室的上下兩個夾頭選用調(diào)質(zhì)處理后中碳鋼，低溫箱內(nèi)壁，選用9Ni鋼，內(nèi)徑與棒狀試樣相配合；能夠保證在低溫拉伸工作室中獲得-100℃--196℃的穩(wěn)定工作區(qū)間。
文檔編號G01N3/18GK102818731SQ20111015627
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者熊慶人, 霍春勇, 趙文軫, 孫良, 吉玲康 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所