[实用新型]带有气氛保护装置的高温霍普金森压杆实验系统

说明书

技术领域

本实用新型属于材料高温动态力学性能实验技术领域，具体涉及一种带有气氛保护装置的高温霍普金森压杆实验系统。

背景技术

利用霍普金森（Hopkinson）压杆进行材料高温动态力学性能研究常用的有两种方法。一种是实验前保持波导杆与试件处于分离状态，加热仅对试件进行，然后在冲击前完成试件和波导杆的装配。这种方法由于加热时杆与试件分离，降低了杆中的温度梯度，数据处理相对简单。名称为“用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置”的发明专利( 专利号：ZL200610021096.5)详细介绍了这种方法，公开了一种用于高温霍普金森压杆实验的双向双气路自动组装装置，该装置能够保证组装的稳定性以及组装和应力波到达试件的同步性，并避免试件因离开热源而迅速降温。另一种方法是将波导杆与试件同时加热，然后在数据处理时对波导杆温度梯度影响进行修正。

部分材料的高温实验对实验环境具有特定的要求，如大多数金属在空气中进行高温实验都将产生较严重的氧化，氧化后的材料性能与原始材料具有较大的差别，而某些材料在高温下氧化甚至会产生有毒气体，对实验人员和环境造成较大伤害，因此这类实验对气氛保护具有明确需求。但目前的高温霍普金森压杆实验系统不能提供符合特定要求的实验气氛环境，相关的实验气氛环境提供装置未见报道。

发明内容

为了克服已有技术中高温压杆实验时不能提供符合特定要求的实验环境，导致实验材料发生高温氧化甚至释放有毒气体的不足，本实用新型提供了一种带有气氛保护装置的高温霍普金森压杆实验系统。本实用新型的实验系统不仅能够方便地进行保护气氛下的特殊材料的高温动态实验，也能用于常规空气中的高温动态实验。

本实用新型的带有气氛保护装置的高温霍普金森压杆实验系统，包括加载系统、加热系统，其特点是，还包括一套气氛保护装置，所述的气氛保护装置含有保护箱、废气排放管道和废气过滤装置，保护箱通过废气排放管道与废气过滤装置相连，保护箱底部设置有保护气体进气口、顶部设置有废气排放口、中部设置有冷却气体进气口，加载系统中的波导杆通过保护箱两侧的孔伸入保护箱内，保护箱与波导杆之间装有密封套件；加热系统的加热炉设置在保护箱内，加热炉内设置有铠装热电偶、热电偶丝，铠装热电偶通过加热炉端部炉壁的孔洞置于炉膛内，热电偶丝的头部与居于炉膛中心的试件固定连接。

本实用新型采用加热时保持波导杆与试件分离，加热仅对试件进行，在冲击前完成试件和波导杆的装配的实验方式时，加载系统包括入射杆、透射杆、分别设置在入射杆和透射杆上的两个推动支座及气路，总阀门通过空气炮击发气路和推动气路可同时控制空气炮击发和推动支座运动。

本实用新型采用试件与波导杆同时加热的实验方式时，加载系统包括入射杆、透射杆、普通支座。

本实用新型将整个加热炉、试件及部分波导杆置于保护箱中，保护箱由金属板焊接组成矩形结构，保护箱顶盖为可拆卸的盖板，以方便实验操作。保护箱顶盖和保护箱体的连接可采用螺栓连接，也可采用合页扣等其他连接方式，保护箱顶盖和保护箱体之间用耐高温橡胶垫隔开，可以有效地起到密封的作用。加热炉与保护箱底板焊接成一体，保护箱体与保护箱底板同样采用螺栓连接，通过耐高温橡胶垫密封。

本实用新型在保护箱的底部设置一个进气口，顶部设置一个废气排放口，采用的保护气体密度应大于空气密度。保护气体密度小于空气密度时，则以保护箱的顶部为输入口，保护箱底部为废气排放口。废气排放口与管道相连，将废气导引到安全区域，进入过滤装置进行过滤和吸收。保护箱内的保护气体减少了试件在高温时与氧气发生反应的可能性，同时即使有少量残留的氧气与试件接触，反应产生有毒气体，也可从废气排放口排出。

本实用新型在保护箱体中部设置另一保护气体输入口，当实验完毕后，向加热炉膛内吹入保护气体，加快炉膛的冷却速度，加快实验进程。

在加热炉内设置两套测温热电偶，其中一套为热电偶丝，采用点焊的方式焊接在试件周边，用于测定试件的瞬时温度，并作为加温系统控制柜的输入温度，以准确控制加热过程和试件温度。另一套为铠装热电偶，置于炉膛中，一方面与热电偶丝进行对比监测，另一方面，当实验完成、热电偶丝与试件的焊接断裂后，继续对炉膛降温过程进行监测。