[发明专利]超低温液氮浸泡试验装置及方法

说明书

本发明提出一种超低温液氮浸泡试验装置及方法，包括试验箱、液氮槽、试验台架、液氮流通管系、调温机构和控制系统，液氮槽和试验台架均设于箱体内部，液氮流通管系包括相连通的进液总管和回收支管，进液总管分别与液氮槽及液氮罐相连通，调温机构包括温度计和汽化组件，温度计设于箱体上部，与控制系统相连，汽化组件包括汽化器、汽化进口管和汽化出口管，汽化进口管两端分别与汽化器的进口及液氮罐相连通，汽化出口管两端分别与气化器的出口及试验箱相连通，控制系统为PLC工控柜，控制液氮进出试验箱、调节试验箱内温度，本发明可以为特殊大型构建进行性能试验，也可为特殊新材料进行超低温性能测试，了解材料在制造完成后的超低温综合性能。

技术领域

本发明属于超低温材料及其部件在超低温环境试验和航天航空交叉使用的技术领域，特别涉及一种超低温液氮浸泡试验装置及方法。

背景技术

航天飞行器在太空飞行存在阳面和阴面的温差环境，而这种温差不断变换着位置，使航天器承受温差应力的影响。要试验这种交变应力环境对航天器的耐受程度，需要对其进行超低温环境和常温环境的交变试验，以了解不同材料和不同结构在热循环交变应力状态下的可靠性。要完成这些试验，需要进行液氮浸泡试验。航天航空产品的应用环境为极端恶劣的太空和外太空，对材料和焊接的要求非常高。各种新材料被不断应用于航天航空器及其部件，在低于-150℃的超低温热循环试验中的需求越来越多，这种试验基本上都是用液氮浸泡模拟工件在超低温与常温交替的交变应力状态。若不考虑液氮试验箱箱体在试验过程中热胀冷缩的结构变化，则箱体在交变应力作用下焊缝容易撕裂而导致超低温液氮泄漏的安全事故。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种超低温液氮浸泡试验装置及方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：超低温液氮浸泡试验装置，其特征在于，包括试验箱、液氮槽、试验台架、液氮流通管系、调温机构和控制系统，所述试验箱包括箱体和箱盖，所述液氮槽和试验台架均设于所述箱体内部，所述液氮流通管系包括进液总管和回收支管，所述进液总管两端分别与所述液氮槽及液氮罐相连通，所述回收支管与进液总管相连通，所述调温机构包括温度计和汽化组件，所述温度计设于箱体上部，与所述控制系统相连，所述汽化组件包括汽化器、汽化进口管和汽化出口管，所述汽化进口管两端分别与所述汽化器的进口及进液总管相连通，所述汽化出口管两端分别与气化器的出口及试验箱相连通，所述控制系统为PLC工控柜，控制液氮进入或排出试验箱，及调节试验箱内的温度。

按上述方案，所述试验箱包括内外套设的试验内壳和保温外壳，所述保温外壳包括内外套设的保温内壳体和保温外壳体，形成保温空腔，所述保温空腔内填充保温棉，所述试验内壳与保温内壳体之间设有真空腔，所述真空腔与设于保温外壳上的真空管贯通相连，真空管的管口设有真空管帽，真空腔的真空度≥0.005pa。

按上述方案，所述进液总管、回收支管和汽化进口管上分别设有液氮输入泵、液氮回收泵和汽化输送泵，均与所述PLC工控柜相连。

按上述方案，所述试验箱内设有液位计，与所述PLC工控柜相连。

按上述方案，所述液氮槽与所述试验箱的底板之间铺设聚四氟乙烯垫板。

按上述方案，所述箱盖上设有排气管，所述排气管管口设有排气管帽。

按上述方案，所述保温内壳体和试验内壳之间设有支撑筋条。

按上述方案，所述液氮槽的体积为所述试验内壳容积的30％～60％。

按上述方案，所述试验台架由支腿和平台组成，所述平台高于所述液氮槽顶部，所述支腿位于液氮槽与试验箱内壁之间的空隙中。

一种超低温液氮浸泡试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)将需要试验的焊接或机加工工件，进行无损检测和尺寸检验，合格后对工件的重要尺寸做好记录；