[发明专利]金属材料拉伸试验机及其制造方法

权利要求书

1.一种金属材料拉伸试验机，包括具有高压氢气环境的带有上端口和下端口的容器(2)、伸入到容器中的拉伸样拉伸装置(15)，其特征在于：

在容器(2)内与氢气接触的部分设置有容器内衬(5)，容器(2)的上端口通过螺纹连接有螺纹堵块(1)，在螺纹堵块(1)下面设置有封堵在带有容器内衬(5)的容器上端口上的密封塞(4)，螺纹堵块(1)靠与容器(2)的上端口的螺纹连接压住密封塞(4)，在密封塞(4)与容器内衬(5)之间还设置有第一氟橡胶O型密封圈(3)；

在容器(2)的下端口上封堵有密封头内芯(12)，密封头内芯(12)热套内衬于密封头外箍(8)中，密封头外箍(8)通过分瓣卡箍(6)与容器下端卡紧在一起，在密封头内芯(12)与容器下端口的容器内衬(5)之间设置有第二氟橡胶O型密封圈(7)，形成一个盛装高压氢气的密闭容器；

在容器(2)中设置有处于高压氢环境下的拉伸样拉伸装置(15)，拉伸样拉伸装置包括安装拉伸样(19)的装卡工装(18)、将装卡工装(18)固定在容器内的支撑套(20)、连接拉伸样(19)的拉杆(21)，拉杆(21)穿过密封头内芯(12)并通过其下端以螺纹连接形式与拉伸实验机(16)相连接，拉杆的上端连接拉伸样(19)的下端，拉伸样(19)的上端连接装卡工装(18)，拉伸样(19)与装卡工装(18)之间采用T型槽形式连接，装卡工装(18)安装在在支撑套(20)上部的凹坑处，拉伸试验机下拉拉杆，进而拉动拉伸样下移，支撑套(20)阻止拉伸样(19)下移，最终将拉伸样拉断达到试验目的。

2.根据权利要求1所述的一种金属材料拉伸试验机，其特征在于：所述装卡工装(18)的T型槽、支撑套的侧面均为开口状，拉杆上端与拉伸试样连接后均通过所述T型槽、支撑套的侧面开口进入到T型槽和支撑套中，拉伸试样的上端T型结构安装在装卡工装下端的T型槽中，拉杆的上端也带有T型槽，拉伸试样的下端T型结构安装在拉杆上端的T型槽中，同时装卡工装(18)落座在支撑套上部凹坑处。

3.根据权利要求2所述的一种金属材料拉伸试验机，其特征在于：所述T型槽设计参数如下：若试样中间圆柱段直径为d，则T型槽上部开口宽度n＝d+1(mm)；若试样两端端部圆柱段直径为D，则T型槽下部槽口宽度m＝D+1(mm)。

4.根据权利要求1所述的一种金属材料拉伸试验机，其特征在于：所述容器(2)为使用热装装配方法将容器内衬装配进去的筒体结构，同时密封头内芯(12)装配进密封头外箍，装配前，上述两装配件配合公差为H7/p6过盈公差，确保容器内衬与容器以及密封头内芯与密封头外箍紧密结合。

5.根据权利要求1所述的一种金属材料拉伸试验机，其特征在于：在密封头内芯(12)中开设有与容器(2)内腔相接通的通气道，该通气道通过连接管(13)与平衡腔(14)相接通，平衡腔(14)是与拉杆通道相接通的腔体。

6.根据权利要求1所述的一种金属材料拉伸试验机，其特征在于：所述容器(2)通过螺栓固定在支撑板(10)上，支撑板(10)通过支撑螺母(11)固定在立支撑螺栓(9)上，立支撑螺栓(9)固定在基础地面(17)上，保证容器(2)固定到半空。

7.根据权利要求1所述的一种金属材料拉伸试验机，其特征在于：所述密封塞(4)、容器内衬(5)、密封头内芯(12)、连接管(13)、平衡腔(14)均为抗氢腐蚀的S31603或HR-3不锈钢制作，其余部件选用具有抗氢腐蚀能力的30CrMoA合金结构钢材料制作。

8.一种如权利要求1-7所述的金属材料拉伸试验机的制造方法，其特征在于，是按照如下步骤进行的：

步骤1)、容器设计：容器制造主材料为30CrMoA，执行标准为T/CHMIA 0405《除砂器锻件技术条件》，其主要力学性能为RP0.2≥414MPa，Rm≥586MPa,与氢气接触材料为S31603或HR-3,执行标准为NB/T47010-2017《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》，其主要力学性能为RP0.2≥210MPa，Rm≥480MPa，设计容器内衬壁厚为9mm，根据GB/T34019-2017《超高压容器》标准，选取容器腐蚀余量为单边1mm，因此容器内径为150+9×2+1×2＝170mm，选取K＝2，这样容器外径为340mm，对通体进行受力分析常温下爆破压力P_b：

按拉伸试验数据和GB/T34019-2017式(2)计算爆破压力P_b：

在设计工况下的爆破安全系数n _s：

P_b＝400.2MPa

根据GB/T34019-2017爆破压力法校核容器要求，爆破压力系数应大于或等于2.2，所以容器外筒安全；

步骤2)、热装：按H7/p6公差要求加工容器、容器内衬、密封头内芯、密封头外箍，容器、密封头外箍材料为30CrMoA调质回火温度，和30CrMoA材料回火脆性温度，选取热装时容器、密封头外箍保温温度为400℃；具体操作如下，将容器竖直装入加热炉，固定好，并保持竖直状态，加热至400℃后，均保温2小时以后，打开炉口，将容器内衬装入容器，将热装配好工件随炉冷却至室温后，吊出；

步骤3)、拉伸样拉伸装置的T型槽设计参数如下：若试样中间圆柱段直径为d，则T型槽上部开口宽度n＝d+1(mm)；若试样两端端部圆柱段直径为D，则T型槽下部槽口宽度m＝D+1(mm)。