CN219201233U - 一种采集设备材料力学参数的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于材料力学性能检测技术领域，公开了一种采集设备材料力学参数的装置，包括载荷施加机构，用于向测量机构施加竖直向下的压力；测量机构，用于在所述载荷施加机构加载的压力作用下垂直压入设备材料表面，产生压痕；传感组件，用于获取所述载荷施加机构加载在所述测量机构上的压力值，以及获取设备材料表面的压痕深度；所述测量机构分别与所述载荷施加机构和所述传感组件连接。通过传感组件可采集到设备表面压痕的深度和受到的压力值，采集到的压痕深度和压力值即可作为反应设备材料力学性能的参数，该参数为分析设备材料力学性能提供数据支撑，从而无需事先采集大量的设备本体材料，实现无损地在线采集在役设备的材料力学参数。

Description

一种采集设备材料力学参数的装置

技术领域

本实用新型涉及材料力学性能检测技术领域，具体而言，涉及一种采集设备材料力学参数的装置。

背景技术

核电站和常规电站一样，有许多的管道、容器、热交换器等机械部件和设备，由于核电站运行环境的特殊性，电站设备和相关机械部件长年处于辐射、高温高压的环境，对电站设备的材料性能也带来了极大考验。因此，对核电站用设备进行剩余寿命预测和结构完整性评定是保证核电站安全运行的重要课题。

超声、着色以及射线探伤等方法具有无损的特性，可以检测到设备表面或者内部存在的缺陷和裂纹。因此，这类方法被广泛地应用于在役设备的缺陷检测和评价。但是，所有这类检测方法只能检测材料内部存在的几何缺陷，无法检测出材料本身力学性能的退化。在临氢、辐射或者高温等环境下，容器用钢会发生脆化现象而影响设备的安全性。为了得到材料的强度、塑性及断裂初性等性能，需要进行单轴拉伸、三点弯或紧凑拉伸等试验。这类试验需要大量的材料进行制样，因此不能用于对在役设备的评价。如果在在役设备上取如此多的材料进行传统力学性能试验，会导致设备失去继续服役的能力而直接报废。

有鉴于此，特提出本申请。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：利用现有技术进行设备力学性能检测时需采集大量的设备本体材料，影响在役设备的使用寿命。目的在于提供一种采集设备材料力学参数的装置，通过非破坏性取样的方式实现在线采集设备表面物理力学参数。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种采集设备材料力学参数的装置，包括载荷施加机构，用于向测量机构施加竖直向下的压力；测量机构，用于在所述载荷施加机构加载的压力作用下垂直压入设备材料表面，产生压痕；传感组件，用于获取所述载荷施加机构加载在所述测量机构上的压力值，以及获取设备材料表面的压痕深度；所述测量机构分别与所述载荷施加机构和所述传感组件连接。

进一步的，本装置还包括壳体；所述载荷施加机构、所述测量机构和所述传感组件设置在所述壳体内。

进一步的，所述壳体采用高强度铝合金型材。

进一步的，所述载荷施加机构包括步进电机、高精密丝杠、高精密滑轨和连接器；所述步进电机固定安装在位于所述壳体顶部的电机安装架上；所述高精密丝杠竖直设置在所述步进电机的下方，所述高精密丝杠的旋转轴与所述步进电机的主轴通过联轴器连接，所述高精密丝杠通过丝杠螺母与所述连接器连接，所述丝杠螺母固定在所述连接器上；所述高精密滑轨竖直设置，所述高精密滑轨的一端固定在滑轨安装板上，所述滑轨安装板固定设置在所述壳体内，所述高精密滑轨的另一端固定在所述连接器上，所述高精密丝杠在所述高精密滑轨上做竖直上下往复运动；所述连接器包括限位开关，所述限位开关用于将装置内的运动部件的运动范围限制在预设范围之内。

进一步的，所述步进电机包括减速机。

进一步的，所述传感组件包括压力传感器和位移传感器；所述压力传感器的顶部与所述高精密丝杠的底部连接，所述压力传感的底部与所述测量机构的顶部连接；所述位移传感器与所述测量机构连接，所述位移传感器位于所述测量机构的一侧。

进一步的，所述压力传感器的分辨率为0.1kgf，所述位移传感器为0.1μm分辨率光栅尺。

进一步的，所述测量机构包括球形压头和一端为半球形的柱状压头。

进一步的，所述测量机构的压头采用碳化钨材料。

进一步的，所述球形压头的直径和位于所述柱状压头端部的半球形的直径均为0.5mm。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、测量机构可通过非破坏性挤压的方式在设备表面产生压痕，通过传感组件可采集到设备表面压痕的深度和受到的压力值，采集到的压痕深度和压力值即可作为反应设备材料力学性能的参数，该参数为分析设备材料力学性能提供数据支撑，从而无需事先采集大量的设备本体材料，实现无损地在线采集在役设备的材料力学参数。

2、本装置的外壳采用高强度铝合金型材，可有效保护器内部的各功能部件免受外力冲击，且铝合金型材质量轻便，便于携带。

3、本装置的压头采用球形结构或半球形结构，其表面光滑，挤压时不会对设备表面造成破坏性损伤。

4、本装置的载荷施加机构采用了包括步进电机、减速机和高精密丝杠的一体谐波传动结构，可通过精确控制压头的运动来提高数据采集的精度。

5、本装置设置了安装有上下限位开关的连接器，可将各功能部件的活动范围限制在安全范围内，保证使用安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的设备材料力学参数采集装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的测量机构和传感组件的局部结构放大示意图；

图3为本实用新型实施例提供的球形压头挤压设备表面过程中二者的结构和位置关系示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-载荷施加机构，2-测量机构，3-传感组件，4-壳体，11-步进电机，12-高精密丝杠，13-高精密滑轨，14-连接器，15-滑轨安装板，16-联轴器，31-压力传感器，32-位移传感器，41-电机安装架。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

为了实现无损地在线采集设备表面物理力学参数，本实施例提供一种如图1所示的采集设备材料力学参数的装置。该装置主要由载荷施加机构1、测量机构2、传感组件3和壳体4这四个部分组成。载荷施加机构1、所述测量机构2和所述传感组件3均设置在所述壳体4的内部，测量机构2分别与所述载荷施加机构1和所述传感组件3连接。其中，载荷施加机构1用于向测量机构2施加竖直向下的压力；测量机构2用于在所述载荷施加机构1加载的压力作用下垂直压入设备材料表面，产生压痕；传感组件3用于获取所述载荷施加机构1加载在所述测量机构2上的压力值，以及获取设备材料表面的压痕深度。

根据上述结构，通过传感组件可采集到设备表面压痕的深度和受到的压力值，采集到的压痕深度和压力值即可作为反应设备材料力学性能的参数，该参数为分析设备材料力学性能提供数据支撑，从而无需事先采集大量的设备本体材料，实现无损地在线采集在役设备的材料力学参数。

值得一提的是，本装置的壳体4采用的是高强度铝合金型材，可有效保护器内部的各功能部件免受外力冲击，并且铝合金型材质量轻便，便于携带。

图1中，载荷施加机构1包括步进电机11、高精密丝杠12、高精密滑轨13和连接器14。其中，步进电机11固定安装在位于所述壳体4顶部的电机安装架41上，为压痕测试过程提供载荷，同时步进电机11自带减速机，可获取压头的低速运动速度。因此，有步进电机11、减速机和高精密丝杠12构成的一体谐波传动结构，可通过精确控制压头的运动来提高数据采集的精度。高精密丝杠12竖直设置在所述步进电机11的下方，所述高精密丝杠12的旋转轴与所述步进电机11的主轴通过联轴器16连接，所述高精密丝杠12通过丝杠螺母与所述连接器14连接，所述丝杠螺母固定在所述连接器14上。所述高精密滑轨13竖直设置，其一端安装在固定于壳体4内滑轨安装板15上，另一端固定在所述连接器14上。当步进电机11驱动高精密丝杠12主轴旋转的时候，连接器14沿竖直方向直线往复运动，高精密丝杠12滑轨起精确导向作用。连接器14安装有上下限位开关限位开关，用于将装置内的载荷施加机构以及相关联的传感器组件运动范围限制在预设范围之内，保证装置的使用安全。

如图2所示，传感组件3包括压力传感器31和位移传感器32；所述压力传感器31的顶部与所述高精密丝杠12的底部连接，所述压力传感的底部与所述测量机构2的顶部连接；所述位移传感器32与所述测量机构2连接，所述位移传感器32位于所述测量机构2的一侧。其中，压力传感器31的分辨率为0.1kgf，所述位移传感器32为0.1μm分辨率光栅尺。

如图3所示，测量机构2的压头21采用碳化钨材料。本实施例中，测量机构2的球形压头为球形，该球形压头的直径和位于所述柱状压头端部的半球形的直径均为0.5mm。压头21在载荷施加机构1的作用下对被测材料表面施加垂直挤压力，压头21在被测材料表面同一点进行连续加载和卸载的循环，压头21对被测材料表面施加压力的过程中，被测材料表面产生形变，根据载荷施加机构1控制压头施加给被测材料表面的力的大小，通过被测材料表面产生的形变，即通过压力传感器31和位移传感器32采集压头21压入被测材料表面时其产生的形变，压头21离开被测材料表面后，被测材料表面能够逐渐恢复至压头21未压入被测材料表面6表面时的状态，通过压头21压入被测材料表面使其产生形变，可以随时随地对在役设备进行检测，减小了对被检测设备的伤害。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采集设备材料力学参数的装置，其特征在于，包括

载荷施加机构（1），用于向测量机构（2）施加竖直向下的压力；

测量机构（2），用于在所述载荷施加机构（1）加载的压力作用下垂直压入设备材料表面，产生压痕；

传感组件（3），用于获取所述载荷施加机构（1）加载在所述测量机构（2）上的压力值，以及获取设备材料表面的压痕深度；

所述测量机构（2）分别与所述载荷施加机构（1）和所述传感组件（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种采集设备材料力学参数的装置，其特征在于，还包括壳体（4）；所述载荷施加机构（1）、所述测量机构（2）和所述传感组件（3）设置在所述壳体（4）内。

3.根据权利要求2所述的一种采集设备材料力学参数的装置，其特征在于，所述壳体（4）采用高强度铝合金型材。

4.根据权利要求2或3所述的一种采集设备材料力学参数的装置，其特征在于，所述载荷施加机构（1）包括步进电机（11）、高精密丝杠（12）、高精密滑轨（13）和连接器（14）；

所述步进电机（11）固定安装在位于所述壳体（4）顶部的电机安装架（41）上；

所述高精密丝杠（12）竖直设置在所述步进电机（11）的下方，所述高精密丝杠（12）的旋转轴与所述步进电机（11）的主轴通过联轴器（16）连接，所述高精密丝杠（12）通过丝杠螺母与所述连接器（14）连接，所述丝杠螺母固定在所述连接器上；

所述高精密滑轨（13）竖直设置，所述高精密滑轨（13）的一端固定在滑轨安装板（15）上，所述滑轨安装板（15）固定设置在所述壳体（4）内，所述高精密滑轨（13）的另一端固定在所述连接器（14）上，所述高精密丝杠（12）在所述高精密滑轨（13）上做竖直上下往复运动；

所述连接器（14）包括限位开关，所述限位开关用于将装置内的运动部件的运动范围限制在预设范围之内。

5.根据权利要求4所述的一种采集设备材料力学参数的装置，其特征在于，所述步进电机（11）包括减速机。

6.根据权利要求4所述的一种采集设备材料力学参数的装置，其特征在于，所述传感组件（3）包括压力传感器（31）和位移传感器（32）；所述压力传感器（31）的顶部与所述高精密丝杠（12）的底部连接，所述压力传感器（31）的底部与所述测量机构（2）的顶部连接；所述位移传感器（32）与所述测量机构（2）连接，所述位移传感器（32）位于所述测量机构（2）的一侧。

7.根据权利要求6所述的一种采集设备材料力学参数的装置，其特征在于，所述压力传感器（31）的分辨率为0.1kgf，所述位移传感器（32）为0.1μm分辨率光栅尺。

8.根据权利要求6所述的一种采集设备材料力学参数的装置，其特征在于，所述测量机构（2）包括球形压头和一端为半球形的柱状压头。

9.根据权利要求6或8所述的一种采集设备材料力学参数的装置，其特征在于，所述测量机构（2）的压头（21）采用碳化钨材料。

10.根据权利要求8所述的一种采集设备材料力学参数的装置，其特征在于，所述球形压头的直径和位于所述柱状压头端部的半球形的直径均为0.5mm。

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