[发明专利]一种超低温冲击测试装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及超低温试验领域，特别涉及一种超低温冲击测试装置及其测试方法。

背景技术

随着科学技术的发展，深冷低温环境工况条件频繁出现在低温超导、航空航天、石油化工行业等众多领域，其对材料的低温性能要求日益苛刻，相应材料在低温乃至超低温力学性能研究已经受到国内外学者的高度重视，其研究范围大多集中在普冷低温环境（不低于-153℃）下，而在超低温下的材料力学性能的研究往往较少；这主要是因为超低温的实验环境较难获得。因此，用于材料超低温性能研究的实验环境的建立非常重要。

目前，低温冲击试验所需低温环境一般通过液体介质或气体介质冷却实现。温度高于-196℃时，可以液氮、干冰为冷源通过酒精或氟利昂等介质配比实现；而温度低于-196℃时，可用液氢（-253℃）或液氦（-269℃）作为冷源。而根据冲击试验特点，试样需离开低温环境进行试验，但是，由于内外环境的巨大温度差异，试样本身往往会在在从低温或超低温环境中移动至外部正常温度下的冲击试验台处过程中产生明显的急剧升温现象，这在超低温实验时尤为明显，这就导致实验时其所需测试温度与实际测试温度间的产生偏差性，最终极大的影响了其实验数据的精确性。后来，人们通过测算在低温或超低温实验下试样的回温速率，从而获取各温度区下试样冲击试验的过冷温度补偿值，也即：如试样从超低温装置中移出3S～5S后内即刻冲击打断，其过冷温度补偿值为3℃～4℃，此时即可事先将试样在低温装置内多降温3℃～4℃，此时试样取出后3S～5S后再行打断，其打断时的试样温度就刚好满足预定的实验温度需求了。上述温度补偿方式，确实满足了低温实验下的某些试样实验需求，然而其存在的缺陷仍然不容小视：温度补偿方式，对于试样本身所能最终承受的低温限度存在要求，特别是对于自身存有低温相变的金属材料而言，过大的过冷温度补偿值极有可能引起金属相变，从而导致试样的材料性能发生变化，进而使试验结果与实际情况不符，最终导致其所测量出的实验数据完全不具备实际使用价值；此外，在进行某些超低温冲击测试时，其制冷系统已经勉强能够满足其实验温度需求，一旦其过冷温度补偿值数值过大，在其实验温度基础上再增加过冷温度补偿值后，制冷系统可能无法达到其实验最低温度，从而给实验测试人员带来极大困扰。

发明内容

本发明的目的为解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单而便于实现的超低温冲击测试装置，可对试样材料的过冷温度补偿值产生明显的降低效果，以有效确保最终冲击实验结果的准确性需求；同时还提供一种基于上述超低温冲击测试装置的测试方法，以有效而稳定的确保其装置的操作需求，进一步确保实验结果的精确性。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种超低温冲击测试装置，至少包括用作测试对象的试样、用于使试样达到指定温度的降温组件以及用于执行试样冲断操作的冲击实验组件，所述试样表面处包覆有保温层。

所述保温层包括外形轮廓与试样形状一致的长方体状玻璃容器，玻璃容器内壁与试样表面间存有用于容纳和铺设保温材料的间隙。

所述保温层呈密封式的包覆试样表面设置，所述保温材料为气凝胶粉体。

所述降温组件包括制冷机低温装置，所述制冷机低温装置至少包括隔热壳体、容纳于隔热壳体内的辐射罩、用于制冷的制冷机以及用于放置试样的试样腔，所述制冷机的冷头及试样腔下部均位于辐射罩内且两者间桥联接设置；所述试样腔外形呈筒体状且其开口端顺延并伸出隔热壳体设置，试样腔的开口端设置有用于启闭试样腔的盖体，所述盖体与试样腔开口端间形成密封式配合。

所述冲击实验组件包括用于安置试样的砧座以及用于执行冲击操作的锤头部，所述砧座具备有限位试样沿锤头部动作方向位移的限位约束，所述冲击实验组件还包括用于定位试样沿其长度方向动作的限位块。

所述砧座为两块彼此板面平行的“L”字形板构成，两“L”字形板的凹口处同侧设置且该凹口构成限位试样沿锤头部动作方向位移的限位约束；所述限位块固接于其中一块“L”字形板凹口处布置，限位块构成限位试样沿其长度方向动作的单向限位约束。

一种应用上述超低温冲击测试装置的测试方法，具备以下步骤：

1）、于试样表面裹设保温层；

2）、将1）步骤完成后的试样于制冷机低温装置内的进行预定温度的降温保温操作；

3）、进行试样回温测试；即将试样从制冷机低温装置移出并置于正常冲击实验环境下，确定该试样于正常冲击实验环境下的温度随时间变化曲线，根据其曲线以及正常完成该冲击试验所需时间，确定该试样的过冷温度补偿值；