(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210850976.2 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 上海发电设备成套设计 研究院有限 责任公司 地址 200240 上海市闵行区剑川路1 115号 (72)发明人 侍克献　杨昌顺　符锐　田根起　 张作贵　倪一帆　王峥　王延峰　 (74)专利代理 机构 北京品源专利代理有限公司 11332 专利代理师 刘二艳 (51)Int.Cl. G01N 3/30(2006.01) G01N 3/08(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种评估氢气环境下材料性能的小冲杆试 验装置及试验方法 (57)摘要 本发明提供了一种评估氢气环境下材料性 能的小冲杆试验装置及试验 方法， 所述小冲杆试 验装置包括存储单元、 夹层真空单元、 夹装试验 单元及排气单元； 所述夹装试验 单元设置于所述 排气单元的内部； 所述存储单元、 夹层真空单元 以及夹装试验 单元依次相连； 所述小冲杆试验装 置通过夹层真空单元以及排气单元的设计， 避免 了氢气逃逸的现象， 极大地提升了试验的安全 性； 进一步地， 通过夹具的设计优化， 可针对尺寸 极小样品进行测试， 降低了对待测设备的损伤， 且试验时， 所需氢气容量 极少， 安全性高， 所述试 验方法可以实现在氢气环境下材料的性能进行 评估， 研究材料在氢气环境下的氢致开裂行为， 结果精确， 具有较好的应用前 景。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115266416 A 2022.11.01 CN 115266416 A 1.一种评估氢气环境下材料性能的小冲杆试验装置， 其特征在于， 所述小冲杆试验装 置包括存 储单元、 夹层真空单 元、 夹装试验单 元及排气单 元； 所述夹装试验单 元设置于所述排气单元的内部； 所述存储单元、 夹层真空单 元以及夹装试验单 元依次相连。 2.根据权利要求1所述的小冲杆试验装置， 其特征在于， 所述存储单元包括氢气存储 罐。 3.根据权利要求1或2所述的小冲杆试验装置， 其特征在于， 所述夹层真空单元包括带 有真空夹层的氢气输送管。 4.根据权利要求1 ‑3任一项所述的小冲 杆试验装置， 其特征在于， 所述夹装试验单元包 括第一夹具， 以及与所述第一夹相配合以夹持试样的第二夹具； 所述第一夹具和所述第二夹具 上分别独立 地设置有贯 通的内孔； 所述第一夹具的内孔中设置有冲杆， 所述第二夹具的内孔中设置有位移传感器。 5.根据权利要求4所述的小冲杆试验装置， 其特征在于， 所述第 一夹具的下表面还设置 有与内孔同轴的环状凹槽； 优选地， 所述环状凹槽内侧凸起的凸出高度小于所述环状凹槽 外侧凸起的凸出高度； 优选地， 所述第一夹具 上还设置有贯 通所述环状凹槽的通 孔。 6.根据权利要求5所述的小冲杆试验装置， 其特征在于， 所述第 二夹具的上表面设置有 与内孔同轴的容置 槽， 所述容置槽与所述环状凹槽内侧凸起相配和， 用于 夹持试样； 优选地， 所述第二夹具上表面的最外侧还设置有装配槽， 与所述环状凹槽外侧凸起相 配和。 7.根据权利要求6所述的小冲杆试验装置， 其特征在于， 所述第 一夹具与所述第 二夹具 装配后， 所述第一夹具的环状凹槽与所述第二夹具的上表面形成充气空间。 8.一种评估氢气环境下材料性能的小冲杆试验方法， 其特征在于， 所述试验方法采用 如权利要求1 ‑7任一项所述的小冲杆 试验装置进行， 所述试验方法包括以下步骤： (1)制备试样， 并将其 安装于夹装试验单 元内； (2)同时启动夹层真空单元和排气单元， 然后将存储单元内的氢气通过夹层真空单元 输送至夹装试验单 元， 对试样进行浸泡； (3)浸泡后进行冲压试验， 记录载荷与位移的关系曲线， 根据关系曲线以及小冲 杆试验 经验公式， 获得抗拉应力和 屈服应力； (4)试验完毕后， 取 出试样， 进行系统表征。 9.根据权利要求8所述的小冲杆试验方法， 其特征在于， 步骤(1)所述试样的直径为9 ‑ 11mm， 厚度为0.4 ‑0.6mm； 优选地， 步骤(2)所述浸泡的时间为1 ‑24h。 10.根据权利要求8或9所述的小冲杆试验方法， 其特征在于， 步骤(3)更具体的操作包 括： 控制冲杆以0.2 ‑0.5mm/min的速率对试样进行冲压， 实时记录载荷数据与位移数据， 绘 制关系曲线， 根据所述关系曲线获得最大载荷Pm和屈服载荷Py， 再结合小冲杆试验经验公 式， 计算出抗拉应力与屈服应力； 优选地， 步骤(4)系统表征包括： 对试验后的试样进行显微镜观察。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115266416 A 2一种评估氢气环境下材料性能的小冲杆试验装 置及试验方法 技术领域 [0001]本发明属于氢气环境下金属材料损伤劣化行为和微损检测方法技术领域， 具体涉 及一种评估氢气环境下 材料性能的小冲杆 试验装置及试验方法。 背景技术 [0002]氢能是增强能源时空配置能力的一种有效途径， 发展氢能是我国实现双碳目标的 必由之路。 氢是一种非常活泼的元素， 材料在氢气环境下容易发生氢致开裂行为， 因此有必 要对材料在氢气环境下的性能进 行试验评估和研究。 但实现标准力学性能试验和氢气的耦 合是一件充满危险和挑战的难题。 [0003]小冲杆试验法属于微试样测试技术的一种， 起源于上世纪八十年代， 它具有无损 和取样两种优势， 可以从在役设备中取得微小尺寸的试样而无需对设备进行修补。 利用所 取得的试样获得材料 的各种性能参数， 是一种 具有广阔前景 的微型试样技术， 已经可以用 于测强度性能参数、 冲击性能参数及断裂性能参数。 但现有的小冲杆试验装置存在氢逃逸 现象， 不仅会影响试验的准确性， 还是导 致危险性升高。 [0004]CN203178129U公开了一种小冲杆在线充氢试验装置， 包括筒体、 第一夹具、 第二夹 具及压杆。 第一夹具设置在筒体中； 第二夹具与第一夹具相配合以夹持试样， 其设置在筒体 中， 第二夹具上贯通有内孔及用于安装导线的导线孔； 压杆的一端可活动地设置在下夹具 的内孔中。 该装置中， 试验设备整体位于筒体内， 氢气逸出时易造成危险。 [0005]CN109813594A公开了一种深海氢致应力开裂行为的小冲杆测试装置及方法， 通过 温控箱、 充氮除氧回流槽模拟深海环境， 通过电解液循环流动模拟深海海水流动状态。 同 时， 利用电化学工作站在线充氢模拟深海氢环境， 通过力学试验机和小冲杆夹具施加载荷 模拟深海静压力。 通过改变充 氢电流、 充 氢时间， 考察金属试样在深海模拟环 境中的力学性 能， 根据其断口形貌、 屈 服强度、 强度极限等信息评价材料在深海环境中的劣化程度。 该小 冲杆测试装置结构较为复杂， 成本较高。 [0006]综上所述， 提供一种结构简单， 安全性能高的小冲杆试验装置具有十分重要的意 义。 发明内容 [0007]针对现有技术存在的问题， 本发明的目的在于提供一种评估氢气环境下材料性能 的小冲杆试验装置及试验方法， 所述小冲杆试验装置通过对整体结构的优化设计， 避免了 氢气逃逸的现象， 极大地 提升了试验的安全性， 有利于应用。 [0008]为达此目的， 本发明采用以下技 术方案： [0009]第一方面， 本发明提供了一种评估氢气环境下材料性能的小冲杆试验装置， 所述 小冲杆试验装置包括存 储单元、 夹层真空单 元、 夹装试验单 元及排气单 元； [0010]所述夹装试验单 元设置于所述排气单元的内部； [0011]所述存储单元、 夹层真空单 元以及夹装试验单 元依次相连。说　明　书 1/5 页 3 CN 115266416 A 3