本發明屬于材料力學性能測試，具體涉及一種基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗裝置、系統及方法。
背景技術：
1、在核能、冶金、航空航天及液態金屬傳熱等領域，材料常需在高溫液態金屬環境中服役，液態金屬會顯著影響材料內部裂紋的萌生、擴展及失效過程，因此，有必要開展液態金屬環境中材料裂紋的原位觀測，以揭示其損傷演化機理。
2、目前，現有研究多采用試驗后金相分析、掃描電鏡觀察等離位表征方法，通常只能獲得裂紋最終形貌，難以連續反映裂紋在液態金屬環境中的動態演化過程；同時，由于液態金屬不透明傳統光學方法也難以實現對材料內部裂紋的實時觀測。工業ct技術具有無損、三維成像和可視化觀測等優點，能夠對不透明介質中的材料內部裂紋進行原位檢測，是開展液態金屬環境下裂紋原位研究的重要手段。
3、然而，現有ct原位高溫試驗裝置通常采用密閉式高溫爐體結構，雖然能夠保證溫度穩定性，但爐體尺寸較大，會增大x射線源與試樣之間的距離，降低ct系統幾何放大倍率，進而導致成像分辨率下降，限制對材料微觀結構及裂紋演化過程的高分辨率觀測。
技術實現思路
1、本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗裝置、系統及方法，既能滿足液態金屬環境下高溫原位試驗需求，又能縮短x射線源與試樣距離、提高工業ct成像分辨率。
2、本發明解決其技術問題是通過以下技術方案實現的：
3、一種基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗裝置，包括底座、固定頂板及動力支撐板，所述底座中心位置處設置夾具，所述底座兩端對稱固定安裝立柱，所述立柱頂部固定安裝所述動力支撐板，所述動力支撐板兩端對稱設置絲杠，兩根所述絲杠的頂端共同連接所述固定頂板，所述絲杠的頂部設置有提升帶輪，提升帶輪之間通過同步帶連接，所述動力支撐板的下端固定安裝提升電機，所述提升電機的輸出軸連接至所述絲杠，兩根所述絲杠之間通過絲杠螺母固定連接支撐板，所述連接支撐板上固定連接夾具，所述連接支撐板在提升電機的帶動下沿絲杠完成往復運動從而實現夾具上試樣的載荷施加；所述立柱上安裝加熱組件。
4、而且，所述連接支撐板上通過齒輪連接法蘭固定連接第一從動大齒輪，所述第一從動大齒輪通過夾具轉接法蘭連接夾具；所述立柱內穿裝連接花鍵軸，所述花鍵軸頂端與所述固定頂板連接，所述花鍵軸上套裝輸出小齒輪，所述輸出小齒輪與所述第一從動大齒輪嚙合；所述動力支撐板遠離提升電機一側固定安裝旋轉電機連接板，所述旋轉電機連接板上安裝旋轉電機，所述旋轉電機端部安裝旋轉帶輪，靠近所述旋轉電機的花鍵軸上套裝連接旋轉帶輪，所述旋轉帶輪之間連接同步帶，所述旋轉電機通過旋轉帶輪帶動花鍵軸轉動，通過旋轉帶輪傳遞動力至夾具，使得夾具完成旋轉；
5、所述底座的底板上設置有從動小齒輪及第二從動大齒輪，所述第二從動大齒輪套裝于位于下方的夾具底部，所述從動小齒輪套裝于所述花鍵軸上，所述從動小齒輪及第二從動大齒輪嚙合，通過花鍵軸的轉動帶動位于下方的夾具完成同步旋轉。
6、而且，位于下方的所述夾具上設置有載荷傳感器。
7、而且，所述加熱組件包括激光加熱器及加熱臺，所述激光加熱器通過加熱臺固定安裝于立柱上，所述激光加熱器位于所述夾具附近。
8、一種基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗系統，包括ct掃描設備及安裝于所述ct掃描設備內的x射線探測器、承載平臺及x射線源，所述x射線探測器及x射線源分別位于所述承載平臺兩側，所述承載平臺上放置所述的高溫試驗裝置。
9、一種基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗方法，采用所述的高溫試驗裝置，所述方法的步驟為：
10、s1、將液態金屬粉末裝填于圓管試樣內部，并將試樣安裝固定于上、下的兩個夾具之間；
11、s2、啟動激光加熱器對試樣工作段進行加熱，使試樣升溫至預定試驗溫度；當達到目標溫度后，保持恒溫一段時間，以保證試樣溫度分布穩定并使內部液態金屬達到預定狀態；
12、s3、在保溫完成后，啟動加載系統對試樣施加循環載荷，開展疲勞試驗，當試樣達到預設循環次數或預定檢測階段時暫停加載；
13、s4、啟動旋轉電機使夾具帶動試樣繞自身軸線勻速旋轉360°，在試樣旋轉過程中利用ct掃描設備對試樣進行三維掃描，以獲取試樣內部裂紋及損傷演化信息，完成一次ct掃描后，停止旋轉；
14、s5、繼續對試樣施加循環載荷，按照預設循環間隔重復執行“加載—暫停—旋轉掃描”，實現試樣在高溫液態金屬環境中的原位、連續觀測，直至試樣內部裂紋擴展至預設失效長度或試樣發生失效時，終止試驗。
15、本發明的優點和有益效果為：
16、1、本發明的試驗裝置在滿足試樣高溫加載需求的同時，將激光加熱器固定在原位試驗裝置上，同時試樣夾持部分采用開放空間，舍棄原有的封閉爐體結構，減少對x射線傳播路徑的遮擋，并縮短射線源與試樣之間的距離，從而提高ct成像的幾何放大倍率，實現材料內部結構的高分辨率原位觀測。
17、2、本發明采用雙側激光加熱方式對試樣進行加熱，通過非接觸式激光加熱實現快速、均勻的溫度控制，并避免傳統高溫爐體對x射線傳播路徑的遮擋，使試樣在加熱狀態下仍保持良好的空間開放性。
18、3、本發明設置雙立柱加載系統對試樣進行力學加載，在保證加載穩定性的同時，使加載結構具有較高的剛度和緊湊性，從而適用于工業ct系統內部有限的空間環境。
19、4、本發明的試驗裝置在工業ct掃描過程中僅使夾具與試樣發生旋轉，而試驗機主體結構保持靜止，能夠避免加載裝置整體旋轉帶來的結構復雜性及穩定性問題，并能夠保證試樣在360°掃描過程中保持穩定加載狀態。
20、5、本發明能夠在最高約500℃的高溫條件下實現材料力學行為的原位ct掃描，并在保證高溫加載能力的同時有效提升ct成像分辨率，為研究材料在高溫環境中的裂紋萌生、擴展及損傷演化過程提供一種高分辨率的三維原位實驗手段。
1.一種基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗裝置，其特征在于：包括底座（39）、固定頂板（32）及動力支撐板（35），所述底座（39）中心位置處設置夾具（311），所述底座（39）兩端對稱固定安裝立柱（38），所述立柱頂部固定安裝所述動力支撐板（35），所述動力支撐板（35）兩端對稱設置絲杠（34），兩根所述絲杠（34）的頂端共同連接所述固定頂板（32），所述絲杠（34）的頂部設置有提升帶輪（31），提升帶輪（31）之間通過同步帶連接，所述動力支撐板（35）的下端固定安裝提升電機（314），所述提升電機（314）的輸出軸連接至所述絲杠（34），兩根所述絲杠（34）之間通過絲杠螺母固定連接支撐板（320），所述連接支撐板（320）上固定連接夾具（311），所述連接支撐板（320）在提升電機（314）的帶動下沿絲杠（34）完成往復運動從而實現夾具（311）上試樣的載荷施加；所述立柱（38）上安裝加熱組件。
2.根據權利要求1所述基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗裝置，其特征在于：所述連接支撐板（320）上通過齒輪連接法蘭（318）固定連接第一從動大齒輪（319），所述第一從動大齒輪（319）通過夾具轉接法蘭（315）連接夾具（311）；所述立柱內穿裝連接花鍵軸（317），所述花鍵軸（317）頂端與所述固定頂板（32）連接，所述花鍵軸（317）上套裝輸出小齒輪（33），所述輸出小齒輪（33）與所述第一從動大齒輪（319）嚙合；所述動力支撐板（35）遠離提升電機（314）一側固定安裝旋轉電機連接板（36），所述旋轉電機連接板（36）上安裝旋轉電機（37），所述旋轉電機（37）端部安裝旋轉帶輪（316），靠近所述旋轉電機（37）的花鍵軸（317）上套裝連接旋轉帶輪（316），所述旋轉帶輪（316）之間連接同步帶，所述旋轉電機（37）通過旋轉帶輪（316）帶動花鍵軸（317）轉動，通過旋轉帶輪（316）傳遞動力至夾具（311），使得夾具（311）完成旋轉；
3.根據權利要求1所述基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗裝置，其特征在于：位于下方的所述夾具（311）上設置有載荷傳感器（310）。
4.根據權利要求1所述基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗裝置，其特征在于：所述加熱組件包括激光加熱器（313）及加熱臺（312），所述激光加熱器（313）通過加熱臺（312）固定安裝于立柱（38）上，所述激光加熱器（313）位于所述夾具（311）附近。
5.一種基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗系統，其特征在于：包括ct掃描設備（1）及安裝于所述ct掃描設備（1）內的x射線探測器（2）、承載平臺（3）及x射線源（5），所述x射線探測器（2）及x射線源（5）分別位于所述承載平臺（3）兩側，所述承載平臺（3）上放置如權利要求1~4任意一項所述的高溫試驗裝置（4）。
6.一種基于工業ct的液態金屬環境原位高溫試驗方法，其特征在于：采用如權利要求1~4任意一項所述的高溫試驗裝置，所述方法的步驟為：