一種測試搭接板摩擦錐塞焊接頭抗拉性能的夾具及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于固相焊技術領域，具體來說涉及一種測試搭接板摩擦錐塞焊接頭抗拉 性能的夾具及方法。
【背景技術】
[0002] 摩擦錐塞焊(FTPW)是英國焊接研究所基于傳統旋轉摩擦焊開發的一種新型固相 連接技術，在海洋平臺和海底管道等水下鋼結構物修復方面具有獨特優勢和應用前景。
[0003] 摩擦錐塞焊的基本原理是采用一種高速旋轉的圓錐狀塞棒在軸向壓力作用下在 事先加工好的盲孔內進行擠壓摩擦，由于摩擦熱和軸向壓力的共同作用，塞棒端部熱塑性 材料沉積在盲孔中，最終形成摩擦圓錐塞焊單元孔焊接接頭，多個摩擦圓錐塞單元孔的相 互疊加便形成了摩擦疊焊(Friction Stitch Welding-FSW)工藝過程。作為一項固相焊接 技術和修復技術，摩擦疊焊具有很多優點，如環保、焊速快、焊接殘余應力和變形小、焊接設 備集成度高、焊接過程易于實現自動化等。
[0004] -般而言，摩擦疊焊修復技術只適用于非貫穿的水下管道缺陷，而對于貫穿缺陷 則需要用搭接的方法，具體為用一塊蓋板將貫穿缺陷完全覆蓋，用塞棒將蓋板與帶缺陷的 基板焊接在一起，從而達到修復貫穿缺陷的目的，但是目前對搭接板摩擦錐塞焊研究相對 較少，為了達到更好的修復效果，需要對塞焊接頭的連接強度進行測試，主要是抗拉強度， 需要加工專門的夾具來進行試驗。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種測試搭接板摩擦錐塞焊接頭抗拉 性能的夾具及方法，該夾具可對搭接板摩擦錐塞焊接頭進行拉伸試驗，從而測試搭接板摩 擦錐塞焊接頭的抗拉強度。
[0006] 本發明的目的是通過下述技術方案予以實現的。
[0007] -種測試搭接板摩擦錐塞焊接頭抗拉性能的夾具，包括:上夾塊和下夾塊，所述上 夾塊的上端和下夾塊的下端均用于與拉伸試驗機固裝;上夾塊的下端通過第一螺栓緊固在 搭接板摩擦錐塞焊接頭的蓋板上面，下夾塊的上端通過第二螺栓緊固在搭接板摩擦錐塞焊 接頭的基板下面，其中，蓋板位于基板的上面，且基板和蓋板的平面呈十字交叉。
[0008] 在上述技術方案中，所述上夾塊包括:上夾柄和上底板，上底板位于蓋板的上面， 上夾柄垂直固裝在上底板上面的中心位置，用于與拉伸試驗機固裝;所述第一螺栓對稱分 布在上夾柄的兩側，其中，第一螺栓的數量為2-4個，第一螺栓穿過上底板和蓋板，并用第一 螺母緊固。
[0009] 在上述技術方案中，所述第一螺母與蓋板之間設有墊片，第一螺栓頭部與上底板 之間設有墊片。
[0010] 在上述技術方案中，所述第一螺栓沿蓋板長度方向分布。
[0011] 在上述技術方案中，所述下夾塊包括:下夾柄和下底板，下底板位于基板的下面， 下夾柄垂直固裝在下底板下面的中心位置，用于與拉伸試驗機固裝;所述第二螺栓對稱分 布在下夾柄的兩側，其中，第二螺栓的數量為2-4個，第二螺栓穿過下底板和基板，并用第二 螺母緊固。
[0012]在上述技術方案中，所述第二螺母與基板之間設有墊片，第二螺栓頭部與下底板 之間設有墊片。
[0013] 在上述技術方案中，所述第二螺栓沿基板長度方向分布。
[0014] -種用上述夾具測試搭接板摩擦錐塞焊接頭抗拉性能的方法，按照下述步驟進 行：
[0015] 步驟1，將蓋板覆蓋在帶貫穿缺陷的基板上面，使基板和蓋板的平面呈十字交叉， 用塞棒進行摩擦錐塞焊接，使蓋板與帶缺陷的基板焊接在一起，焊接后將暴露在蓋板外部 的塞棒部分切割掉，并將切割截面打磨平整；
[0016] 步驟2,用上述夾具緊固搭接板摩擦錐塞焊接頭，其中，通過第一螺栓和第一螺母 的配合將上夾塊的下端緊固在搭接板摩擦錐塞焊接頭的蓋板上面，通過第二螺栓和第二螺 母的配合將下夾塊的上端緊固在搭接板摩擦錐塞焊接頭的基板下面，完成后，將上夾塊的 上端和下夾塊的下端裝卡在拉伸試驗機上，進行拉伸試驗。
[0017] 在所述步驟2中，通過第一螺栓和第一螺母的配合將上夾塊的上底板緊固在搭接 板摩擦錐塞焊接頭的蓋板上面，將上夾柄裝卡在拉伸試驗機上。
[0018] 在所述步驟2中，通過第二螺栓和第二螺母的配合將下夾塊的下底板固裝在搭接 板摩擦錐塞焊接頭的基板下面，將下夾柄裝卡在拉伸試驗機上。
[0019]相比于現有技術，本發明的夾具能成功的測試搭接板摩擦錐塞焊接頭的抗拉性 能，根據拉伸結果能優化焊接工藝及參數，從而提高搭接板摩擦錐塞焊接頭的質量。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的測試搭接板摩擦錐塞焊接頭抗拉性能的夾具的主視圖；
[0021 ]圖2為本發明的測試搭接板摩擦錐塞焊接頭抗拉性能的夾具的俯視圖；
[0022] 圖3為搭接板摩擦錐塞焊焊接完成后的示意圖；
[0023] 圖4為搭接板摩擦錐塞焊焊后將多余的塞棒切除并打磨平整后的示意圖；
[0024] 圖5為用本發明的夾具緊固搭接板摩擦錐塞焊接頭后的結構示意圖。
[0025]其中，1為下夾塊，2為第二螺栓，3為上夾塊，4為蓋板，5為基板，6為第二螺母，7為 第一螺母，8為第一螺栓，9為墊片。
【具體實施方式】
[0026] 在本發明的實施例中用于測試的搭接板摩擦錐塞焊接頭由天津大學天津市現代 連接技術重點實驗室開發的國內第一套大功率FHPP/FTPW原理樣機系統焊接得到。該系統 由焊接主軸、液壓栗站以及電控系統三部分組成。樣機的主要技術參數均高于目前公開資 料中的其他設備，具體為:主軸最高轉速8000rpm，最大軸向壓力60kN，最大輸出扭矩140Nm， 設備總功率93kW。
[0027] 在本發明中，通過強度校核確定上夾塊和下夾塊的材料及具體尺寸;通過強度校 核確定第一螺栓和第二螺栓的材料及具體尺寸；質量上采取對上夾塊和下夾塊尺寸、形位 公差的精加工來保證加工質量。本發明的實施例中所涉及的蓋板和基板材料為X65管線用 鋼，其中，蓋板尺寸為11〇111111(長）\5〇1]1111(寬）\151]1111(高），基板的尺寸為11〇1]1111(長）\ 5〇1]1111 (寬）X22mm(高），選用X65管線用鋼作為塞棒材料。
[0028] 下面結合附圖和實施例對本發明的測試搭接板摩擦錐塞焊接頭抗拉性能的夾具 及方法進行詳細說明。
[0029] 實施例1
[0030] 如圖1、2和5所示，一種測試搭接板摩擦錐塞焊接頭抗拉性能的夾具，包括:上夾塊 3和下夾塊1，上夾塊包括:上夾柄和上底板，上底板位于蓋板4的上面，上夾柄垂直固裝在上 底板上面的中心位置，用于與拉伸試驗機固裝;沿蓋板長度方向分布的2個第一螺栓對稱設 置在上夾柄的兩側，其中，第一螺栓穿過上底板和蓋板，并用第一螺母緊固，每個第一螺栓8 用2個第一螺母7緊固，最上方的第一螺母與蓋板之間設有墊片，第一螺栓頭部的下端與上 底板之間設有墊片9,防止在拉伸實驗過程中損壞蓋板或者上夾塊。下夾塊包括:下夾柄和 下底板，下底板位于基板5的下面，下夾柄垂直固裝在下底板下面的中心位置，用于與拉伸 試驗機固裝;2個沿基板長度方向設置的第二螺栓對稱分布在下夾柄的兩側，其中