專利名稱：金屬薄壁等壁厚管材高溫疲勞試驗(yàn)夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料試驗(yàn)設(shè)備，尤其是金屬薄壁等厚度管材高溫疲勞 試驗(yàn)夾具的制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬材料的疲勞試驗(yàn)對(duì)于金屬構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)起著重要的 指導(dǎo)作用。為了考查金屬構(gòu)件的疲勞性能，通常將金屬材料加工成實(shí) 心棒狀試樣來(lái)進(jìn)行室溫和高溫環(huán)境下的疲勞試驗(yàn)。有關(guān)棒狀試樣的疲 勞試驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，國(guó)際、國(guó)內(nèi)也推出了一系列相應(yīng)的疲勞試 驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。但是隨著反應(yīng)堆工程、化工壓力容器工程等的迅速發(fā)展，金 屬薄壁管件得以在工程實(shí)際中廣泛應(yīng)用。因存在特殊夾持困難，使得 金屬薄壁等厚度管件的高溫疲勞試驗(yàn)難以開展。在高溫環(huán)境下，由于 受高溫爐的限制，所需管試樣較長(zhǎng)，而過長(zhǎng)的管試樣在疲勞試驗(yàn)過程 中又極易產(chǎn)生疲勞循環(huán)失穩(wěn)。為了避免產(chǎn)生變形失穩(wěn)，常常采用二次 夾具螺紋連接的方式來(lái)減少所需管試樣的長(zhǎng)度，同時(shí)達(dá)到節(jié)省試樣材 料的目的。然而對(duì)于管件，無(wú)法采用螺紋連接方式延長(zhǎng)試樣。為避免 實(shí)驗(yàn)過程中的疲勞失穩(wěn)，對(duì)于厚壁管試樣，有時(shí)在工作管段加工出一 弧形槽，使得工作段直徑減小，以弧形槽根部的徑向應(yīng)變控制疲勞試 驗(yàn)的進(jìn)行，然后將徑向應(yīng)變換算成軸向應(yīng)變。這種技術(shù)方案僅適合于 壁厚足夠大的金屬管試樣，試樣尺寸適應(yīng)性很差；管試樣工作段為漏斗形狀而非等直狀，需要進(jìn)行徑向應(yīng)變同軸向應(yīng)變之間的換算，其中
存在一定的換算誤差；該技術(shù)方案所限定的特殊試驗(yàn)所需管試樣依然 較長(zhǎng)，試樣耗材較大。對(duì)于中、薄等厚度金屬管件，目前尚無(wú)任何可 實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下的單、多軸疲勞試驗(yàn)的有效技術(shù)方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種金屬薄壁等壁厚管材高溫疲勞試驗(yàn)夾 具，使之克服現(xiàn)有技術(shù)的以上所述缺點(diǎn)，不僅可實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下金屬 薄壁管件的單、多軸疲勞試驗(yàn)，而且還達(dá)到節(jié)省試樣材料的目的。
本發(fā)明的目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。
金屬薄壁等壁厚管材高溫疲勞試驗(yàn)夾具，用于在高溫疲勞試驗(yàn)中 對(duì)金屬薄壁管材進(jìn)行夾持。有一主軸1，所述主軸具有錐形夾持套11、 中部螺紋段12和夾持段13;鎖緊套筒2和過渡套筒3依次套接在主 軸的錐形夾持套11上；鎖緊螺帽5旋接在主軸的中部螺紋段12上； 夾持墊套6套接在主軸的夾持段；主軸錐形夾持套11和夾持墊套6 均具有可改變徑向尺度的彈性機(jī)構(gòu)。
在實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將管試樣兩端塞入金屬堵頭，然后將管試樣 的一端插入主軸錐形夾持套內(nèi)，同主軸、鎖緊套筒、過渡套筒、彈性 墊片和鎖緊螺帽等一系列部件連接，通過鎖緊螺帽傳遞到主軸的機(jī)械 擠壓力，實(shí)現(xiàn)夾具對(duì)試樣的初步抱緊。試樣的另一端作對(duì)稱的夾持設(shè) 置。之后，將試樣及夾具的過渡套筒部分置于高溫環(huán)境中，根據(jù)熱膨 脹原理，設(shè)計(jì)主軸材料的熱膨脹系數(shù)大于鎖緊套筒，升溫后夾具主軸 與鎖緊套筒及試樣之間因熱膨脹差異而產(chǎn)生不同的熱應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)夾具對(duì)管試樣的再次抱緊。同時(shí)，金屬堵頭也采用熱膨脹系數(shù)較高的材料， 以防止管試樣在受夾具夾持時(shí)產(chǎn)生內(nèi)凹變形，從而增強(qiáng)夾具對(duì)管試樣 的綜合抱緊力。本發(fā)明夾具的夾持段配合夾持墊套可適應(yīng)多種規(guī)格的 試驗(yàn)機(jī)夾頭。
采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案，可滿足多種規(guī)格薄壁等厚度管件在高溫 環(huán)境下的單、多軸疲勞試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，試樣尺寸適應(yīng)范圍大，夾持 功能突出，節(jié)省試樣材料。還可實(shí)現(xiàn)小尺寸實(shí)心棒材的高溫扭轉(zhuǎn)疲勞 試驗(yàn)。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例夾持試樣后的外觀圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例主軸的三維視圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例主軸的剖視圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例鎖緊套筒的剖視圖。 圖5為本發(fā)明實(shí)施例夾持墊套的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
結(jié)合圖1至圖5可看出本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)和具體實(shí)施方式
。金屬 薄壁等厚度管材高溫疲勞試驗(yàn)夾具，有一主軸(1),所述主軸具有錐 形夾持套(11)、中部螺紋段(12)和夾持段(13);鎖緊套筒(2) 和過渡套筒(3)依次套接在主軸的錐形夾持套(11)上；鎖緊螺帽 (5)旋接在主軸的中部螺紋段(12)上；夾持墊套(6)套接在主軸
的夾持段(13);主軸錐形夾持套(11)為可改變徑向尺度的彈性機(jī)構(gòu)， 一般為多瓣式對(duì)稱布局結(jié)構(gòu)，在此采用四瓣式外錐體結(jié)構(gòu)，錐體 根部對(duì)稱開孔，可降低錐體的變形剛度，從而增強(qiáng)對(duì)管試樣的抱緊效 果；主軸錐形夾持套(11)同中部螺紋段(12)間為圓弧過渡，可降 低錐體根部的應(yīng)力集中，從而有效避免主軸(1)在抱緊管試樣的過 程中于錐體根部處斷裂。夾持墊套(6)為可改變徑向尺度的彈性機(jī) 構(gòu)，在此采用四瓣式等直體結(jié)構(gòu)，具有同主軸錐形夾持套(11)類似 的夾持功能。
如圖1所示，在管試樣(7)的一端塞入金屬堵頭(由具有高熱 膨脹系數(shù)的材料制成)，將管試樣(7)該端放入主軸(1)中，放入 的管試樣要足夠深，使夾具抱緊力盡量大，又要注意不能放入過深， 否則影響主軸錐形夾持套的彈性變形能力。按照?qǐng)D1所示順序，將鎖 緊套筒(2)、過渡套筒(3)、彈性墊片(4)和鎖緊螺帽(5)依次安 裝，將夾具的夾持段(13)套上夾持墊套(6)并用試驗(yàn)機(jī)夾具抱緊。 擰緊鎖緊螺帽(5)，使主軸(1)對(duì)管試樣(7)產(chǎn)生足夠大的擠壓力， 管試樣(7)的另一端按照相同的方法套裝上本發(fā)明夾具。待管試樣 (7)安裝完成后，將管試樣(7)及本發(fā)明夾具(包括鎖緊套筒(2) 和過渡套筒(3)部分) 一并置于高溫環(huán)境中，待升到試驗(yàn)溫度后， 管試樣(7)和夾具系統(tǒng)將因材料熱膨脹的差異使得夾具對(duì)管試樣(7) 的抱緊力大大增強(qiáng)。在本例中，主軸(l)、過渡套筒(3)及堵頭材料均 選用GH2036合金，鎖緊套筒(2)材料選用1Crl7Ni2合金。
權(quán)利要求
1、金屬薄壁等壁厚管材高溫疲勞試驗(yàn)夾具，用于在高溫疲勞試驗(yàn)中對(duì)金屬薄壁管材進(jìn)行夾持，其特征在于，有一主軸1，所述主軸具有錐形夾持套11、中部螺紋段12和夾持段13；鎖緊套筒2和過渡套筒3依次套接在主軸的錐形夾持套11上；鎖緊螺帽5旋接在主軸的中部螺紋段12上；夾持墊套6套接在主軸的夾持段；主軸錐形夾持套11和夾持墊套6均具有可改變徑向尺度的彈性機(jī)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之金屬薄壁等壁厚管材高溫疲勞試驗(yàn)夾具，其特征在于，所述可改變徑向尺度的彈性機(jī)構(gòu)為多瓣式對(duì)稱布局結(jié) 構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之金屬薄壁等壁厚管材高溫疲勞試驗(yàn)夾具， 其特征在于，所述過渡套筒3和鎖緊螺帽5之間設(shè)置有彈性墊片4。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之金屬薄壁等壁厚管材高溫疲勞試驗(yàn)夾具， 其特征在于所述主軸1所用材料的熱膨脹系數(shù)大于鎖緊套筒2所用材
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬薄壁等壁厚管材高溫疲勞試驗(yàn)夾具，用于在高溫疲勞試驗(yàn)中對(duì)金屬薄壁管材進(jìn)行夾持。有一主軸1，所述主軸具有錐形夾持套11、中部螺紋段12和夾持段13；鎖緊套筒2和過渡套筒3依次套接在主軸的錐形夾持套11上；鎖緊螺帽5旋接在主軸的中部螺紋段12上；夾持墊套6套接在主軸的夾持段；主軸錐形夾持套11和夾持墊套6均具有可改變徑向尺度的彈性機(jī)構(gòu)。本發(fā)明可滿足多種規(guī)格薄壁等厚度管件在高溫環(huán)境下的單軸、純扭和軸扭復(fù)合疲勞試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，試樣尺寸適應(yīng)范圍大，夾持功能突出，節(jié)省試樣材料。
文檔編號(hào)G01N3/18GK101526451SQ200910058798
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者陳 包, 蔡力勛, 陳洪軍 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)