一种管材角焊缝疲劳性能试验装置

摘要

本发明提供的一种管材角焊缝疲劳性能试验装置，包括疲劳试验件、上夹具和下夹具，其中，疲劳试验件包括第一管样和第二管样，第一管样的一端焊接在第二管样的侧壁上；所述上夹具的上端与疲劳试验机的驱动杆连接；所述上夹具与第一管样的自由端连接；所述下夹具的上端与第二管样的一端连接；所述下夹具的下端与疲劳试验机的腔体底部连接；本发明能够获取常规试验手段无法获取的管道角焊缝在不同服役条件下的疲劳寿命，指导相关管道结构的应用以及焊接材料和工艺的研发；同时，本发明能够直接安装到常规疲劳试验机的工作台上，节约成本，丰富疲劳试验机的工作功能。

说明书

技术领域

本发明属于材料疲劳试验装置领域，具体涉及一种管材角焊缝疲劳性能试验装置。

背景技术

运输机械、能源、工业装备等领域，由于震动、频繁启停、变功率运行、冷热交替等，使用的管道材料会承受重复应力。因此，研究材料的疲劳性能对了解材料的服役状态十分重要。

现有的疲劳试验，主要有拉伸-压缩应力型、弯曲应力型、扭转应力型。机械和装备的实际结构和受力情况具有多样性，现有的疲劳试验手段无法满足复杂构件、特殊服役条件的疲劳性能测试。例如，由于我国电力结构的调整，新能源发电行业发展迅速，然而风能、光伏、水利等新能源发电具有一定的不稳定性。为了保证我国电力供应的稳定性，国内火电厂启停和调峰运行十分频繁，造成最近两年大量火电厂集箱和管道的角焊缝频繁开裂。经失效分析，发现开裂原因为频繁启停调峰导致集箱和管道角焊缝发生疲劳失效。说明管材角焊缝疲劳性能与服役条件对疲劳性能的要求不匹配。因此，研究管材角焊缝的疲劳性能对于评估管材角焊缝的服役性能以及焊接材料和工艺的研发具有重要意义。然而，目前尚无相关方法或装置对管材角焊缝的疲劳性能进行测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管材角焊缝疲劳性能试验装置，解决了目前尚无试验方法和装置对管材角焊缝的疲劳性能进行测试，本发明的试验装置对于管材角焊缝的服役性能研究以及焊接材料和工艺研究具有重要意义，也具有十分广阔的应用前景。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种管材角焊缝疲劳性能试验装置，包括疲劳试验件、上夹具和下夹具，其中，疲劳试验件包括第一管样和第二管样，第一管样的一端焊接在第二管样的侧壁上；所述上夹具的上端与疲劳试验机的驱动杆连接；所述上夹具与第一管样的自由端连接；所述下夹具的上端与第二管样的一端连接；所述下夹具的下端与疲劳试验机的工作台连接。

优选地，所述第一管样的轴线和第二管样的轴线互相垂直。

优选地，所述第二管样与下夹具之间活动连接。

优选地，所述第二管样的一端开设有外螺纹，该外螺纹段与下夹具之间螺纹连接。

优选地，所述第一管样和上夹具之间活动连接。

优选地，所述第一管样的自由端开设有外螺纹，该外螺纹段与上夹具之间螺纹连接。

优选地，上夹具包括第一组件和第二组件，其中，所述第一组件和第二组件之间活动连接，且第一组件的轴线与第二组件的轴线互相垂直。

优选地，所述第一组件的侧壁上开设有通孔，所述第二组件装配在通孔内；所述通孔的轴线与第一组件的轴线互相垂直。

优选地，下夹具包括第三组件和第四组件，其中，第三组件和第四组件之间活动连接，且第三组件的轴线与第四组件的轴线互相垂直。

优选地，第三组件的一端端部开设有第三中心螺纹孔；第三组件的自由端开设有外螺纹；所述第四组件的一端端部开设有第四中心螺纹孔，所述第三组件的外螺纹段与第四中心螺纹孔配合连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种管材角焊缝疲劳性能试验装置，通过上夹具和下夹具将疲劳试验件固定在疲劳试验机上，实现管道角焊缝的疲劳性能研究，包括冷热疲劳、应力疲劳以及冷热和应力复合疲劳，进而能够获取管道角焊缝在不同服役条件下的疲劳寿命，指导相关结构的应用以及焊接材料和工艺的研发；同时，本发明能够直接安装到常规疲劳试验机的工作台上，节约成本，丰富疲劳试验机的工作功能。

附图说明

图1为管材角焊缝疲劳试验装置示意图；

图2为管材角焊缝疲劳试验件示意图；

图3为管材角焊缝疲劳试验装置上夹具装配示意图；

图4为管材角焊缝疲劳试验装置下夹具装配示意图；

其中，1、第一管样 2、第二管样 3、角焊缝 4、第一组件 5、第二组件 6、第三组件7、第四组件 8、加热层 9、保温层 10、热电偶 11、计算机控制系统 12、信号传输线路 13、驱动杆。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的实施方式，但这些说明仅仅是示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

如图1至图4所示，本发明提供的一种管材角焊缝疲劳性能试验装置，主要包括疲劳试验件、上夹具和下夹具，其中，所述上夹具的上端与疲劳试验机的驱动杆13连接；所述上夹具的下端与疲劳试验件的一端连接；所述下夹具的上端与疲劳试验件的另一端连接；所述下夹具的下端与疲劳试验机的工作台面连接。

如图2所示，疲劳试验件包括第一管样1和第二管样2，其中，第一管样1和第二管样2 之间通过角焊缝3连接；所述第一管样1的轴线和第二管样2的轴线互相垂直，且两者之间的内腔相通。

所述第二管样2的一端开设有外螺纹。

如图3所示，上夹具包括第一组件4和第二组件5，其中，所述第一组件4的侧壁上开设有通孔，所述第二组件5装配在通孔内；第一组件4的轴线和第二组件5的轴线互相垂直。

所述第一组件4的一端端部开设有第一中心螺纹孔。

所述第二组件5的一端端部开设有第二中心螺纹孔。

如图4所示，下夹具包括第三组件6和第四组件7，其中，所述第三组件6的一端开设有外螺纹，另一端端面开设有第三中心螺纹孔；所述第四组件7的一端端面开设有第四中心螺纹孔；所述第三组件6的螺纹段配合安装在第四中心螺纹孔内。

所述第二管样的螺纹段配合安装在第三中心螺纹孔内。

所述常规疲劳试验机的腔体内壁上设置有加热层8；所述腔体的外壁上设置有保温层9。

所述腔体的底部开设有第一安装孔，所述第三组件6配合安装在第一安装孔内。

所述腔体的顶部开设有第二安装孔，所述第二安装孔内配合安装有驱动杆13，所述驱动杆13的工作端配合安装在第一组件4上的第一中心螺纹孔内。

所述第一管样1的自由端开设有外螺纹，该外螺纹段配合安装在第二组件5上开设的第二中心螺纹孔内。

所述第二管样2上设置有热电偶10，所述热电偶10通过信号传输线路12连接至计算机控制系统11。

本发明的工作过程：

通过热电偶10对第二管样2进行测温，并将温度通过信号传输线路12传送到计算机控制系统11，进而通过计算机控制系统11对加热层8进行控制。

整个装置通过驱动杆13和第四组件7与常规疲劳试验机系统进行安装连接，实现管材角焊缝的疲劳性能测试功能；具体地：

第四组件7通过焊接或螺栓连接的方式固定到常规疲劳试验机工作平台上；将第三组件6 与第四组件7之间采用螺纹连接，装配成下夹具；

将疲劳试验件采用螺纹连接方式安装到下夹具的第三组件6上，确保第一管样1朝向驱动杆13；将上夹具的第一组件4采用螺纹连接的方式安装到驱动杆13上，控制疲劳试验机的操纵杆，使上夹具的第一组件4的贯穿螺纹孔轴线对准第一管样1的轴线。

将上夹具的第一组件4和第二组件5连接，并与第一管样1进行连接。

关闭工作腔室，完成实验装置的装配。通过疲劳试验机的计算机控制系统11进行数据收集和控制疲劳试验参数，进行疲劳性能试验。