CN102183415A

CN102183415A - 材料性能测试小试样液压胀破试验方法及其装置

Info

Publication number: CN102183415A
Application number: CN 201110070656
Authority: CN
Inventors: 寿比南; 李晓航; 徐彤
Original assignee: BEIJING GUANTIANNENG ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd; China Special Equipment Inspection and Research Institute
Current assignee: BEIJING GUANTIANNENG ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd; China Special Equipment Inspection and Research Institute
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明公开了一种试样液压胀破试验方法及其加载装卡装置。该方法包括步骤：提供底座，底座的上端设有试样容置凹槽，底座内具有液腔，液腔的一端连通在试样容置凹槽的底部，另一端为进液端，进液端位于底座的下部；在液腔内充满液体，以排出液腔内的空气；将试样放置在试样容置凹槽内；将夹持件套设并紧固在底座的上部，使试样的边缘处于被夹紧的状态，夹持件上设有与试样容置凹槽相连通的测量孔；从进液端充入高压液，使试样在高压液的作用下鼓胀变形，直至试样破裂，并从测量孔中测量实验数据；分析实验数据，得出材料性能。

Description

材料性能测试小试样液压胀破试验方法及其装置

技术领域

本发明是有关于一种金属材料性能测试的方法及装置，特别是关于一种试样液压胀破试验方法及其加载装卡装置。

背景技术

由于核设施、电站和石油化工等设备是高度危险的设施，所以这些设施的一些结构设计都是按比较保守的原则来设计的。二十世纪七十年代末，一些国家的核电站运行时间即将到达设计的寿命，人们面临停止使用或继续运行的选择。因此，必须对在役设备结构的材料力学性能进行测试。由于这些材料长期处于高温或辐射等条件下运行，在服役一段时间以后，需要确定材料的性能有没有变化，从而确定这些结构能否延寿安全运行。

用传统的方法来测试材料力学性能，所需标准试件的体积较大，若从在役设备结构上提取，必将对结构造成损伤，是不可行的。

于是，一些科技工作者分别提出了各种微型试样试验方法，例如小冲杆试验技术。小冲杆试验是一种以微型圆盘状试样为试验对象的力学性能试验方法，该方法通过固定圆盘试样边缘，以机械加载方式利用冲杆的半球形冲头或冲杆顶端的钢珠对试样中心处进行加载直至破裂，通过试验数据关联确定材料的力学性能。小冲杆试验的试件为通常为厚度0.5mm，直径10mm以下的圆片。由于其与传统标准试样相比极为微小，使得从在役设备上取样并确定材料实际性能成为可能。

接着，微型试样测试技术得到了极大发展，该技术已经可用于测量材料的弹塑性性能、断裂韧度、韧-脆转变温度(DBTT)等各种力学参数，并开始在蠕变和损伤的研究中发挥作用，并应用到电厂、压力容器等化工设施和核设施等多个领域。

此外，有些材料在实际应用时就较薄，厚度仅几毫米，例如焊缝及其热影响区、涡轮机中的叶片和修复牙齿的聚合材料等，用小冲杆试验技术来测量它们的力学性能更接近实际应用条件。

但是，小冲杆试验过程中小圆片试样的受力状态复杂，难以进行有效的理论分析以获得解析解，因而其研究主要集中在试验的数据积累，以及在数据积累的基础上得到小冲杆试验结果与材料力学性能相关联的经验公式，以及通过有限元计算对试验过程进行仿真，并用各种假设对数据进行解读上。然而由于小冲杆试验对试样的加工方法、表面状况，冲杆的对中度，下夹具平台的孔径等因素极为敏感，而上述因素在试验准备和进行过程中较难控制，所得到的数据中包含有过多失控因素造成的差异，造成小冲杆试验的可靠性不能得到有效保证。

发明内容

本发明的目的是，提供一种试样液压胀破试验方法，其简化了小冲杆试验中冲头所造成的加载不确定性，简化了试样的受力状况。

本发明的另一目的是，提供一种试样加载装卡装置，其能将试样装卡固定，并通过液体压力对试样进行加载，简化了试样的受力状况。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种试样液压胀破试验方法，其步骤：

A、提供底座，底座的上端设有试样容置凹槽，底座内具有液腔，液腔的一端连通在试样容置凹槽的底部，另一端为进液端，进液端位于底座的下部；

B、在液腔内充满液体，以排出液腔内的空气；

C、将试样放置在试样容置凹槽内；

D、将夹持件套设并紧固在底座的上部，使试样的边缘处于被夹紧的状态，夹持件上设有与试样容置凹槽相连通的测量孔；

E、从进液端充入高压液，使试样在高压液的作用下鼓胀变形，直至试样破裂，并从测量孔中测量实验数据；

F、分析实验数据，得出材料性能。

在优选的实施方式中，上述步骤D中还包括步骤D1：在将夹持件套设在底座的上部之前，在试样上放置压盖，压盖的边缘与试样的边缘接触。

在优选的实施方式中，上述夹持件为夹持螺母，底座的上部具有外螺纹，夹持螺母螺纹连接在底座上。

在优选的实施方式中，上述夹持螺母的上端设有旋柄，通过旋转旋柄，将夹持螺母锁紧在底座上。

在优选的实施方式中，上述试样为圆形试样，上述液腔的一端位于试样容置凹槽的中心，上述液体为液压油。

在优选的实施方式中，上述试样与所述底座之间设置有O型密封圈。

本发明还提出了一种试样加载装卡装置，其包括：底座，其为倒T字型，上部窄下部宽，底座的上端设有试样容置凹槽，底座内具有液腔，液腔的一端连通在试样容置凹槽的底部，另一端为进液端，进液端位于底座的下部；夹持件，其套设在底座的上部，夹持件上设有测量孔。

在优选的实施方式中，所述夹持件包括压盖，所述压盖的下边缘外凸，压盖设置在试样容置凹槽内。

在优选的实施方式中，所述夹持件为夹持螺母，底座的上部具有外螺纹，夹持螺母螺纹连接在底座上。

在优选的实施方式中，上述夹持螺母的上端设有旋柄。

本发明的试样液压胀破试验方法的特点和优点是：

其胀破试验过程是在液腔中充满液体，并通过进液端加压，达到使试样鼓胀变形并最终破裂的目的。该方法对试样施加均匀压力，通过分析试样受力后的变形与加载力的关系，得到材料的力学性能。该方法简化了小冲杆试验中冲头所造成的加载不确定性，简化了试样的受力状况，为从理论上分析微试样试验数据与传统材料性能测试数据的相关性提供了突破口。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的试样加载装卡装置的剖面示意图一；

图2是本发明的试样加载装卡装置的剖面示意图二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式1

本发明实施例提出的试样液压胀破试验方法，其包括步骤：

A、提供底座1，底座1的上端设有试样容置凹槽11，底座1内具有液腔12，液腔12的一端连通在试样容置凹槽11的底部，另一端为进液端13，进液端13位于底座1的下部。

B、在液腔12内充满液体，以排出液腔12内的空气；具体是，从进液端13输入液体，例如液压油，当液腔12内充满液体时，液腔12内的空气得以全部排出。

C、将试样2放置在试样容置凹槽11内，并在试样2与底座1之间放置O型密封圈；试样2与试样容置凹槽11相匹配。

D、将夹持件3套设并紧固在底座1的上部，使试样2的边缘处于被夹紧的状态，夹持件3上设有与试样容置凹槽11相连通的测量孔31。试样2的边缘被夹紧，使得试样2得到很好地固定，且保证在实验过程中，在试样2与底座1之间，以及试样2与夹持件3之间不会发生液体泄露的情况。

其中，夹持件3可为夹持螺母，此时底座1的上部具有外螺纹，夹持螺母螺纹连接在底座1上，当夹持螺母锁紧在底座1上时，试样2的边缘处于被夹紧的状态，以保证在后续的胀破试验过程中，试样2边缘与试样容置凹槽11之间无径向位移；此外，在夹持螺母的上端还可设有旋柄32，通过旋转旋柄32，可更方便地将夹持螺母锁紧在底座1上。

E、从进液端13充入高压液，例如具有一定压力的高压液，使试样2在高压液的作用下鼓胀变形，直至试样2破裂，并从测量孔31中测量实验数据。

F、分析实验数据，得出材料性能。具体是，通过分析胀破试验过程中所记录的压力-挠度曲线等实验结果，得到材料强度，韧性等性能。

本发明实施例中，其与小冲杆试验技术中的试样需要承受球形冲头的压力，冲头与试样之间的摩擦力相比，小试样液压胀破试验方法中的试样受力状况更简单，试样仅承受均匀的压力，使得对试验从理论上进行分析成为可能，而不仅仅局限于从计算和试验上进行经验公式的总结，可以提高试验数据分析的可信性。

本发明实施例的试样液压胀破试验方法是对小试样施加均匀压力，通过分析试样受力后的变形与加载力的关系，得到材料的力学性能。该方法简化了小冲杆试验中冲头所造成的加载不确定性，简化了试样的受力状况，为从理论上分析微试样试验数据与传统材料性能测试数据的相关性提供了突破口。该方法克服了小冲杆试验技术缺乏兼顾理论分析支撑的弱点，可以从理论、试验、和计算三方面全面地进行深入研究。

在上述实施例中，液腔11设置在底座1上，测量孔31设置在夹持件3上，高压液作用在试样2的底部，以进行胀破试验，同时在测量孔31中在试样2的上方对试样2进行试验数据的测量。而在另一个实施中，液腔则可设置在夹持件3上，测量孔则设置在底座1上，高压液作用在试样2的顶部，同时在测量孔中在试样2的下方对试样进行试验数据的测量。

作为本发明的一个实施方式，上述步骤D中还包括步骤D1：在将夹持件3套设在底座1的上部之前，在试样2上放置压盖4，压盖4的边缘与试样2的边缘接触。具体是，压盖4的下边缘外凸，且压盖4的下边缘正好对应接触试样2的边缘，压盖4的高度大于试样容置凹槽11的深度，当夹持螺母锁紧在底座1上的过程中，压盖4可使得试样2不随夹持螺母的转动而转动，而且能使试样2得到更好地固定。

其中，试样2的形状可为任何合适的形状，为了在后续中便于分析实验数据，试样2一般为规格的形状，例如为圆形的小试样，试样容置凹槽11的横截面亦可呈圆形，且可使试样容置凹槽11的直径略大于试样直径，但在一定的公差范围内，以使试样2能顺利地设入试样容置凹槽11中，以保证两者之间具有对中性，进而保证在加载过程中不发生偏载问题。上述液腔12的一端位于试样容置凹槽11的中心，使得高压液直接作用在试样2的中心，并均匀受载。

小冲杆试验中的冲杆对中程度极难控制，本发明实施例能够克服这个问题，使试样2能均匀受载，提升了试验的可靠性。

实施方式2

参见图1、2所示，本发明实施例提出了一种试样加载装卡装置，其包括底座1和夹持件3。底座1的上端设有试样容置凹槽11，底座1内具有液腔12，液腔12的一端连通在试样容置凹槽11的底部，另一端为进液端13，进液端13位于底座的下部；夹持件3套设在底座1的上部。

作为本发明的一个实施方式，所述夹持件3包括压盖4，所述压盖4的下边缘外凸，压盖4设置在试样容置凹槽11内。

夹持件3可为夹持螺母，底座1的上部具有外螺纹，夹持螺母螺纹连接在底座1上。此外，夹持螺母的上端还可设有旋柄32，以方便对夹持螺母进行旋转。

此外，底座1可为倒T字型，上部窄下部宽，使得底座1的上部便于夹持件3套合，而较宽的下部使得底座1支撑得更加稳固。

本实施方式的其他结构、工作原理和有益效果与实施方式1的相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种试样液压胀破试验方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

B、在液腔内充满液体，以排出液腔内的空气；

C、将试样放置在试样容置凹槽内；

F、分析实验数据，得出材料性能。

2.根据权利要求1所述的试样液压胀破试验方法，其特征在于，上述步骤D中还包括步骤D1：在将夹持件套设在底座的上部之前，在试样上放置压盖，压盖的边缘与试样的边缘接触。

3.根据权利要求2所述的试样液压胀破试验方法，其特征在于，上述夹持件为夹持螺母，底座的上部具有外螺纹，夹持螺母螺纹连接在底座上。

4.根据权利要求3所述的试样液压胀破试验方法，其特征在于，上述夹持螺母的上端设有旋柄，通过旋转旋柄，将夹持螺母锁紧在底座上。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的试样液压胀破试验方法，其特征在于，上述试样为圆形试样，上述液腔的一端位于试样容置凹槽的中心，上述液体为液压油。

6.一种试样加载装卡装置，其特征在于，所述装置包括：

底座，其为倒T字型，上部窄下部宽，底座的上端设有试样容置凹槽，底座内具有液腔，液腔的一端连通在试样容置凹槽的底部，另一端为进液端，进液端位于底座的下部；

夹持件，其套设在底座的上部，夹持件上设有测量孔。

7.根据权利要求6所述的试样加载装卡装置，其特征在于，所述夹持件包括压盖，所述压盖的下边缘外凸，压盖设置在试样容置凹槽内。

8.根据权利要求7所述的试样加载装卡装置，其特征在于，所述夹持件为夹持螺母，底座的上部具有外螺纹，夹持螺母螺纹连接在底座上。

9.根据权利要求8所述的试样加载装卡装置，其特征在于，上述夹持螺母的上端设有旋柄。

10.根据权利要求6所述的试样加载装卡装置，其特征在于，上述试样与所述底座之间设置有O型密封圈。