CN104215575B - 一种半球形壳体镀层结合强度测试的装夹装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测试半球形壳体镀层结合强度的装夹装置。进行半球形壳体内曲面和外曲面镀层结合强度测试，包括半球内曲面和半球外曲面镀层结合强度的测试夹具两部分。本发明解决了现有技术在材料试验机上难以将球形壳体准确定位，并测试其任意位置内、外曲面镀层结合强度的具体问题，保证了半球壳内、外曲面镀层结合强度的测试精度；夹具具有设计新颖、简单实用、加工方便，应用可靠的特点。
Description
技术领域
本发明涉及材料测试领域，尤其是一种半球形壳体曲面镀层结合强度测试装置。
背景技术
球形容器通常是由两个半球壳通过焊接形成球体。球形容器具有受力均匀、相同壁厚下承载能力高、相同容积下表面积小、相同压力与容积下重量轻等诸多优点，在航空航天、军事、石油化工等多个领域中被广泛应用。
由于球形容器经常用于贮存高温、高压、腐蚀、易燃、易爆及有毒有害的各种气体或液体，容器材料的性能难免会受到应力、氧化、腐蚀等多种因素的影响。为保证容器在应用中的安全性与可靠性，需要对容器表面进行防腐、制膜等多种处理提高容器材料的性能。对容器材料表面进行镀铝、镀铬、镀氮化钛、镀铅等是一种常用的对材料表面进行改性处理，提高材料硬度、熔点、耐磨损、耐腐蚀、耐氧化等性能及改善材料表面外观质量的处理方式。
评定材料镀层与基体金属结合力的方法有很多，但由于测试方法存在诸多困难，故大多为定性分析，定量分析主要用于较为重要的应用场合及试验研究。对材料镀层粘结后进行拉伸剥离，测试镀层与基体金属结合力，是对镀层质量进行定量分析的主要方式。
球形曲面镀层与基体金属的结合力不同于平面镀层，由于曲率的影响，曲面不同部位镀层与基体金属的结合力可能分布不均，为确保重要应用场合下球形容器工作的安全性与可靠性，需要获得球形容器不同部位镀层与基体金属的结合强度。而对球形壳体表面镀层进行粘结并拉伸测试时，要求镀层粘结面的法向与拉伸试柱的轴向同轴。对于复杂的曲面壳体，现有技术难以满足将其在材料试验机上准确定位并进行测试的技术要求，为此需要获得测试球形曲面镀层与基体金属的结合力的专用定位装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术所存在的不足，而提供一种用于半球形壳体内曲面和外曲面镀层结合强度测试的装夹方案。该方案能够满足在材料试验机上对半球壳内曲面和外曲面镀层结合强度进行测试的定位要求。
本发明采用如下技术方案：
一种用于测试半球形壳体镀层结合强度的装夹装置，包括半球壳内曲面镀层测试夹具和半球壳外曲面镀层测试夹具：
所述半球壳内曲面镀层测试夹具包括：夹具座、法兰、球壳套、拉伸试柱和定位螺钉。所述夹具座的一端通过销钉固定在材料试验机下夹头上；所述夹具座的另一端设置为与球壳套外球面弧度一致的凹面，沿凹面不同角度的径向设置有均匀分布的螺纹孔；球壳套设置在夹具座的凹形夹持面内，球壳套内设置有与夹具座螺纹孔位置相互对应的定位沉孔；三个定位螺钉一端固定在球壳套的定位沉孔内，另一端旋入夹具座的螺孔内，实现球壳套与夹具座在不同角度的定位连接；法兰通过螺钉固定在球壳套的开口面上，用于实现被测半球壳体在球壳套中的定位。
所述半球外曲面镀层测试夹具包括：支撑组件（球壳支撑件和下法兰焊接成一体）、定位法兰、紧固螺杆、连接螺母和拉伸试柱。所述支撑组件的一端通过销钉固定在材料试验机下夹头上，另一端为与被测半球壳内球面弧度一致的凸形支撑台，用于支撑被测半球形壳体。所述定位法兰用于将被测半球壳体固定在支撑组件上，且固定后支撑组件的顶部位于定位法兰的下部；所述法兰的定位孔（花瓣形孔）与被测半球壳外曲面的弧度相同，通过四个紧固螺杆与支撑组件形成固定连接。
所述半球内曲面及外曲面镀层测试夹具还包括拉伸试柱，所述拉伸试柱的一端柱体上设置有通孔，用于通过销钉及相应夹具连接试验机的拉伸夹头，另一端用于连接被测半球壳体镀层的曲面。
在上述技术方案中，所述球壳套内沿不同角度的径向设置有若干个定位沉孔，定位沉孔均匀分布在球壳套内。
在上述技术方案中，所述固定在球壳套开口处的法兰内径小于被测半球面的直径。
在上述技术方案中，所述拉伸试柱用于连接被测半球面的一端为凸形，或为凹形。
在上述技术方案中，所述拉伸试柱的端面为凸形时，凸起的弧度与被测半球内曲面弧度相同；所述拉伸试柱的端面为凹形时，凹下的弧度与被测半球外曲面的弧度相同。
在上述技术方案中，所述拉伸试柱的端面与被测半球曲面接触的处采用粘接剂粘结。
在上述技术方案中，所述粘接剂为高粘接强度的环氧树脂胶。
在上述技术方案中，所述球壳套与夹具座固定的位置为可变。
在上述技术方案中，所述法兰定位孔（花瓣形孔）的弧度与被测球壳外球面的弧度相同。
半球内曲面镀层结合强度测试时，将夹具座底部的圆柱端插入材料试验机下夹头底座的插孔，通过圆柱销将夹具座与材料试验机下夹头底座连接在一起。根据粘结在半球壳内曲面镀层拉伸试柱的粘结位置，在保证拉伸试柱的轴向与与拉伸方向基本同轴的条件下，确定球壳套与夹具座的安装位置，并用定位螺钉固定。将半球壳放入球壳套用定位法兰定位后，通过紧固螺钉将定位法兰与球壳套固定在一起。试验时移动材料试验机横梁，通过圆柱销及相应夹头使拉伸试柱与材料试验机上夹头形成连接，此时即可进行半球内曲面镀层结合强度的测试。
半球外曲面镀层测试时，将支撑组件底部的圆柱端插入材料试验机下夹头底座的插孔，通过圆柱销将支撑组件与材料试验机下夹头底座连接在一起。根据粘结在半球壳外曲面镀层拉伸试柱的粘结位置，在保证拉伸试柱的轴向与拉伸方向基本同轴的条件下，确定待测半球壳在支撑组件上的安装位置，通过定位法兰及紧固螺杆将半球壳固定在支撑组件上。试验时，移动材料试验机横梁，通过圆柱销及相应夹头使拉伸试柱与材料试验机上夹头形成连接，此时即可进行半球外曲面镀层结合强度的测试。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：上述试验中由于采用圆柱销实现测试夹具与拉伸试柱等的连接，无论测试半球壳内或外曲面镀层的结合强度，圆柱销可以自动调整在半球壳及夹具安装中产生的较小角度偏差，保证粘结在半球壳曲面上的拉伸试柱在测试中始终沿其轴向受力。本测试装置具有便于加工、方便实用、可以将半球壳内、外曲面以任意角度固定在材料试验机上，该发明与现有技术相比有明显的特点和进步，实施效果显而易见。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是半球形壳体内曲面镀层结合强度测试的结构示意图；
图2是半球形壳体外曲面镀层结合强度测试的结构示意图；
图3是壳体套外形示意图；
图4是外曲面法兰示意图。
其中：1是夹具座，2是定位螺钉，3是被测半球壳，4是球壳套，5是定位法兰，6是紧固螺钉，7是上夹头，8是圆柱销，9是拉伸试柱，10是连接螺母，11是支撑组件，12是紧固螺杆，13是上定位法兰，14是下定位法兰。
具体实施方式
现结合附图对本发明做进一步说明。
图1是半球壳内曲面镀层结合强度的测试夹具。测试时首先固定夹具座，夹具座的下端设置有销钉孔，夹具座下端通过圆柱销连接在材料试验机的下夹头上。按照被测球壳镀层结合强度的测试部位，用高粘接强度的环氧树脂胶将与被测球壳的内曲面弧度相对应的凸形面拉伸试柱，粘接在被测球壳镀层表面，并使环氧树脂胶固化。根据拉伸试柱在被测球壳表面的粘结位置，确定球壳套与夹具座的安装角度，并用三个不同位置的定位螺钉固定。将粘接拉伸试柱后的半球壳放入球壳套，并通过球壳套下部的两个半圆孔（如图3所示）调整半球壳在球壳套中的位置，在保证拉伸试柱的轴向与拉伸方向基本同轴的条件下，用法兰将被测球壳在球壳套中定位，并通过紧固螺钉固定。移动材料试验机横梁，通过圆柱销及相应夹头使拉伸试柱与材料试验机上夹头形成连接，此时即可进行半球壳内曲面镀层结合强度的测试。
图2是半球壳外曲面镀层结合强度的测试夹具，测试时首先固定支撑组件，支撑组件底部的圆柱端设置有销钉孔，测试时将支撑组件底部的圆柱端插入材料试验机下夹头底座的插孔中，通过圆柱销将支撑组件与材料试验机下夹头底座连接在一起。按照被测球壳镀层结合强度的测试部位，用高粘接强度的环氧树脂胶，将与被测球壳的外曲面弧度相对应的凹形面拉伸试柱粘接在被测球壳镀层表面，并使环氧树脂胶固化。根据粘结在半球壳外曲面镀层上拉伸试柱的粘结位置，在保证拉伸试柱的轴向与拉伸方向基本同轴的条件下，确定被测半球壳在支撑组件上的安装位置并用法兰（如图4所示）定位，通过紧固螺杆、连接螺母将被测球壳固定在支撑组件上，移动材料试验机横梁，通过圆柱销及相应夹头使拉伸试柱与材料试验机上夹头形成连接，此时即可进行半球外曲面镀层结合强度的测试。
以上进行半球壳内曲面及外曲面镀层结合强度测试时，根据需要测试曲面镀层结合强度的位置，可以在被测球壳镀层上粘接若干个凹形面或凸形面的拉伸试柱，通过调整被测球壳在相应夹具中的固定位置，完成半球壳内、外曲面不同位置镀层结合强度的测试。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种半球形壳体镀层结合强度测试的装夹装置，包括：半球壳内曲面镀层测试夹具和半球壳外曲面镀层测试夹具，其特征在于：
所述半球壳内曲面镀层测试夹具包括：夹具座、法兰、球壳套、拉伸试柱和定位螺钉；所述夹具座的一端通过销钉固定在材料试验机下夹头上；所述夹具座的另一端设置为与球壳套外球面弧度一致的凹面，沿凹面不同角度的径向设置有均匀分布的螺纹孔；球壳套设置在夹具座的凹形夹持面内，球壳套内设置有与夹具座螺纹孔位置相互对应的定位沉孔；通过三个一端固定在球壳套定位沉孔内，另一端旋入夹具座螺孔内的定位螺钉，实现球壳套与夹具座在不同角度的定位连接；所述法兰用于实现被测半球壳体在球壳套中的定位，法兰通过螺钉固定在球壳套的开口面上；
所述半球外曲面镀层测试夹具包括：支撑组件、定位法兰、紧固螺杆、连接螺母和拉伸试柱；所述支撑组件的一端通过销钉固定在材料试验机下夹头上，另一端为与被测半球壳形内球面弧度一致的凸形支撑台，用于支撑被测半球形壳体；所述定位法兰用于将被测半球壳体固定在支撑组件上，且固定后支撑组件的顶部位于定位法兰的下部；所述定位法兰的定位孔的弧度与被测半球壳外曲面的弧度相同，通过四个紧固螺杆与支撑组件形成固定连接；
所述半球内曲面及外曲面镀层测试夹具还包括拉伸试柱，所述拉伸试柱的一端柱体上设置有通孔，用于通过销钉及相应夹具连接试验机的拉伸夹头，另一端用于连接被测半球形壳体镀层的曲面。
2.根据权利要求1所述的一种半球形壳体镀层结合强度测试的装夹装置，其特征在于所述拉伸试柱用于连接被测半球形壳体表面的一端为凸形面，或为凹形面。
3.根据权利要求1或2所述的一种半球形壳体镀层结合强度测试的装夹装置，其特征在于所述拉伸试柱的端面为凸形时，凸起的弧度与被测半球内曲面弧度相同；所述拉伸试柱的端面为凹形时，凹下的弧度与被测半球外曲面的弧度相同。
4.根据权利要求3所述的一种半球形壳体镀层结合强度测试的装夹装置，其特征在于所述拉伸试柱端面与被测半球面的接触位置采用粘接剂粘结。
5.根据权利要求1所述的一种半球形壳体镀层结合强度测试的装夹装置，其特征在于所述球壳套内沿不同角度的径向设置有若干个定位沉孔，定位沉孔均匀分布在球壳套内。
6.根据权利要求5所述的一种半球形壳体镀层结合强度测试的装夹装置，其特征在于所述在球壳套下部沿定位沉孔的两个相对方向各设置有一个半圆孔，便于放置、取出和调整被测半球壳在球壳套中的位置。
7.根据权利要求1所述的一种半球形壳体镀层结合强度测试的装夹装置，其特征在于所述固定在球壳套开口处法兰的内径小于被测半球壳的直径。
8.根据权利要求1所述的一种半球形壳体镀层结合强度测试的装夹装置，其特征在于所述法兰定位孔的弧度与被测球壳外球面的弧度相同。
9.根据权利要求1所述的一种半球形壳体镀层结合强度测试的装夹装置，其特征在于所述定位法兰的定位孔边缘设置成均匀分布的四个花瓣形，防止移动球壳时定位法兰碰到粘接在球壳曲面镀层上的其它拉伸试柱。
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