CN105865901A - 低温ctod试验用双顶头保温箱 - Google Patents

低温ctod试验用双顶头保温箱 Download PDF

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Abstract

一种低温CTOD试验用双顶头保温箱，包括可旋转低温箱、失稳破坏顶头、压断顶头、排液微型球阀、限位螺钉和试验机连接板，所述可旋转低温箱为上端开口的箱体，所述失稳破坏顶头和压断顶头设置于可旋转低温箱内，所述排液微型球阀安装于可旋转低温箱的侧壁，所述可旋转低温箱的两侧通过限位螺钉进行定位，所述可旋转低温箱的底部设有试验机连接板；由此，本发明可实现低温CTOD试验时，双点压头和2种单点顶头的快速准确定位，从而可使用一台万能试验机连续完成试件失稳破坏加载和试件压断加载2个试验步骤，提高试验的工作效率和精度，减轻试验人员的劳动强度。

Description

低温CTOD试验用双顶头保温箱
技术领域
本发明涉及钢材和焊接接头机械性能试验的技术领域，尤其涉及一种用于钢材和焊接接头低温断裂性能评价试验的低温CTOD试验用双顶头保温箱。
背景技术
CTOD(Crack Tip Opening Displacement裂纹尖端张开位移)试验是一种评价材料和焊接接头抗断裂性能的有效方法,是国内外许多标准中的标准试验方法。CTOD试验过程中都须先后进行试件失稳破坏加载和快速压断加载这2个试验步骤，其工作方式为，用万能试验机对预制有疲劳裂纹的试件，分别采用不同的压(顶)头进行三点弯曲，先后进行试件的失稳破坏和快速压断。
进行低温CTOD试验时，试件的失稳破坏和快速压断均需在低温下进行，为了保证试件在试验过程中保持试验温度，试件在试验过程中必须泡在低温溶液中，因此在进行试件失稳破坏试验步骤时，必须采用2点下压，一点上顶的三点弯曲工作方式，试件缺口向上，位移传感器卡于试件上方缺口两侧挡块上进行试验，否则位移传感器泡在低温溶液中将无法正常工作。现低温CTOD试验均采用灌满低温溶液的固定有1个单点顶头的低温槽，其操作过称为，在进行失稳破坏加载时，将低温槽搬到万能试验机下工作平台上，调整其位置，使单点失稳破坏顶头对正对准固定在万能试验机上工作平台上的双点压头；将低温槽中加入适量低温溶液(-10～-180℃)后，试验人员在低温槽中的单点失稳破坏顶头上安放试件，此时，试验人员需戴上防腐防冻手套，在低温溶液中操作，需扶住试件并调整试件使其缺口对正一点上顶顶头的中心线，等2点下压头压住试件，才可将手放开，从低温溶液取出，然后检查试件是否压正，若顶压位置不准确，还需松开试件重新调整；在试件失稳破坏试验步骤完成后，需将试件从试验低温槽取出，放入试验机旁的单独放置的试件低温保温箱中；然后或者将原试验机上的试验低温槽搬下移走，再在原试验机下工作平台上安放单点快速压断顶头并对正上方的2点压头，将已失稳破坏试件从低温保温箱再次取出，安放并对正已装好在试验机上的快速压断顶头上，进行快速压断加载步骤将试件压断；或者使用另一台万能试验机进行后续的快速压断加载步骤。因此，在现工作方式和试验条件下进行低温CTOD试验时，存在试验工作效率低，试验精度不易保证，试验过程存在安全隐患(人员冻伤)，试验人员劳动强度大等问题。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种低温CTOD试验用双顶头保温箱，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温CTOD试验用双顶头保温箱,其可实现低温CTOD试验时，双点压头和2种单点顶头的快速准确定位，从而可使用一台万能试验机连续完成试件失稳破坏加载和试件压断加载2个试验步骤，提高试验的工作效率和精度，减轻试验人员的劳动强度。
为解决上述问题，本发明公开了一种低温CTOD试验用双顶头保温箱，包括可旋转低温箱、失稳破坏顶头、压断顶头、排液微型球阀、限位螺钉和试验机连接板，其特征在于：
所述可旋转低温箱为上端开口的箱体，所述失稳破坏顶头和压断顶头设置于可旋转低温箱内，所述排液微型球阀安装于可旋转低温箱的侧壁，所述可旋转低温箱的两侧通过限位螺钉进行定位，所述可旋转低温箱的底部设有试验机连接板。
其中：所述可旋转低温箱的箱体底面中心位置设有短轴，在可旋转低温箱内底面沿长边中心线，底部的短轴两侧分别设有两组2个为一组的螺纹盲孔组，两组螺纹盲孔组分别用于固定失稳破坏顶头和压断顶头，在可旋转低温箱前和后外壁底部中间位置设有两个凸台，每个凸台上设有垂直贯通的螺孔，以供限位螺钉螺设，可旋转低温箱的箱体的一侧侧壁底部设有螺纹通孔以安装排液微型球阀。
其中：两组螺纹盲孔组的2个对称中心面关于可旋转低温箱底部中心的短轴对称，通过螺钉将固定失稳破坏顶头和压断顶头固定于可旋转低温箱内底面上，2个顶头的纵向中分平面应与对应的螺纹盲孔组的对称中心面重合。
其中：试验机连接板包含板体，所述板体的四个角部设有阶梯孔，板体的长边中心线上设有贯通的中心孔、偏置旋转轴孔和限位孔，所述偏置旋转轴孔和限位孔分别位于中心孔的两侧。
其中：所述偏置旋转轴孔与中心孔的间距等于可旋转低温箱的螺纹盲孔组对称平分面至可旋转低温箱底部中心短轴的轴线距离；所述限位孔与偏置旋转轴孔的间距等于可旋转低温箱的凸台的垂直贯通螺孔至可旋转低温箱底部中心短轴的轴线距离。
其中：所述可旋转低温箱的底部中心短轴插入试验机连接板的偏置旋转轴孔，两者之间采用滑动配合，以润滑脂润滑，实现可旋转低温箱与试验机连接板的相对转动；限位螺钉旋入可旋转低温箱的凸台的垂直贯通螺孔与其连接，当凸台的垂直贯通螺孔与试验机连接板的限位孔对正时，将限位螺钉旋入试验机连接板的限位孔，可限制可旋转低温箱的转动，并使失稳破坏顶头或压断顶头定位于正确的试验位置。
通过上述结构可知，本发明的低温CTOD试验用双顶头保温箱具有如下效果：
1、结构简单实用，可实现低温CTOD试验的双点压头和2种单点顶头的快速准确定位，提高试验精度；
2、可使用一台万能试验机连续完成试件失稳破坏加载和试件压断加载2个试验步骤，减低试验设备需求，提高试验的工作效率。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的低温CTOD试验用双顶头保温箱的结构示意图。
图2显示了本发明的可旋转低温箱的轴侧图；
图3显示了本发明的试验机连接板轴侧图；
图4显示了本发明的安装示意图；
图5显示了本发明另一方向的安装示意图；
附图标记：
1.可旋转低温箱，2.失稳破坏顶头，3.压断顶头，4.排液微型球阀，5.限位螺钉，6.试验机连接板，100.低温CTOD试验用旋转双顶头低温箱，101.万能试验机，102.双点压头，103.试件。
具体实施方式
参见图1，显示了本发明的低温CTOD试验用双顶头保温箱，以美特斯1000KN电液万能试验机上设计的低温CTOD试验用旋转双顶头低温箱为例，对本发明作进一步详细说明。
所述低温CTOD试验用双顶头保温箱包括可旋转低温箱1、失稳破坏顶头2、压断顶头3、排液微型球阀4、限位螺钉5和试验机连接板6，所述可旋转低温箱1为上端开口的箱体，箱体可为长方形、正方形等合适的形状，所述失稳破坏顶头2和压断顶头3设置于可旋转低温箱1内，所述排液微型球阀4安装于可旋转低温箱1的侧壁，所述可旋转低温箱1的两侧可通过限位螺钉5进行定位，所述可旋转低温箱1的底部设有试验机连接板。
参阅图2，所述可旋转低温箱1的箱体10的长为550mm，宽为450mm，高为180mm，其底面中心位置设有短轴13，在可旋转低温箱1内底面沿长边中心线，底部的短轴13两侧分别设有两组2个为一组的螺纹盲孔组11，两组螺纹盲孔组11分别用于固定失稳破坏顶头2和压断顶头3，可选的是，两组螺纹盲孔组11的2个对称中心面关于可旋转低温箱1底部中心的短轴13对称；在可旋转低温箱1前和后外壁底部中间位置，对称设有两个凸台12，每个凸台12上设有垂直贯通的螺孔，2个凸台12的垂直贯通螺孔关于可旋转低温箱1底面短轴13对称，以供限位螺钉5螺设，可旋转低温箱1的箱体10的一侧侧壁底部设有螺纹通孔14，以用于安装排液微型球阀4。
参阅图1，可通过螺钉将固定失稳破坏顶头2和压断顶头3固定于可旋转低温箱1内底面上，2个顶头的纵向中分平面应与对应的螺纹盲孔组的对称中心面重合。
参阅图3，矩形的试验机连接板6可用原万能试验机配置的连接板改造加工，其包含板体60，所述板体60的四个角部设有阶梯孔61，以供螺栓或螺钉穿置后进行固定，板体60的长边中心线上设有贯通的中心孔63、偏置旋转轴孔62和限位孔64，所述偏置旋转轴孔62和限位孔64分别位于中心孔63的两侧，所述偏置旋转轴孔62与中心孔63的间距等于可旋转低温箱1的螺纹盲孔组11对称平分面至可旋转低温箱1底部中心短轴的轴线距离(优选为100mm)；所述限位孔64与偏置旋转轴孔62的间距等于可旋转低温箱1的凸台12的垂直贯通螺孔至可旋转低温箱1底部中心短轴13的轴线距离(优选为140mm)。
由此，参见图1-3，所述可旋转低温箱1的底部中心短轴13插入试验机连接板6的偏置旋转轴孔62，两者之间采用滑动配合，以润滑脂润滑，实现可旋转低温箱1与试验机连接板6的相对转动；限位螺钉5旋入可旋转低温箱1的凸台12的垂直贯通螺孔与其连接，当凸台12的垂直贯通螺孔与试验机连接板6的限位孔64对正时，将限位螺钉5旋入试验机连接板6的限位孔，可限制可旋转低温箱1的转动，并使失稳破坏顶头2或压断顶头3定位于正确的试验位置。
下面简述本发明在本具体实施中的安装和工作过程，有助于理解本发明。参阅图4和图5，以一个预制好裂纹的35*70*350试件的低温CTOD试验为例说明，首先将本发明的低温CTOD试验用旋转双顶头低温箱100的试验机连接板6，用4个螺钉固定在万能试验机101的下工作台105的中心位置；旋转2个限位螺钉5，使其底端面均收在可旋转低温箱1的凸台12的垂直贯通螺孔中，在可旋转低温箱1底部中心短轴13均匀涂抹润滑脂后，插入试验机连接板6的偏置旋转轴孔62中，完成本发明在万能试验机上的安装；旋转可旋转低温箱1，使失稳破坏顶头2处于安装在万能试验机101的上工作台104上的双点压头102正下方，将与试验机连接板6上限位孔对正处的1个限位螺钉5旋入限位孔中，完成失稳破坏顶头2与双点压头102的精准定位；将适量低温溶液加入可旋转低温箱1中，将试件103对正放好在失稳破坏顶头2上，启动万能试验机101，使其上工作台带动其上的双点压头102下压，完成试件103的失稳破坏加载后，升起双点压头102；将旋入试验机连接板6限位孔的限位螺钉5旋出后，旋转可旋转低温箱1180°，将与试验机连接板6上限位孔对正处的限位螺钉5旋入限位孔中，完成压断顶头3与双点压头102的快速精准定位；将完成了失稳破坏加载的试件103，移到并对正放好在压断顶头3上，双点压头102下压，完成试件103的快速压断加载，从而完成1个试件的低温CTOD试验的失稳破坏加载和快速压断加载这2个关键试验步骤；打开本发明的排液微型球阀4，将可旋转低温箱1中的低温溶液排出后，向上抬起可旋转低温箱1，使其底部中心短轴完全脱出试验机连接板6偏置旋转轴孔后水平移动，即可将其从万能试验机山拆下。
经应用表明，本发明的低温CTOD试验用旋转双顶头低温箱，结构简单实用，安拆简便，可在40秒内完成双点压头和2种单点顶头的快速准确定位，双点压头与单点顶头的位置和平行度偏差小于0.1mm，有利于试验精度提高，完成试件失稳破坏加载和试件压断加载2个试验步骤的操作时间可比现有工作方式减少60％以上，提高了试验的工作效率，达到了发明目的。
由此，本发明采用旋转带有双顶头的低温箱180°的方式，实现失稳破坏单点顶头和快速压断单点顶头2种顶头的快速更换，以及双点压头与2种单点顶头的快速准确定位；与现有的，在完成失稳破坏加载试验步骤后，需将固定有一个失稳破坏单点顶头并注满低温冷却液的单顶头低温箱搬离万能试验机，再安装并对正快速压断单点顶头，进行后续的快速压断加载试验步骤的工作方式相比，在顶头的更换速度，轻便程度，以及压头与顶头的对正对准精度方面，均有大幅提高，且可重复性好，从而可提高低温CTOD试验的工作效率和试验精度，并减轻试验人员的劳动强度。由于试验过程中，低温箱底部承受巨大压力，根据低温箱受力和万能试验机结构特点，采用低温箱底部中心短轴插入入试验机连接板偏置旋转轴孔，润滑脂润滑的转动结构，此结构简单紧凑，定位精度高，短轴主要起到定位和转动轴的作用，低温箱的底平面由试验机连接板承托，承载试验的主要压力，使低温箱的安装平稳，可承受大载荷。本发明的可旋转低温箱的2组螺纹盲孔对称中心面关于底部中心短轴对称；可旋转低温箱的前后外壁底部中间2个凸台垂直贯通螺孔，关于底面短轴对称；固定失稳破坏顶头和压断顶头的纵向中分平面与对应的螺纹盲孔组的对称中心面重合；试验机连接板长边中心线上偏置旋转轴孔和限位孔与中心孔的距离等设计，用于保证低温箱旋转180°后，相应的单点顶头的顶圆弧面轴线与双点压头的2个顶圆弧面轴线平行，且位于双点压头的2个顶圆弧对称中分平面上，单点顶头的对称中心应位于试验机连接板中心孔轴线上，实现双点压头与2种单点头的快速准确定位。旋转低温箱侧壁底部设计安装排液微型球阀，可在拆下低温箱前，排出箱内低温溶液，减轻低温箱重量，避免搬运低温箱时，低温溶液晃出，冻伤操作人员。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (6)

1.一种低温CTOD试验用双顶头保温箱，包括可旋转低温箱、失稳破坏顶头、压断顶头、排液微型球阀、限位螺钉和试验机连接板，其特征在于：
所述可旋转低温箱为上端开口的箱体，所述失稳破坏顶头和压断顶头设置于可旋转低温箱内，所述排液微型球阀安装于可旋转低温箱的侧壁，所述可旋转低温箱的两侧通过限位螺钉进行定位，所述可旋转低温箱的底部设有试验机连接板。
2.如权利要求1所述的低温CTOD试验用双顶头保温箱，其特征在于：所述可旋转低温箱的箱体底面中心位置设有短轴，在可旋转低温箱内底面沿长边中心线，底部的短轴两侧分别设有两组2个为一组的螺纹盲孔组，两组螺纹盲孔组分别用于固定失稳破坏顶头和压断顶头，在可旋转低温箱前和后外壁底部中间位置设有两个凸台，每个凸台上设有垂直贯通的螺孔，以供限位螺钉螺设，可旋转低温箱的箱体的一侧侧壁底部设有螺纹通孔以安装排液微型球阀。
3.如权利要求2所述的低温CTOD试验用双顶头保温箱，其特征在于：两组螺纹盲孔组的2个对称中心面关于可旋转低温箱底部中心的短轴对称，通过螺钉将固定失稳破坏顶头和压断顶头固定于可旋转低温箱内底面上，2个顶头的纵向中分平面应与对应的螺纹盲孔组的对称中心面重合。
4.如权利要求2或3所述的低温CTOD试验用双顶头保温箱，其特征在于：试验机连接板包含板体，所述板体的四个角部设有阶梯孔，板体的长边中心线上设有贯通的中心孔、偏置旋转轴孔和限位孔，所述偏置旋转轴孔和限位孔分别位于中心孔的两侧。
5.如权利要求4所述的低温CTOD试验用双顶头保温箱，其特征在于：所述偏置旋转轴孔与中心孔的间距等于可旋转低温箱的螺纹盲孔组对称平分面至可旋转低温箱底部中心短轴的轴线距离；所述限位孔与偏置旋转轴孔的间距等于可旋转低温箱的凸台的垂直贯通螺孔至可旋转低温箱底部中心短轴的轴线距离。
6.如权利要求5所述的低温CTOD试验用双顶头保温箱，其特征在于：所述可旋转低温箱的底部中心短轴插入试验机连接板的偏置旋转轴孔，两者之间采用滑动配合，以润滑脂润滑，实现可旋转低温箱与试验机连接板的相对转动；限位螺钉旋入可旋转低温箱的凸台的垂直贯通螺孔与其连接，当凸台的垂直贯通螺孔与试验机连接板的限位孔对正时，将限位螺钉旋入试验机连接板的限位孔，可限制可旋转低温箱的转动，并使失稳破坏顶头或压断顶头定位于正确的试验位置。
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