CN110658058A - 长条形小冲杆试样夹具装置 - Google Patents

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关凯书
王武琳
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Abstract

本发明首次设计了一种新的长条形小冲杆试样的夹具装置。常规的圆片状小冲杆试样，无法保证小冲杆试验获得的载荷数据和单轴拉伸试验获得的强度数据方向一致，而长条形的小冲杆试样可以解决这个问题。本发明就是设计了长条形小冲杆试样的夹具装置，并对各部件尺寸进行了说明，使之能够有效地进行小冲杆试验，以获得准确的材料载荷—强度经验关联公式，用于测算在役设备材料的力学性能。

Description

长条形小冲杆试样夹具装置
技术领域
本发明首次设计了一种新的长条形小冲杆试样的夹具装置。
背景技术
化工、核电、火力等行业存在许多在高温、高压、强腐蚀性状态下服役的设备。为保证这些设备能够安全使用，必须定期检测设备的材料性能，检查是否仍然符合使用标准。常规的无损检测可以在不损伤设备和结构的前提下，获得设备材料的一些性能，但是无法获得材料的力学性能，比如屈服强度和抗拉强度。此外，单轴拉伸试验虽然可以获得材料的屈服强度和抗拉强度，但是由于试验需要大量的试验材料，无法对正在服役的设备取样。而小冲杆试验因其试验试样较小的优势，可以对在役设备进行微损取样，实现在不破坏设备的前提下获得材料的力学性能。
用小冲杆试验获得材料的力学性能，普遍的做法是通过经验关联。即通过小冲杆试验获得材料的屈服强度和抗拉强度，以此分别和单轴拉伸试验获得的屈服强度和抗拉强度进行经验关联，获得材料的载荷—强度经验关联公式。然后通过对在役设备取样，进行小冲杆试验后获得试样的载荷数据，通过材料的载荷—强度经验关联式，测算出材料的强度。常规的小冲杆试验试样，不论是厚度为0.5mm还是1mm的试样，或者是直径8mm还是10mm的试样，皆为圆片状试样。但是圆片状的小冲杆试样，由于形状为圆形，获得的载荷没有方向性，而单轴拉伸试验获得的强度是单向的，有方向性，两者直接关联必然导致数据失真，从对各向异性材料的试验中已经验证了这一点。
为实现小冲杆试验获得的载荷数据能够有效地和单轴拉伸试验获得的强度数据进行经验关联，必须保证载荷和强度的方向一致性。为此，将小冲杆试验的试样从圆片状改造成长条形，并创新地设计了长条形小冲杆试样的夹具装置。
发明内容
首次设计了长条形小冲杆试样夹具装置，用于夹持长10mm宽2.5mm厚0.5mm的长条形小冲杆试样，使之进行小冲杆试验，以获得有效的材料载荷—强度经验关联公式。
本发明的夹具材料为40Cr钢，并经过淬火热处理，使材料硬化，增加夹具的刚度。夹具分为上下两部分。上夹具开一个冲杆孔和四个螺栓孔，下表面设有锯齿纹用于固定试样，使之保持“固支”状态。下夹具根据欧盟小冲杆试验标准草案和《在役承压设备金属材料小冲杆试验方法》要求加工孔径为4.0mm，并且设有0.2mm×45°的倒圆角。
附图说明
附图1为长条形小冲杆试样夹具装置外观图。夹具装置分为上夹具、下夹具、冲杆和螺栓。
附图2为上夹具俯视图。上夹具整体尺寸为30mm×30mm×30mm的立方体，开四个螺纹孔，用于安装M4的螺栓，正中开4mm×2.5mm的贯穿孔，用于冲杆滑动，冲压试样。
附图3为上夹具仰视图。上夹具下表面呈锯齿状，用于固定试样两端，防止试样在冲杆作用下打滑，保持两端固支。为防止因锯齿夹持试样中部造成应力集中，导致试样失效，锯齿纹正中间4.5mm处不留锯齿纹，保持光滑。（如图3所示，冲杆孔两侧各1mm保持光滑，无锯齿纹。）
附图4为下夹具俯视图。下夹具整体尺寸为30mm×30mm×30mm的立方体，正对上夹具开四个螺纹孔，用于安装M4的螺栓。正中按照孔径要求，开4mm×4mm的贯穿孔，并在两边加工r=0.2mm的45°倒角，防止应力集中。如图4，中间开10mm×2.5mm×0.5mm的槽，用于安装长条形小冲杆试样。
附图5为M4螺栓和冲杆。冲杆头部为半径1.25的半圆形，宽4mm，总长6mm。
具体实施方式
将下夹具放入长条形的小冲杆试样后，用螺栓将上下夹具连接，放入试验机进行小冲杆试验。
注意事项：
1．加工过程中，上下夹具的冲杆开孔略大于冲杆宽度，保证冲杆滑动无明显阻力。
2．加工过程中，注意上下夹具的开孔位置，保证对中。
3．上下夹具装配时，确保试样和冲杆垂直，注意防止倒装。
4．螺栓拧紧时，先预紧，再对角拧紧，保证上夹具的下表面和下夹具的上表面平行。

Claims (4)

1.长条形小冲杆试样夹具装置，其特征在于夹具分为上下两部分，两者用螺栓相连，冲杆用于冲压小冲杆试样，夹具能够安装10mm*2.5mm*0.5mm的长条形小冲杆试样，并使之能够有效完成小冲杆试验，上下夹具要能够准确对中，并能够有效地固定试样，防止应力集中带来的试验误差。
2.根据权利要求1所述的长条形小冲杆试样的夹具装置，其特征在于上夹具下表面呈锯齿状，用于固定试样两端，防止试样在冲杆的作用下打滑，为防止因锯齿夹持试样中部造成应力集中，导致试样失效，锯齿纹正中间4.5mm处不留锯齿纹，保持光滑，即冲杆孔的两侧各1mm保持光滑，无锯齿纹。
3.根据权利要求1所述的长条形小冲杆试样的夹具装置，其特征在于下夹具根据欧盟小冲杆试验标准草案和《在役承压设备金属材料小冲杆试验方法》加工要求，正中孔径为两边加工r=0.2mm的45°倒角，以防止应力集中，下夹具中间开10mm*2.5mm*0.5mm的槽，用于安装长条形小冲杆试样。
4.根据权利要求1所述的长条形小冲杆试样的夹具装置，其特征在于冲杆头部根据欧盟小冲杆试验标准草案和《在役承压设备金属材料小冲杆试验方法》加工要求，为半径1.25mm的半圆形，冲杆宽度须大于试样的宽度，保证试样表面受到冲杆的均布载荷。
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