CN111795887A - 一种高温高压水管板接触式微动磨损用夹具及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于加工夹具领域，涉及微动磨损用夹具，具体为一种高温高压水管/板接触式微动磨损用夹具及使用方法，解决高温高压水条件下管/板接触式微动磨损实验中摩擦副间的紧固问题和平行性问题。该夹具设有：固定夹板、板状试样夹具固定板、螺杆、板状试样夹具、挡板、横轴传动杆、连接螺柱及其紧固螺母、管状试样固定底座、圆弧状紧固夹块、板状试样夹具固定板支架及各紧固螺钉与螺母等，能够进行高温高压水中的管/板接触式微动磨损实验。本发明解决管/板接触式微动磨损实验中摩擦副之间紧固性和平行性难以同时保证的难题，有效提升实验的精确性和可重复性，该夹具结构简单，操作方便，成本低廉。

Description

一种高温高压水管板接触式微动磨损用夹具及使用方法
技术领域
本发明属于加工夹具领域，涉及微动磨损用夹具，具体为一种高温高压水管/板接触式微动磨损用夹具及使用方法。
背景技术
压水堆核电站中，连接一回路与二回路水的蒸汽发生器传热管由于微动磨损造成的失效现象已经其成为最重要的原因，严重威胁核电厂的安全运行。传热管与抗振条、支撑板之间的接触方式为管/板式接触，在实际实验过程中其紧固性和平行性难以同时保证，导致实验误差大，甚至相同条件下的测试结果可能会出现数量级的差异，实验结果的准确性及重复性难以保证。
因此，获得一种可用于高温高压水(200～360℃，4～20MPa)环境中的管/板接触式的微动磨损夹具，从而获得准确的微动磨损速率(或磨损系数)，对于核电站的安全设计、运行及管理具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温高压水管/板接触式微动磨损用夹具及使用方法，以解决管/板接触式微动磨损实验中摩擦副之间紧固性和平行性难以同时保证的难题，从而提升实验的准确性和可重复性。
本发明的技术方案如下：
一种高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，其特征在于，管状试样的上下分别对应：板状试样和管状试样固定底座，管状试样与板状试样形成摩擦副；管状试样设置于管状试样固定底座上，管状试样固定底座与管状试样底部对应接触面为弧形适配设计；管状试样的内侧底部设置圆弧状紧固夹块，圆弧状紧固夹块与管状试样对应接触面为弧形适配设计，紧固螺钉III依次穿过圆弧状紧固夹块、管状试样固定在管状试样固定底座上；管状试样固定底座通过紧固螺母I安装于纵轴传动杆上，管状试样及管状试样固定底座通过紧固螺母I与纵轴传动杆相连接；板状试样与管状试样顶部对应接触为线接触，板状试样安装于板状试样夹具上；
管状试样的左右两侧分别对应挡板，两个挡板分别通过挡板紧固螺钉安装于管状试样固定底座的两侧，通过挡板紧固螺钉与挡板横向紧密结合；管状试样的左右两侧分别通过挡板与连接螺柱及各自的紧固螺母与横轴传动杆相连接，挡板通过两侧的螺柱紧固螺母固定在连接螺柱上，连接螺柱与两侧的横轴传动杆分别用螺柱紧固螺母紧密连接并固定。
所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，板状试样与板状试样夹具固定，通过板状试样夹具固定板与板状试样夹具固定板支架固定于高压釜内部，板状试样夹具固定板设置于板状试样夹具固定板支架上，板状试样夹具与板状试样夹具固定板相连。
所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，管状试样通过圆弧状紧固夹块与紧固螺钉III固定在管状试样固定底座上，并通过紧固螺母I与纵轴传动杆固定，纵轴传动杆连接高压釜的步进马达。
所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，管状试样固定底座通过挡板紧固螺钉与挡板固定配合，通过螺柱紧固螺母和连接螺柱与横轴传动杆相连，以达到横轴方向的紧固连接，横轴传动杆进一步连接高压釜设备上的激振器与位移传感器。
所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，板状试样夹具上端通过阵列式紧固螺钉连接固定夹板，板状试样通过紧固螺钉II与板状试样夹具固定后，通过螺杆与板状试样夹具固定板支架进行固定，同时通过与固定夹板连接的阵列式紧固螺钉I来微调板状试样夹具的倾斜度。
所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，板状试样通过紧固螺钉II与板状试样夹具相连、板状试样夹具通过螺杆与板状试样夹具固定板相连，连接用的紧固螺钉II与螺杆均开孔在同一个方向。
所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具的使用方法，包括如下步骤：
(1)将管状试样与圆弧状紧固夹块相配合，安装固定在管状试样固定底座上，再将其固定于挡板上；
(2)将与挡板相固定的管状试样固定底座安装于高压釜中，分别与纵轴传动杆、横轴传动杆相连，并分别固定锁紧；
(3)将板状试样放入板状试样夹具中固定锁紧，并将板状试样夹具嵌入板状试样夹具固定板中，通过螺杆进行固定；
(4)将与板状试样夹具相连接的板状试样夹具固定板安装于高压釜内部的板状试样夹具固定板支架上；
(5)通过紧固螺钉进行微调以保证管状试样与板状试样之间的平行度；
(6)通过调节板状试样夹具的高度或改变纵轴传动杆的位移来施加稳定的法向载荷。
所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具的使用方法，具体步骤如下：
(1)将管状试样与圆弧状紧固夹块相配合，并通过紧固螺钉III固定在管状试样固定底座上；
(2)将固定有管状试样的管状试样固定底座通过挡板紧固螺钉固定于挡板上；
(3)将与挡板相固定的管状试样固定底座安装于高压釜中，并分别通过紧固螺母I与纵轴传动杆相连、通过连接螺柱和螺柱紧固螺母与横轴传动杆相连，并分别固定锁紧；
(4)将板状试样放入板状试样夹具中，并通过紧固螺钉II固定锁紧，并将板状试样夹具嵌入板状试样夹具固定板中，再通过螺杆进行固定；
(5)将固定夹板安装于板状试样夹具的两侧，并通过紧固螺钉I进行固定，再将与板状试样夹具相连接的板状试样夹具固定板安装于高压釜内部的板状试样夹具固定板支架上，并通过紧固螺母II固定锁紧；
(6)通过紧固螺钉I进行微调，以保证管状试样与板状试样之间的平行度；
(7)通过调节板状试样夹具的高度或改变纵轴传动杆的位移来施加稳定的法向载荷。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明管状试样与底座固定后，先与挡板固定保证其水平性，再通过螺杆与横轴传动杆紧固连接，以保证横轴整体均处于同一水平线上，从而使得整个实验过程中管状试样均处于水平状态；
2、本发明板状试样通过紧固螺钉与板状试样夹具相连、板状试样夹具通过螺杆与板状试样夹具固定板相连，板状试样与板状试样夹具的紧固螺钉、板状试样夹具与其固定板的螺杆，二者均开孔在同一方向，保证板状试样夹具在整个实验过程中没有扭矩产生并且连接紧固没有缝隙，从而保证整个实验过程中振幅控制的精确性；
3、本发明板状试样夹具上端通过阵列式紧固螺钉连接固定夹板，板状试样夹具上端通过紧固螺钉与固定夹板连接后，可以通过改变阵列式紧固螺钉的紧固程度进行板状试样夹具倾斜度的微调，以保证管状试样和板状试样之间的平行度，从而使得在整个实验过程中，管状试样与板状试样都处于完全平行状态，降低由于平行度原因产生的偶然误差并大大提升实验的可重复性；
4、本发明管状试样与板状试样均安装紧固后，可以通过调节板状试样夹具的高度或改变纵轴传动杆的位移来施加稳定的法向载荷，以达到精确的载荷控制效果。
5、本发明的高温高压水微动磨损夹具具有304或316不锈钢材质，耐高温高压水腐蚀，高温强度也较高，能够在高温高压水环境中长期可靠使用。
附图说明
图1为管/板接触式微动磨损用夹具在高压釜中使用时的正面示意图。图中，1固定夹板；2紧固螺钉I；3板状试样夹具固定板；4螺杆；5板状试样夹具；6紧固螺钉II；7挡板；8横轴传动杆；9连接螺柱；10螺柱紧固螺母；11挡板紧固螺钉；12管状试样固定底座；13紧固螺母I；14纵轴传动杆；15紧固螺钉III；16圆弧状紧固夹块；17管状试样；18板状试样；19紧固螺母II；20板状试样夹具固定板支架。
图2为图1中的A-A横截面示意图。图中，1固定夹板；3板状试样夹具固定板；5板状试样夹具；12管状试样固定底座；13紧固螺母I；14纵轴传动杆；15紧固螺钉III；16圆弧状紧固夹块；17管状试样；18板状试样。
图3为本发明实验后传热管试样与抗振条试样表面磨痕形貌。其中，(a)传热管试样，(b)抗振条试样。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明高温高压水管/板接触式微动磨损用夹具，由固定夹板、板状试样夹具及其固定板、管状试样固定底座及圆弧状紧固夹块、板状试样夹具固定板支架、挡板及其紧固螺钉等组成，能够保证高温高压水中管/板式接触的微动磨损实验过程中被磨材料与摩擦副之间的紧固性和平行性，以提升微动磨损实验过程中振幅的精确控制，从而提升实验结果的精确性和可重复性。
如图1-图2所示，本发明高温高压水管/板接触式微动磨损用夹具主要包括：固定夹板1、紧固螺钉I 2、板状试样夹具固定板3、螺杆4、板状试样夹具5、紧固螺钉II 6、挡板7、横轴传动杆8、连接螺柱9、螺柱紧固螺母10、挡板紧固螺钉11、管状试样固定底座12、紧固螺母I 13、纵轴传动杆14、紧固螺钉III 15、圆弧状紧固夹块16、管状试样17、板状试样18、紧固螺母II 19、板状试样夹具固定板支架20等，具体结构如下：
管状试样17的上下分别对应：板状试样18和管状试样固定底座12，管状试样17与板状试样18形成摩擦副；管状试样17设置于管状试样固定底座12上，管状试样固定底座12与管状试样17底部对应接触面为弧形适配设计；管状试样17的内侧底部设置圆弧状紧固夹块16，圆弧状紧固夹块16与管状试样17对应接触面为弧形适配设计，紧固螺钉III 15依次穿过圆弧状紧固夹块16、管状试样17固定在管状试样固定底座12上，可以达到紧固效果并保证水平度。管状试样固定底座12通过紧固螺母I 13安装于纵轴传动杆14上，管状试样17及管状试样固定底座12通过紧固螺母I 13与纵轴传动杆14相连接。板状试样18与管状试样17顶部为线形接触，板状试样18安装于板状试样夹具5上。
管状试样17的左右两侧分别对应挡板7，两个挡板7分别通过挡板紧固螺钉11安装于管状试样固定底座12的两侧，通过挡板紧固螺钉11与挡板7横向紧密结合，从而保持其平衡性。管状试样17的左右两侧分别通过挡板7与连接螺柱9及各自的紧固螺母与横轴传动杆8相连接，挡板7通过两侧的螺柱紧固螺母10固定在连接螺柱9上，连接螺柱9与两侧的横轴传动杆8分别用螺柱紧固螺母紧密连接并固定，可以保证整体横杆的水平度在同一条水平线上，以达到管状试样在整个实验过程中都处于完全水平状态。
板状试样18通过紧固螺钉II 6与板状试样夹具5相连、板状试样夹具5通过螺杆4与板状试样夹具固定板3相连，连接用的紧固螺钉II6与螺杆4均开孔在同一个方向，可以保证板状试样夹具在实验过程中没有扭矩产生，且连接紧固没有缝隙，从而保证振幅控制的精确性。板状试样18通过板状试样夹具固定板3与板状试样夹具固定板支架20固定于高压釜内部，板状试样夹具固定板3设置于板状试样夹具固定板支架20上，板状试样夹具5与板状试样夹具固定板3相连，通过调节板状试样夹具5的高度或改变纵轴传动杆14的位移来施加稳定的法向载荷。
装配时，管状试样17通过圆弧状紧固夹块16与紧固螺钉III 15固定在管状试样固定底座12上，并通过紧固螺母I 13与纵轴传动杆14固定，纵轴传动杆14连接高压釜的步进马达，以提供稳定的载荷控制。同时，管状试样固定底座12通过挡板紧固螺钉11与挡板7固定配合，再通过螺柱紧固螺母10和连接螺柱9与横轴传动杆8相连，以达到横轴方向的紧固连接，从而连接高压釜设备上的激振器与位移传感器达到频率与振幅的精确控制。对应的板状试样18，其长宽高分别为12mm×12mm×4mm，与板状试样夹具5的底部凹槽适配。将板状试样18通过紧固螺钉II 6与板状试样夹具5固定后，再通过螺杆4与板状试样夹具固定板3进行固定，同时可以通过与固定夹板1连接的阵列式紧固螺钉I 2来微调板状试样夹具5的倾斜度，从而保证板状试样18与管状试样17之间的平行性。最后将板状试样夹具固定板3通过紧固螺母II 19固定于高压釜体内部固定位置板状试样夹具固定板支架20上，然后通过调节板状试样夹具5的高度或改变纵轴传动杆14的位移来施加稳定的法向载荷。
管状试样17与板状试样18均可采用不锈钢、镍基合金、锆合金等加工而成，管状试样17与板状试样18均可以通过在其与夹具之间添加覆盖有ZrO2的Zr-4合金绝缘垫片的方式进行绝缘的方式，在管状试样17上进行点焊以进行电化学行为的测试。
如图1-图2所示，本发明高温高压水管/板接触式微动磨损用夹具的使用方法如下：
1、将管状试样17与圆弧状紧固夹块16相配合，并通过紧固螺钉III 15固定在管状试样固定底座12上；
2、将固定有管状试样17的管状试样固定底座12通过挡板紧固螺钉11固定于挡板7上；
3、将与挡板7相固定的管状试样固定底座12安装于高压釜中，并分别通过紧固螺母I 13与纵轴传动杆14相连、通过连接螺柱9和螺柱紧固螺母10与横轴传动杆8相连，并分别固定锁紧；
4、将板状试样18放入板状试样夹具5中，并通过紧固螺钉II 6固定锁紧，并将板状试样夹具5嵌入板状试样夹具固定板3中，再通过螺杆4进行固定；
5、将固定夹板1安装于板状试样夹具5的两侧，并通过紧固螺钉I 2进行固定，再将与板状试样夹具5相连接的板状试样夹具固定板3安装于高压釜内部的板状试样夹具固定板支架20上，并通过紧固螺母II 19固定锁紧。
6、通过紧固螺钉I 2进行微调，以保证管状试样17与板状试样18之间的平行度；
7、通过调节板状试样夹具5的高度或改变纵轴传动杆14的位移来施加稳定的法向载荷。
实施例
在实施例中，采用的690合金蒸汽发生器传热管(管状试样)外径为19.05mm，壁厚为1.09mm，长度为15mm；采用的抗振条板(板状试样)为405不锈钢，试样尺寸为12mm×12mm×4mm。按照上述使用方法安装完试样后，在高温高压水中进行微动磨损试验，试验温度为288℃，压力为9MPa，法向载荷为60N，振动频率为60Hz，振幅为±50μm，试验时间为50h。如图3所示，试验完成后，传热管与抗振条板上磨痕形貌，可见磨痕宽度均匀，呈直线型，说明试样安装时平行状态良好，满足试验及设计要求。
实施例结果表明，本发明能够进行高温高压水中的管/板接触式微动磨损实验，解决管/板接触式微动磨损实验中摩擦副之间紧固性和平行性难以同时保证的难题，有效提升实验的精确性和可重复性，其结构简单，操作方便，成本低廉。

Claims (8)

1.一种高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，其特征在于，管状试样的上下分别对应：板状试样和管状试样固定底座，管状试样与板状试样形成摩擦副；管状试样设置于管状试样固定底座上，管状试样固定底座与管状试样底部对应接触面为弧形适配设计；管状试样的内侧底部设置圆弧状紧固夹块，圆弧状紧固夹块与管状试样对应接触面为弧形适配设计，紧固螺钉III依次穿过圆弧状紧固夹块、管状试样固定在管状试样固定底座上；管状试样固定底座通过紧固螺母I安装于纵轴传动杆上，管状试样及管状试样固定底座通过紧固螺母I与纵轴传动杆相连接；板状试样与管状试样顶部对应接触为线接触，板状试样安装于板状试样夹具上；
管状试样的左右两侧分别对应挡板，两个挡板分别通过挡板紧固螺钉安装于管状试样固定底座的两侧，通过挡板紧固螺钉与挡板横向紧密结合；管状试样的左右两侧分别通过挡板与连接螺柱及各自的紧固螺母与横轴传动杆相连接，挡板通过两侧的螺柱紧固螺母固定在连接螺柱上，连接螺柱与两侧的横轴传动杆分别用螺柱紧固螺母紧密连接并固定。
2.按照权利要求1所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，其特征在于，板状试样与板状试样夹具固定，通过板状试样夹具固定板与板状试样夹具固定板支架固定于高压釜内部，板状试样夹具固定板设置于板状试样夹具固定板支架上，板状试样夹具与板状试样夹具固定板相连。
3.按照权利要求1所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，其特征在于，管状试样通过圆弧状紧固夹块与紧固螺钉III固定在管状试样固定底座上，并通过紧固螺母I与纵轴传动杆固定，纵轴传动杆连接高压釜的步进马达。
4.按照权利要求1所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，其特征在于，管状试样固定底座通过挡板紧固螺钉与挡板固定配合，通过螺柱紧固螺母和连接螺柱与横轴传动杆相连，以达到横轴方向的紧固连接，横轴传动杆进一步连接高压釜设备上的激振器与位移传感器。
5.按照权利要求1所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，其特征在于，板状试样夹具上端通过阵列式紧固螺钉连接固定夹板，板状试样通过紧固螺钉II与板状试样夹具固定后，通过螺杆与板状试样夹具固定板进行固定，同时通过与固定夹板连接的阵列式紧固螺钉I来微调板状试样夹具的倾斜度。
6.按照权利要求1所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具，其特征在于，板状试样通过紧固螺钉II与板状试样夹具相连、板状试样夹具通过螺杆与板状试样夹具固定板相连，连接用的紧固螺钉II与螺杆均开孔在同一个方向。
7.按照权利要求1至6之一所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将管状试样与圆弧状紧固夹块相配合，安装固定在管状试样固定底座上，再将其固定于挡板上；
(2)将与挡板相固定的管状试样固定底座安装于高压釜中，分别与纵轴传动杆、横轴传动杆相连，并分别固定锁紧；
(3)将板状试样放入板状试样夹具中固定锁紧，并将板状试样夹具嵌入板状试样夹具固定板中，通过螺杆进行固定；
(4)将与板状试样夹具相连接的板状试样夹具固定板安装于高压釜内部的板状试样夹具固定板支架上；
(5)通过紧固螺钉进行微调以保证管状试样与板状试样之间的平行度；
(6)通过调节板状试样夹具的高度或改变纵轴传动杆的位移来施加稳定的法向载荷。
8.一种权利要求1至6之一所述的高温高压水管板接触式微动磨损用夹具的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将管状试样与圆弧状紧固夹块相配合，并通过紧固螺钉III固定在管状试样固定底座上；
(2)将固定有管状试样的管状试样固定底座通过挡板紧固螺钉固定于挡板上；
(3)将与挡板相固定的管状试样固定底座安装于高压釜中，并分别通过紧固螺母I与纵轴传动杆相连、通过连接螺柱和螺柱紧固螺母与横轴传动杆相连，并分别固定锁紧；
(4)将板状试样放入板状试样夹具中，并通过紧固螺钉II固定锁紧，并将板状试样夹具嵌入板状试样夹具固定板中，再通过螺杆进行固定；
(5)将固定夹板安装于板状试样夹具的两侧，并通过紧固螺钉I进行固定，再将与板状试样夹具相连接的板状试样夹具固定板安装于高压釜内部的板状试样夹具固定板支架上，并通过紧固螺母II固定锁紧；
(6)通过紧固螺钉I进行微调，以保证管状试样与板状试样之间的平行度；
(7)通过调节板状试样夹具的高度或改变纵轴传动杆的位移来施加稳定的法向载荷。
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