CN201382879Y - 金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具 - Google Patents

金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具 Download PDF

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包陈
陈洪军
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Abstract

本实用新型公开了一种金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，用于在高温疲劳试验中对金属薄壁管材进行夹持。有一主轴1，所述主轴具有锥形夹持套11、中部螺纹段12和夹持段13；锁紧套筒2和过渡套筒3依次套接在主轴的锥形夹持套11上；锁紧螺帽5旋接在主轴的中部螺纹段12上；夹持垫套6套接在主轴的夹持段；主轴锥形夹持套11和夹持垫套6均具有可改变径向尺度的弹性机构。本实用新型可满足多种规格薄壁等厚度管件在高温环境下的单轴、纯扭和轴扭复合疲劳试验，结构简单，试样尺寸适应范围大，夹持功能突出，节省试样材料。

Description

金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具
所属技术领域
本实用新型涉及材料试验设备，尤其是金属薄壁等厚度管材高温疲劳试验夹具的制造领域。
背景技术
金属材料的疲劳试验对于金属构件的疲劳强度设计起着重要的指导作用。为了考查金属构件的疲劳性能，通常将金属材料加工成实心棒状试样来进行室温和高温环境下的疲劳试验。有关棒状试样的疲劳试验技术已经相当成熟，国际、国内也推出了一系列相应的疲劳试验标准。但是随着反应堆工程、化工压力容器工程等的迅速发展，金属薄壁管件得以在工程实际中广泛应用。因存在特殊夹持困难，使得金属薄壁等厚度管件的高温疲劳试验难以开展。在高温环境下，由于受高温炉的限制，所需管试样较长，而过长的管试样在疲劳试验过程中又极易产生疲劳循环失稳。为了避免产生变形失稳，常常采用二次夹具螺纹连接的方式来减少所需管试样的长度，同时达到节省试样材料的目的。然而对于管件，无法采用螺纹连接方式延长试样。为避免实验过程中的疲劳失稳，对于厚壁管试样，有时在工作管段加工出一弧形槽，使得工作段直径减小，以弧形槽根部的径向应变控制疲劳试验的进行，然后将径向应变换算成轴向应变。这种技术方案仅适合于壁厚足够大的金属管试样，试样尺寸适应性很差；管试样工作段为漏斗形状而非等直状，需要进行径向应变同轴向应变之间的换算，其中存在一定的换算误差；该技术方案所限定的特殊试验所需管试样依然较长，试样耗材较大。对于中、薄等厚度金属管件，目前尚无任何可实现高温环境下的单、多轴疲劳试验的有效技术方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，使之克服现有技术的以上所述缺点，不仅可实现高温环境下金属薄壁管件的单、多轴疲劳试验，而且还达到节省试样材料的目的。
本实用新型的目的是通过如下的手段实现的。
金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，用于在高温疲劳试验中对金属薄壁管材进行夹持。有一主轴1，所述主轴具有锥形夹持套11、中部螺纹段12和夹持段13；锁紧套筒2和过渡套筒3依次套接在主轴的锥形夹持套11上；锁紧螺帽5旋接在主轴的中部螺纹段12上；夹持垫套6套接在主轴的夹持段；主轴锥形夹持套11和夹持垫套6均具有可改变径向尺度的弹性机构。
在实际实验时，首先将管试样两端塞入金属堵头，然后将管试样的一端插入主轴锥形夹持套内，同主轴、锁紧套筒、过渡套筒、弹性垫片和锁紧螺帽等一系列部件连接，通过锁紧螺帽传递到主轴的机械挤压力，实现夹具对试样的初步抱紧。试样的另一端作对称的夹持设置。之后，将试样及夹具的过渡套筒部分置于高温环境中，根据热膨胀原理，设计主轴材料的热膨胀系数大于锁紧套筒，升温后夹具主轴与锁紧套筒及试样之间因热膨胀差异而产生不同的热应变，实现夹具对管试样的再次抱紧。同时，金属堵头也采用热膨胀系数较高的材料，以防止管试样在受夹具夹持时产生内凹变形，从而增强夹具对管试样的综合抱紧力。本实用新型夹具的夹持段配合夹持垫套可适应多种规格的试验机夹头。
采用本实用新型的设计方案，可满足多种规格薄壁等厚度管件在高温环境下的单、多轴疲劳试验，结构简单，试样尺寸适应范围大，夹持功能突出，节省试样材料。还可实现小尺寸实心棒材的高温扭转疲劳试验。
附图说明
图1为本实用新型实施例夹持试样后的外观图。
图2为本实用新型实施例主轴的三维视图。
图3为本实用新型实施例主轴的剖视图。
图4为本实用新型实施例锁紧套筒的剖视图。
图5为本实用新型实施例夹持垫套的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
结合图1至图5可看出本实用新型的基本结构和具体实施方式。金属薄壁等厚度管材高温疲劳试验夹具，有一主轴(1)，所述主轴具有锥形夹持套(11)、中部螺纹段(12)和夹持段(13)；锁紧套筒(2)和过渡套筒(3)依次套接在主轴的锥形夹持套(11)上；锁紧螺帽(5)旋接在主轴的中部螺纹段(12)上；夹持垫套(6)套接在主轴的夹持段(13)；主轴锥形夹持套(11)为可改变径向尺度的弹性机构，一般为多瓣式对称布局结构，在此采用四瓣式外锥体结构，锥体根部对称开孔，可降低锥体的变形刚度，从而增强对管试样的抱紧效果；主轴锥形夹持套(11)同中部螺纹段(12)间为圆弧过渡，可降低锥体根部的应力集中，从而有效避免主轴(1)在抱紧管试样的过程中于锥体根部处断裂。夹持垫套(6)为可改变径向尺度的弹性机构，在此采用四瓣式等直体结构，具有同主轴锥形夹持套(11)类似的夹持功能。
如图1所示，在管试样(7)的一端塞入金属堵头(由具有高热膨胀系数的材料制成)，将管试样(7)该端放入主轴(1)中，放入的管试样要足够深，使夹具抱紧力尽量大，又要注意不能放入过深，否则影响主轴锥形夹持套的弹性变形能力。按照图1所示顺序，将锁紧套筒(2)、过渡套筒(3)、弹性垫片(4)和锁紧螺帽(5)依次安装，将夹具的夹持段(13)套上夹持垫套(6)并用试验机夹具抱紧。拧紧锁紧螺帽(5)，使主轴(1)对管试样(7)产生足够大的挤压力，管试样(7)的另一端按照相同的方法套装上本实用新型夹具。待管试样(7)安装完成后，将管试样(7)及本实用新型夹具(包括锁紧套筒(2)和过渡套筒(3)部分)一并置于高温环境中，待升到试验温度后，管试样(7)和夹具系统将因材料热膨胀的差异使得夹具对管试样(7)的抱紧力大大增强。在本例中，主轴(1)、过渡套筒(3)及堵头材料均选用GH2036合金，锁紧套筒(2)材料选用1Cr17Ni2合金。

Claims (3)

1、金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，用于在高温疲劳试验中对金属薄壁管材进行夹持，其特征在于，有一主轴(1)，所述主轴具有锥形夹持套(11)、中部螺纹段(12)和夹持段(13)；锁紧套筒(2)和过渡套筒(3)依次套接在主轴的锥形夹持套(11)上；锁紧螺帽(5)旋接在主轴的中部螺纹段(12)上；夹持垫套(6)套接在主轴的夹持段；主轴锥形夹持套(11)和夹持垫套(6)均具有可改变径向尺度的弹性机构。
2、根据权利要求1所述之金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，其特征在于，所述可改变径向尺度的弹性机构为多瓣式对称布局结构。
3、根据权利要求1所述之金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，其特征在于，所述过渡套筒(3)和锁紧螺帽(5)之间设置有弹性垫片(4)。
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CN106716101A (zh) * 2014-09-30 2017-05-24 惠州市吉瑞科技有限公司 一种电子烟螺纹扭转测试装置
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