專(zhuān)利名稱(chēng)：用于電熔接頭剝離試驗(yàn)的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢驗(yàn)高強(qiáng)度電熔接頭粘結(jié)強(qiáng)度且方便客觀定量評(píng)價(jià)的剝離試驗(yàn)方法以及一套相應(yīng)的試驗(yàn)裝置，特別是一種用于電熔接頭剝離試驗(yàn)的裝置及方法。
背景技術(shù)：
聚乙烯管韌性好、抗沖擊、耐腐蝕，且使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行能耗和維護(hù)成本低，在石油、化工、市政等領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。電熔接頭是聚乙烯管最廣泛使用的連接方式之一，也是管道系統(tǒng)安全的薄弱環(huán)節(jié)。研究表明電熔接頭的主要失效原因是管材與套筒之間焊接界面的粘結(jié)性能沒(méi)有達(dá)到要求。剝離試驗(yàn)可以有效模擬電熔接頭被剝離的過(guò)程，能夠反映接頭抗剝離性能，被認(rèn)為是評(píng)價(jià)聚乙烯管材/電熔承口熔接質(zhì)量的有效手段之一。IS013954-1997 Peeldecohesion test for PE electrofusion assemblies of nominal outside diametergreater than or equal to 90mm以及國(guó)內(nèi)與之等同的GB/T 19808-2005《塑料管材和管件，公稱(chēng)外徑大于或等于90mm的聚乙烯電熔組件的拉伸剝離試驗(yàn)》，是目前進(jìn)行拉伸剝離試驗(yàn)的主要參考標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)介紹了拉伸剝離試驗(yàn)方法:從電熔接頭切割下來(lái)的測(cè)試樣條，豎直固定，在拉伸載荷的作用下，試樣熔融面逐漸被剝離。一次有效剝離要求試樣沿著或靠近熔融區(qū)平面失效。但是研究表明，焊接結(jié)合面所能承受的力高于套筒及管材本身所能承受的力。因此按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的拉伸剝離試驗(yàn)方法來(lái)檢測(cè)高強(qiáng)度接頭焊接質(zhì)量時(shí)，管材會(huì)在熔融面被剝開(kāi)前發(fā)生斷裂，很難實(shí)現(xiàn)有效剝離。具體原因是:剝離過(guò)程中，試樣承受拉伸載荷；拉伸力較小時(shí)，由于高強(qiáng)度接頭使熔融區(qū)具有很高的整體強(qiáng)度，焊接界面不會(huì)發(fā)生破壞；與此同時(shí)，強(qiáng)度相對(duì)較小的管材發(fā)生嚴(yán)重彎曲變形和拉伸變形；拉伸載荷繼續(xù)增大，管材處聚乙烯相較焊接區(qū)域的聚乙烯優(yōu)先屈服，并在熔融平面被剝離之前發(fā)生韌性破壞。故常規(guī)剝離試驗(yàn)方法無(wú)法檢測(cè)高強(qiáng)度接頭的熔融區(qū)質(zhì)量。此外，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)管壁、管件壁或融合面剝離后的破壞特征和脆性剝離百分?jǐn)?shù)表征組件的剝離強(qiáng)度。一方面，試樣表面破壞特征易受試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)操作影響，不利于保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度；另一方面，脆性剝離百分?jǐn)?shù)依賴(lài)于人眼對(duì)失效形式的主觀判斷，不利于保證檢測(cè)結(jié)果的精度。因此，按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的剝離試驗(yàn)方法，難以發(fā)展出一個(gè)客觀定量指標(biāo)來(lái)表征電熔組件的剝離強(qiáng)度，制約了標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步推廣。隨著電熔接頭技術(shù)的發(fā)展，被檢測(cè)接頭強(qiáng)度不斷提高，需要一種針對(duì)高強(qiáng)度接頭行之有效且方便客觀定量評(píng)價(jià)其粘結(jié)強(qiáng)度的剝離試驗(yàn)方法。但是，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)滿(mǎn)足上述要求的剝離試驗(yàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可以用來(lái)檢驗(yàn)高強(qiáng)度接頭焊接質(zhì)量且方便客觀定量評(píng)價(jià)的剝離試驗(yàn)裝置及方法。
為解決技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是:提供一種用于電熔接頭剝離試驗(yàn)的裝置，包括力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)，還包括承載平臺(tái)、端部壓板、尾部壓板、可拆卸接頭和鏈條；承載平臺(tái)上表面的中間區(qū)域、端部壓板下表面和尾部壓板下表面均具有交錯(cuò)的縱橫紋路；端部壓板、尾部壓板與承載平臺(tái)之間通過(guò)螺栓連接用于固定試樣；承載平板還通過(guò)螺栓與可拆卸接頭連接，可拆卸接頭與拉伸試驗(yàn)機(jī)下夾具通過(guò)銷(xiāo)相聯(lián)；鏈條的一端與試驗(yàn)機(jī)上夾具相聯(lián)，另一端通過(guò)銷(xiāo)與設(shè)于試樣上的牽引孔相連。作為一種改進(jìn)，所述承載平臺(tái)上開(kāi)有8個(gè)貫穿的螺紋通孔，其下表面環(huán)繞平臺(tái)中心開(kāi)有4個(gè)螺紋盲孔；端部壓板開(kāi)有兩個(gè)貫穿的光孔，尾部壓開(kāi)有四個(gè)貫穿的光孔；所述可拆卸接頭包括法蘭和圓柱底座，法蘭在對(duì)應(yīng)承載平臺(tái)下表面的四個(gè)螺紋孔的相對(duì)位置開(kāi)有四個(gè)光孔，圓柱底座開(kāi)有橫向的銷(xiāo)孔。作為進(jìn)一步的發(fā)明目的，本發(fā)明中用于電熔接頭剝離試驗(yàn)的方法，包括以下步驟:(I)按照GB/T 19808-2005的要求加工試樣，然后在試樣電熔套筒的表面加工一個(gè)深至加熱電阻絲上表面的溝槽，以減小焊縫接合面處的有效長(zhǎng)度；并在試樣的套筒伸長(zhǎng)端開(kāi)設(shè)牽引孔，牽引孔的中心位于套筒的上下中線(xiàn)，且與第一根電阻絲、套筒根部之間的距離相等；(2)將試樣放在承載平臺(tái)中央，用尾部壓板固定試樣管材伸長(zhǎng)段并盡量抵住試樣套筒的根部；根據(jù)試樣接頭部分的長(zhǎng)度和試樣上牽引孔的位置，確定端部壓板的位置后夾緊試樣的接頭；(3)將鏈條的一端與試驗(yàn)機(jī)上夾具相聯(lián)，另一端通過(guò)銷(xiāo)與試樣的牽引孔相連；(4)確認(rèn)試樣固定牢靠、管材緊貼承載平臺(tái)，并且牽引孔中心、承載平臺(tái)中心均在上下夾具的中心軸線(xiàn)上；(5)開(kāi)始試樣的剝離試驗(yàn)；整個(gè)剝離過(guò)程中，外載荷垂直于焊接界面，由熔融區(qū)主要承載，高強(qiáng)度接頭試樣的失效位于或靠近焊接平面，管材和套筒保持完好，為一次有效剝離；停止試驗(yàn)，保存數(shù)據(jù)；(6)通過(guò)外載荷作用點(diǎn)處的力-位移積分得到整個(gè)剝離過(guò)程的拉伸剝離能，用來(lái)表征接頭粘結(jié)強(qiáng)度。本發(fā)明的剝離試驗(yàn)方法是借助一套剝離裝置，將試樣水平固定，熔融面在垂直力作用下實(shí)現(xiàn)有效剝離，通過(guò)力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)表征接頭的粘結(jié)強(qiáng)度。本發(fā)明的試樣按照GB/T 19808-2005的要求加工，然后在試樣套筒部分的表面加工一個(gè)溝槽，深至加熱電阻絲上表面，從而減小焊縫接合面處的有效長(zhǎng)度。本發(fā)明的剝離試驗(yàn)裝置中，端部壓板和尾部壓板與承載平臺(tái)連接的相對(duì)位置可以根據(jù)不同接頭試樣進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明的剝離試驗(yàn)方法的原理是，力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)通過(guò)鏈條施加的拉伸載荷垂直作用在接頭熔融面，由于樣條被牢牢地水平固定，外載荷主要由焊接界面承受。隨著外載荷的不斷增加，焊縫缺口處逐漸張開(kāi)，直到焊縫接合面處撕裂。整個(gè)剝離過(guò)程中，外載荷作用點(diǎn)處的力和位移被記錄?，F(xiàn)對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于:
利用本發(fā)明可以將高強(qiáng)度接頭試樣的失效引到或靠近焊接平面，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高強(qiáng)度接頭的有效剝離。具體表現(xiàn)為:(I)試樣表面開(kāi)溝槽，將整個(gè)熔融區(qū)分為兩部分。焊縫結(jié)合面處的有效長(zhǎng)度減小，強(qiáng)度降低，有助于實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度接頭試樣的有效剝離。整個(gè)熔融區(qū)的聚乙烯均勻分布，軸向力學(xué)性質(zhì)保持一致，故部分熔融區(qū)的粘結(jié)強(qiáng)度可以代表開(kāi)槽前整個(gè)熔融區(qū)的粘結(jié)強(qiáng)度水平；(2)增加裝置零件表面的粗糙度，可以防止試樣在外載荷的作用下打滑或被拖出，加強(qiáng)了試樣的固定；(3)壓板與承載平臺(tái)的連接位置可以調(diào)整，保證裝置對(duì)不同尺寸高強(qiáng)度接頭試樣的適用性；(4)可拆卸接頭將裝置的主體部分與拉伸試驗(yàn)機(jī)下夾具相聯(lián)，借助力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的拉伸載荷來(lái)剝離接頭試樣，大大方便了本發(fā)明的剝離試驗(yàn)方法的使用；(5)試樣水平放置，兩端被牢牢夾緊在承載平臺(tái)與壓板之間，可以防止剝離過(guò)程中試樣的彎曲、拉伸變形，從而避免試樣的管材部分因大變形而發(fā)生韌性破壞，有助于實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度接頭試樣的有效剝離；(6)整個(gè)剝離試驗(yàn)過(guò)程，外載荷與接頭剝離面始終垂直，一方面可以防止試樣被水平拖出，有利于試樣的固定，另一方面外載荷主要由熔融區(qū)承載，不僅有助于實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度接頭試樣的有效剝離，也可以排除管材承載對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響；(7)試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)記錄的相關(guān)力學(xué)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了剝離接頭試樣熔融區(qū)的難易程度，受環(huán)境因素影響較小，且不依靠試驗(yàn)人員的主觀判斷，可以用來(lái)客觀定量評(píng)價(jià)接頭粘結(jié)強(qiáng)度。


圖1電熔接頭試樣結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明具體實(shí)施例的承載平臺(tái)示意圖；圖3本發(fā)明具體實(shí)施例的端部壓板示意圖；圖4本發(fā)明具體實(shí)施例的尾部壓板示意圖；圖5本發(fā)明具體實(shí)施例的可拆卸接頭示意圖；圖6本發(fā)明具體實(shí)施例的裝置主體示意圖；圖7本發(fā)明具體實(shí)施例的試驗(yàn)裝配示意圖。圖1中的附圖標(biāo)記:電熔套筒1，加熱電阻絲2，溝槽3，牽引孔4，聚乙烯管5，實(shí)際剝離區(qū)域6;圖6中的附圖標(biāo)記:承載平臺(tái)7，端部壓板8，墊圈9，尾部壓板10，內(nèi)六角螺栓11，可拆卸接頭12。
具體實(shí)施例方式待檢測(cè)試樣:按照GB/T 19808-2005要求制成的待檢測(cè)試樣，在試樣電熔套筒I的表面加工一個(gè)深至加熱電阻絲2上表面的狹窄的溝槽3，溝槽3位于第六和第七根電阻絲之間。在試樣的套筒伸長(zhǎng)端開(kāi)設(shè)牽引孔，牽引孔的中心位于套筒的上下中線(xiàn)，且與第一根電阻絲、套筒根部之間的距離相等。如圖1。
剝離試驗(yàn)裝置的承載平臺(tái)7如圖2所示，承載平臺(tái)7開(kāi)有8個(gè)螺紋通孔，下表面環(huán)繞平臺(tái)中心開(kāi)有4個(gè)螺紋盲孔，上表面中心區(qū)域加工有交錯(cuò)的縱橫紋路。端部壓板8如圖3所示，端部壓板8開(kāi)有兩個(gè)光孔，其下表面加工有紋路。尾部壓板10如圖4所示，尾部壓板10開(kāi)有四個(gè)光孔，其下表面加工有紋路?？刹鹦督宇^12包括法蘭和圓柱底座如圖5，法蘭在對(duì)應(yīng)承載平臺(tái)7下表面的四個(gè)螺紋孔的相對(duì)位置，開(kāi)有四個(gè)光孔，圓柱底座上開(kāi)有銷(xiāo)孔。端部壓板8、尾部壓板10和可拆卸接頭12通過(guò)六角螺栓與承載平臺(tái)7連接，完成裝置主體的裝配，如圖6所示。利用銷(xiāo)將可拆卸接頭與力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)相連，裝置安裝完畢。本實(shí)施例中，電熔接頭的剝離試驗(yàn)按照以下步驟實(shí)施:(I)將試樣放在承載平臺(tái)7中央的粗糙區(qū)，用尾部壓板10固定試樣的聚乙烯管5伸長(zhǎng)段，要盡可能抵住電熔套筒I的根部，根據(jù)接頭部分的長(zhǎng)度和牽引孔4的位置，確定端部壓板8的位置夾緊試樣的接頭，如圖7所示；(2)鏈條的一端通過(guò)銷(xiāo)與試樣相連，另一端直接連接試驗(yàn)機(jī)的上夾具；(3)確認(rèn)裝置安裝正確，試樣固定牢靠，輸入試驗(yàn)參數(shù)，開(kāi)始剝離試驗(yàn)；(4)對(duì)于圖1形式的試樣，試樣焊接平面最終被完全剝開(kāi)的基本過(guò)程如下:隨著外加拉伸載荷的增大，試樣樣條在牽引孔4處發(fā)生輕微的彎曲變形。接著在有效熔融區(qū)牽引孔一側(cè)，電熔套筒I與聚乙烯管5之間的間隙張開(kāi)，熔融區(qū)開(kāi)始被撕裂。隨著外載荷的繼續(xù)增加，焊縫缺口逐漸張開(kāi)，電熔絲逐漸脫落，直到整個(gè)焊縫接合面處撕裂。整個(gè)剝離過(guò)程中，外載荷垂直于焊接界面，由熔融區(qū)主要承載，高強(qiáng)度接頭試樣的失效位于或靠近焊接平面，聚乙烯管5和電熔套筒I保持完好，為一次有效剝離。停止試驗(yàn)，保存數(shù)據(jù)；(5)通過(guò)外載荷作用點(diǎn)處的力-位移積分得到整個(gè)剝離過(guò)程的拉伸剝離能，用來(lái)表征接頭粘結(jié)強(qiáng)度。還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)系想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.用于電熔接頭剝離試驗(yàn)的裝置，包括力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，還包括承載平臺(tái)、端部壓板、尾部壓板、可拆卸接頭和鏈條；承載平臺(tái)上表面的中間區(qū)域、端部壓板下表面和尾部壓板下表面均具有交錯(cuò)的縱橫紋路；端部壓板、尾部壓板與承載平臺(tái)之間通過(guò)螺栓連接用于固定試樣；承載平板還通過(guò)螺栓與可拆卸接頭連接，可拆卸接頭與拉伸試驗(yàn)機(jī)下夾具通過(guò)銷(xiāo)相聯(lián)；鏈條的一端與試驗(yàn)機(jī)上夾具相聯(lián)，另一端通過(guò)銷(xiāo)與設(shè)于試樣上的牽引孔相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述承載平臺(tái)上開(kāi)有8個(gè)貫穿的螺紋通孔，其下表面環(huán)繞平臺(tái)中心開(kāi)有4個(gè)螺紋盲孔；端部壓板開(kāi)有兩個(gè)貫穿的光孔，尾部壓開(kāi)有四個(gè)貫穿的光孔；所述可拆卸接頭包括法蘭和圓柱底座，法蘭在對(duì)應(yīng)承載平臺(tái)下表面的四個(gè)螺紋孔的相對(duì)位置開(kāi)有四個(gè)光孔，圓柱底座開(kāi)有橫向的銷(xiāo)孔。
3.用于電熔接頭剝離試驗(yàn)的方法，其特征在于，包括以下步驟: (O按照GB/T 19808-2005的要求加工試樣，然后在試樣電熔套筒的表面加工一個(gè)深至加熱電阻絲上表面的溝槽，以減小焊縫接合面處的有效長(zhǎng)度；并在試樣的套筒伸長(zhǎng)端開(kāi)設(shè)牽引孔，牽引孔的中心位于套筒的上下中線(xiàn)，且與第一根電阻絲、套筒根部之間的距離相等; (2)將試樣放在承載平臺(tái)中央，用尾部壓板固定試樣管材伸長(zhǎng)段并盡量抵住試樣套筒的根部；根據(jù)試樣接頭部分的長(zhǎng)度和試樣上牽引孔的位置，確定端部壓板的位置后夾緊試樣的接頭； (3)將鏈條的一端與試驗(yàn)機(jī)上夾具相聯(lián)，另一端通過(guò)銷(xiāo)與試樣的牽引孔相連； (4)確認(rèn)試樣固定牢靠、管材緊貼承載平臺(tái)，并且牽引孔中心、承載平臺(tái)中心均在上下夾具的中心軸線(xiàn)上； (5)開(kāi)始試樣的剝離試驗(yàn)；整個(gè)剝離過(guò)程中，外載荷垂直于焊接界面，由熔融區(qū)主要承載，接頭試樣的失效位于或靠近焊接平面，管材和套筒保持完好，為一次有效剝離；停止試驗(yàn)，保存數(shù)據(jù)； (6)通過(guò)外載荷作用點(diǎn)處的力-位移積分得到整個(gè)剝離過(guò)程的拉伸剝離能，用來(lái)表征接頭粘結(jié)強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及電熔接頭剝離試驗(yàn)，旨在提供一種用于電熔接頭剝離試驗(yàn)的裝置及方法。該裝置包括承載平臺(tái)、端部壓板、尾部壓板、可拆卸接頭和鏈條；端部壓板、尾部壓板與承載平臺(tái)之間通過(guò)螺栓連接用于固定試樣；承載平板還通過(guò)螺栓與可拆卸接頭連接，可拆卸接頭與拉伸試驗(yàn)機(jī)下夾具通過(guò)銷(xiāo)相聯(lián)；鏈條的一端與試驗(yàn)機(jī)上夾具相聯(lián)，另一端通過(guò)銷(xiāo)與設(shè)于試樣上的牽引孔相連。本發(fā)明使焊縫結(jié)合面處的有效長(zhǎng)度減小，強(qiáng)度降低，有助于實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度接頭試樣的有效剝離；體現(xiàn)了剝離接頭試樣熔融區(qū)的難易程度，受環(huán)境因素影響較小，且不依靠試驗(yàn)人員的主觀判斷，可以用來(lái)客觀定量評(píng)價(jià)接頭粘結(jié)強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01N3/24GK103203874SQ20131012590
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者鄭津洋, 侯東圣, 施建峰, 師俊 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)