一種釬焊接頭斷裂韌性測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一種釬焊接頭斷裂韌性測試裝置，屬于力學(xué)性能測試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 板翅式換熱器因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高的優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于石油化工、 航空航天、核動力等行業(yè)。板翅式換熱器的翅片與隔板一般通過真空釬焊工藝連接，因此在 板翅結(jié)構(gòu)中含有大量的釬焊接頭，釬焊接頭是板翅結(jié)構(gòu)最薄弱的地方，板翅結(jié)構(gòu)的失效往 往最先起裂于釬縫邊緣處，在釬縫處的微裂紋、空洞等缺陷是釬焊接頭失效的主要誘導(dǎo)因 素。在含釬焊接頭結(jié)構(gòu)中，各類缺陷一旦發(fā)生，釬焊接頭就會發(fā)生裂紋擴展直至構(gòu)件斷裂。 因此，準(zhǔn)確的測量釬焊接頭斷裂韌性對科學(xué)的建立含釬焊接頭結(jié)構(gòu)斷裂失效準(zhǔn)則顯得尤為 重要。
[0003] 目前對于釬焊接頭的力學(xué)性能測試還尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，較常見的釬焊接頭力 學(xué)性能測試試樣有搭接接頭和T型拉伸接頭，未有針對釬焊接頭的斷裂力學(xué)性能測試試樣。 現(xiàn)有常用的斷裂韌性標(biāo)準(zhǔn)有緊湊拉伸試樣、三點彎曲試樣、C形拉伸試樣和圓形緊湊拉伸試 樣，這些試樣標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于均質(zhì)材料，將其應(yīng)用于釬焊接頭的斷裂韌性測試有待進一步 研究。三點彎曲試樣簡單，易于加工，但是其安裝精度難以達到，加載線難以保證。緊湊拉伸 試樣要求有專門的夾具，對夾具加工精度要求很高。而C形拉伸試樣和圓形緊湊拉伸試樣分 別適用于管材和棒材的實驗，不適合釬焊接頭結(jié)構(gòu)。我們在選用斷裂韌性測試試樣時，應(yīng)考 慮試樣在實際結(jié)構(gòu)中的取向以反映材料的各向異性和構(gòu)件的真實工作狀態(tài)。對于釬焊接頭 而言，斷裂往往在釬縫處發(fā)生脆性撕裂，裂紋沿釬縫擴展。針對目前國內(nèi)尚未形成針對釬焊 接頭斷裂韌性測試的測試標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)存的均質(zhì)材料斷裂韌性測試裝置復(fù)雜、穩(wěn)定性差、測試精 度不高、難以形成統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)，因此有待于發(fā)展一種針對釬焊接頭的斷裂韌性測試裝 置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方 便、數(shù)據(jù)測量精度高、裝置穩(wěn)定性好且易于形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的釬焊接頭斷裂韌性測試裝置。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該釬焊接頭斷裂韌性測試裝置，其 特征在于:包括支撐座、加載裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，支撐座的上側(cè)設(shè)有一圓形凸臺，圓形凸 臺的軸線水平設(shè)置，試樣包括兩個母材，兩個母材相鄰豎直邊的下部通過釬焊連接，試樣在 釬縫下端開設(shè)有一個與圓形凸臺相配合的弧形凹槽，試樣通過弧形凹槽轉(zhuǎn)動設(shè)置在圓形凸 臺上，加載裝置包括一個楔形壓頭，楔形壓頭設(shè)置在釬縫上方的兩個母材之間，兩個母材之 間還連接有測量試樣張開位移量的位移測量機構(gòu)，加載裝置連接有載荷傳感器，載荷傳感 器和位移測量機構(gòu)均連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。加載裝置向下施加載荷，并產(chǎn)生使釬縫開裂的 水平分力，試樣通過弧形凹槽轉(zhuǎn)動設(shè)置在圓形凸臺上，楔形壓頭永遠垂直于試樣加載，保證 了加載線與釬縫平行，提高了載荷數(shù)據(jù)的可靠性。裝置穩(wěn)定、可靠，且易于形成統(tǒng)一的釬焊 接頭斷裂韌性測試標(biāo)準(zhǔn)。
[0006] 優(yōu)選的，在釬縫上方的兩個母材之間還開設(shè)有一個圓形缺口，在圓形缺口的上側(cè) 開設(shè)有平行坡口，楔形壓頭設(shè)置在平行坡口的上側(cè)。圓形缺口可以防止發(fā)生應(yīng)力集中，提高 測試準(zhǔn)確率。
[0007] 優(yōu)選的，所述平行坡口的寬度為試樣橫向長度的0.02~0.1倍，如果平行坡口的寬 度太小不利于裝夾引伸計彈簧片，如果平行坡口的寬度太大，則對試樣要求過大，浪費材 料。圓形缺口的半徑為平行坡口寬度的1.5~2.0倍，如果圓形缺口的半徑太小，則對試樣缺 口張開位移測量的準(zhǔn)確性造成影響，如果圓形缺口的半徑太大，則會影響裂紋擴展速率。
[0008] 優(yōu)選的，在所述平行坡口上端設(shè)有V形坡口，楔形壓頭下端位于V形坡口內(nèi)，加載裝 置還包括壓桿，楔形壓頭固定在壓桿下端，載荷傳感器與壓桿連接。楔形壓頭緩慢向下壓 入，通過力的傳遞作用，壓桿上的力傳遞到試樣兩端，由于楔形壓頭永遠垂直于試樣加載， 所以壓頭分配在V形坡口兩端面的受力大小一致，保證作用在試樣水平方向上的力與試樣 釬縫垂直，確保了釬焊接頭裂紋擴展的外界無干擾性。
[0009] 優(yōu)選的，在所述釬縫正上方的兩個母材之間開設(shè)有v形坡口，楔形壓頭下端位于v 形坡口內(nèi)。楔形壓頭緩慢向下壓入，通過力的傳遞作用，壓桿上的力傳遞到試樣兩端，由于 楔形壓頭永遠垂直于試樣加載，所以壓頭分配在V形坡口兩端面的受力大小一致，保證作用 在試樣水平方向上的力與試樣釬縫垂直，確保了釬焊接頭裂紋擴展的外界無干擾性。
[0010]優(yōu)選的，所述V形坡口的角度為10~20°。經(jīng)過試驗證明，在此角度范圍內(nèi)，對釬焊接 頭的斷裂韌性的測試是最佳的。如果角度小于10°，由楔形壓頭傳遞至試樣水平方向的載荷 過大，載荷變化量過大，不易控制，且楔形壓頭容易壓至中部圓形缺口，對缺口尖端的位移 測量造成影響。如果角度大于20°，由楔形壓頭傳遞至試樣水平方向的載荷過小，增大了斷 裂韌性測試試驗機的載荷容量，并且增大了壓頭與試樣之間的摩擦力，導(dǎo)致楔形壓頭壓入 試樣困難。
[0011]優(yōu)選的，在所述釬縫的上端開設(shè)有一個豎向的預(yù)裂紋切口。預(yù)裂紋切口減小試樣 裂紋的起裂時間，提高測試效率。
[0012]優(yōu)選的，所述位移測量機構(gòu)為引伸計，引伸計包括位移傳感器、引伸計彈簧片和引 伸計支座，位移傳感器通過引伸計支座固定設(shè)置，兩個引伸計彈簧片分別連接位移傳感器， 在兩個母材相鄰的面上開設(shè)有方形小凹槽，方向小凹槽位于釬縫上方，兩個引伸計彈簧片 分別卡接在方形小凹槽內(nèi)。引伸計彈簧片與試樣接觸而感受試樣平行坡口間距內(nèi)的伸長， 在引伸計彈簧片上下兩面分別貼有應(yīng)變片，通過產(chǎn)生的應(yīng)變量獲得缺口尖端的位移變化， 位移傳感器放于試驗機支撐平臺上，載荷傳感器和位移傳感器通過數(shù)據(jù)線分別將所測數(shù)據(jù) 傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析采集儀上，數(shù)據(jù)分析采集儀將連續(xù)記錄載荷增加與裂紋擴展情況的載荷-位移曲線。根據(jù)曲線上表明裂紋失穩(wěn)擴展臨界狀態(tài)的載荷及試樣斷裂后測出的與臨界載荷 相對應(yīng)的裂紋長度，代入應(yīng)力強度因子表達式，從而求出釬焊接頭的斷裂韌性值。
[0013] 優(yōu)選的，所述引伸計有兩個，分別設(shè)置在試樣的兩側(cè)。在試樣兩側(cè)分別接入同規(guī)格 的引伸計，通過數(shù)據(jù)線傳入數(shù)據(jù)分析采集儀，在數(shù)據(jù)分析采集儀中，通過算法設(shè)計，取兩引 伸計獲得的位移變化值的平均值作為試樣的整體位移變化值。與常規(guī)斷裂韌性測試裝置相 比，保證了位移數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0014] 優(yōu)選的，所述支撐座中部具有向上突起的支撐部，支撐部為倒置的V形，圓形凸臺 固定在支撐部的上端，支撐部兩側(cè)面的夾角為90~120°。如果角度小于90°，則支撐座的圓形 凸臺會對試樣底部的弧形圓槽的應(yīng)力集中造成影響，從而影響釬焊接頭的裂紋擴展速率。 如果角度大于120°，則對于延展性較好的釬焊接頭而言，釬焊接頭的兩端面有可能在斷裂 之前貼近支撐座的兩面，從而阻礙釬焊接頭裂紋的繼續(xù)擴展。
[0015] 本發(fā)明中所述的楔形壓頭和支撐座均由高強度高硬度的硬質(zhì)合金制成。試驗力傳 感器加載裝置采用常用的萬能材料試驗機載荷加載裝置。載荷傳感器為一鋼制圓筒彈性元 件，彈性元件上貼有電阻應(yīng)變片，受載時圓筒變形，由應(yīng)變片輸出載荷訊號。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是:加載裝置向下施加載荷，并產(chǎn)生使 釬縫開裂的水平分力，試樣通過弧形凹槽轉(zhuǎn)動設(shè)置在圓形凸臺上，楔形壓頭永遠垂直于試 樣加載，保證了加載線與釬縫平行，提高了載荷數(shù)據(jù)的可靠性。楔形壓頭能夠在待測試樣上 產(chǎn)生較大的水平力，降低了斷裂韌性測試試驗機的載荷容量，裝置穩(wěn)定、可靠，且易于形成 統(tǒng)一的釬焊接頭斷裂韌性測試標(biāo)準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0017] 圖1為該釬焊接頭斷裂韌性測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2為試樣的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明的釬焊接頭斷裂韌性測試裝置引伸計安裝示意圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明的釬焊接頭斷裂韌性測試裝置支撐座立體示意圖。
[0021] 圖5為本發(fā)明的釬焊接頭斷裂韌性測試裝置楔形壓頭受力分析示意圖。
[0022] 其中：1、試樣2、楔形壓頭3、壓桿4、載荷傳感器5、數(shù)據(jù)分析采集儀6、引 伸計7、支撐座8、螺栓9、試驗機支撐平臺11、弧形凹槽12、釬縫13、母材14、 圓形缺口 15、V型坡口 16、平行坡口 17、方形小凹槽18、預(yù)裂紋切口 61、位移傳感 器62、引伸計彈簧片63、引伸計支座71、螺栓槽72、圓形凸臺。
【具體實施方式】
[0023]圖1~5是該釬焊接頭斷裂韌性測試裝置的最佳實施例，下面結(jié)合附圖1~5對本發(fā)明 做進一步說明。
[0024] 該釬焊接頭斷裂韌性測試裝置，包括支撐座7、加載裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，支撐座7 的上側(cè)設(shè)有一圓形凸臺72,圓形凸臺72的軸線水平設(shè)置，試樣1包括兩個母材13,兩個母材 13相鄰豎直邊的下部通過釬焊連接，試樣1在釬縫12下端開設(shè)有一個與圓形凸臺72相配合 的弧形凹槽11，試樣1通過弧形凹槽11轉(zhuǎn)動設(shè)置在圓形凸臺72上，加載裝置包括一個楔形壓 頭2,楔形壓頭2設(shè)置在釬縫12上方的兩個母材13之間，兩個母材13之間還連接有測量試樣1 張開位移量的位移測量機構(gòu)，加載裝置連接有載荷傳感器4，載荷傳感器4和位移測量機構(gòu) 均連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。加載裝置向下施加載荷，并產(chǎn)生使釬縫12開裂的水平分力，試樣1 通過弧形凹槽11轉(zhuǎn)動設(shè)置在圓形凸臺72上，楔形壓頭2永遠垂直于試樣1加載，保證了加載 線與釬縫12平行，提高了載荷數(shù)據(jù)的可靠性。裝置穩(wěn)定、可靠，且易于形成統(tǒng)一的釬焊接頭 斷裂韌性測試標(biāo)準(zhǔn)。在本實施例中弧形凹槽11為半圓形，圓形凸臺72半徑與試樣1底部的弧 形凹槽11半徑相等。
[0025] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，然而熟悉本領(lǐng)域的人們應(yīng)當(dāng)了解， 在這里結(jié)合附圖給出的詳細(xì)說明是為了更好的解釋，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)必然超出了有限的這些 實施例，而對于一些等同替換方案或常見手段，本文不再做詳細(xì)敘述，但仍屬于本申