本发明专利技术涉及一种双轴加载的焊件疲劳性能测试装置及方法，属于焊接力学性能测试领域。装置整体由液压夹持系统，机械紧固装置，气缸加载机构与脉动疲劳试验机配合组成。根据所测疲劳试样的表面形状和大小确定夹块形式，根据实际工况使用气缸加载机构加载模拟零件实际横向受力。利用液压夹持系统固定试样横向一端，J字夹和夹块配合组成机械紧固装置并与气缸活塞杆相连，使试样在横向定位加载，竖直方向疲劳试样装夹在脉动疲劳试验机上。优点在于：在脉动疲劳试验机单轴加载的基础上，引入横向恒力，最大程度重现零件实际受力状态。针对大型压力容器在内压作用表面产生双轴载荷应力的工况条件，应用本装置可以得到更精确的表面焊缝疲劳数据。表面焊缝疲劳数据。表面焊缝疲劳数据。
【技术实现步骤摘要】
双轴加载的焊件疲劳性能测试装置及方法
[0001]本专利技术涉及焊接力学性能测试领域，特别涉及一种双轴加载的焊件疲劳性能测试装置及方法，主要适用于压力容器等内压导致双轴受力的表面焊缝疲劳测试。
技术介绍
[0002]在煤炭行业，液压支架是综采工作面最主要的支护设备，对保护井下安全起重要作用，由于缸筒内部存在高压乳化液，支护系统的液压千斤顶在服役过程中受到循环载荷的作用，容易在表面焊缝等薄弱位置产生疲劳裂纹，一旦在使用中出现疲劳破坏现象，将会造成巨大的经济损失和人员伤害，所以获得易出现失效的焊缝位置的疲劳数据尤为重要。实际工况下液压支架的受力较为复杂，而立柱千斤顶表面焊缝位置受到双轴应力作用，尽可能模拟实际工况受力，获得设备准确的疲劳寿命，对设备安全性的预测和防护有重要参考作用，对结构件的疲劳性能研究具有实际意义。
[0003]目前对于双轴受载工况下工件的疲劳测试主要有理论计算方法、有限元模拟方法和单轴加载条件下改变疲劳试样的结构形式达到多轴测试目的的方法。理论计算方法一般适用于工件结构和受力情况简单的计算，由于理论计算往往需要理想化模型和工况，所以对于复杂受载情况的工件计算结果和实际情况一般存在较大误差；有限元模拟方法可以适用于复杂结构和多轴载荷应力，这种方法得到的疲劳薄弱点数据一般是相对的，而并非真实数据，没有疲劳试验得出的结果真实准确，有限元模拟的结果往往作为设计参考；在单轴加载条件下，改变疲劳试样结构形式 ，可以达到多轴受力的效果，获得相应的疲劳数据，但是对于横向载荷较大或复杂的工况下只改变疲劳试样的结构形式不能达到实际工况要求，若对疲劳试样结构进行较大程度的加工改变，又将实际工件的结构形式和应力状态破坏，该方法适用于受力较小情况下的疲劳测试。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种双轴加载的焊件疲劳性能测试装置及方法，解决了现有技术存在的无法准确获得多轴受力情况下工件的疲劳性能，无法准确预估设备在实际工况下服役的安全可靠性及使用寿命等问题，降低了通过受力情况理论计算或有限元模拟来获得设备的疲劳性能带来的误差。本专利技术通过更直观、准确的试验方法来获取所需试样的疲劳性能。本专利技术在拉压脉动疲劳试验机的基础上增加提供横向恒力的装置，通过液压夹持和机械紧固在横向固定疲劳试样，通过气缸加载机构提供稳定横向恒力，整体配合保持试样在试验过程中受力均匀且不发生打滑现象。本专利技术装置适用于竖直方向承受交变载荷的同时，横向存在大小恒定的载荷应力的工况，尤其适用焊缝等受载复杂且应力集中严重易发生失效危险的位置。本双轴加载的焊件疲劳测试装置及方法适用性强，操作简便，结果精确，基于脉动疲劳试验机基础上使用，常用于实验室获得多轴受力试样的疲劳数据。
[0005]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：双轴加载的焊件疲劳性能测试装置，包括：
液压夹持系统，固定疲劳试样10 的横向一端；气缸加载机构，为疲劳试样10提供测试所需横向恒力；机械紧固装置，与气缸活塞杆13及疲劳试样10配合，夹持疲劳试样10的横向另一端；所述疲劳试样10竖直方向装夹在脉动疲劳试验机夹头11上，通过试验机控制系统启动并加载拉压脉动载荷，配合所述气缸加载机构加载的横向恒力共同作用于疲劳试样10，直至疲劳试样10发生疲劳破坏，获得相应的疲劳数据。
[0006]所述的液压夹持系统通过液压工作站调节高压乳化液流动改变液压缸缸筒5内部液体压力，控制液压缸活塞杆6运动，进而带动与活塞杆相连的连杆机构液压钳7夹紧与放松；根据疲劳试样形状和材料不同调整液压钳的夹紧力，以免在试验过程中对试样表面产生额外伤害，进而影响疲劳数据准确性，在疲劳机起振过程中起到固定试样横向一端的作用。
[0007]所述的液压夹持系统是：液压工作站箱体和液压缸缸筒5上设有圆柱形开口以固定液压通液管2，由液压通液管2连接并通入高压乳化液，控制缸体内压力带动液压缸活塞杆6运动，通过改变液压缸缸筒5内部压力大小调节夹持力大小；液压缸活塞杆6内部加工有椭圆形通孔，一端为直径大于杆径的圆柱形头部，与连杆机构液压钳7配合固定疲劳试样横向一端；连杆机构液压钳7由多个椭圆形和飞镖形的连杆构成，连接方式为运动关节处放置销钉，通过液压活塞杆6的运动带动各部分连杆运动，达到对疲劳试样10夹持的效果，由于连杆机构在夹持方向的自由度较大，可以适应不同角度和方向物件的夹持，可以根据夹持物体形状更换不同液压钳头部，适应性较强。
[0008]所述的气缸加载机构以气缸为主体输出横向恒力，气缸活塞杆13与机械紧固装置的夹块8之间通过螺纹连接，使机械紧固装置和气缸加载机构相连，通过气泵17控制气缸缸筒15内部气体压力，进而带动气缸活塞杆13做推拉运动，输出试验所需横向载荷应力。根据具体试验的工况条件不同，改变气体压力或气缸活塞杆径控制输出力的大小。
[0009]所述的机械紧固装置由夹块8、J字夹12等手动夹具组成，目的是固定疲劳试样10的横向一端并与气缸加载机构相连。夹块8整体与J字夹底部圆柱形夹持部位接触，通过旋转端部旋杆向下压紧螺纹中心压杆夹紧固定，夹块8与气缸活塞杆13螺纹连接，输出所需横向恒力，机械紧固装置起到固定、连接过渡的作用，使疲劳试样10受到气缸加载的横向恒力时不会与夹块产生相对滑动，且受力均匀。
[0010]所述的疲劳试样10 的横向夹持端加工为十字型，横向夹持端长度对应焊缝尺寸，确保焊缝在试验过程中始终受到横向恒力作用且受力均匀，且根据试样表面形状和大小选择不同形式的夹块8连接疲劳试样的横向夹持端。
[0011]所述的疲劳试样10 纵向装夹在脉动疲劳试验机上，通过控制系统给疲劳试样10加载竖直方向载荷应力，配合气缸加载机构输出的横向恒力达到双轴加载的目的，并根据测试需要改变加载载荷。
[0012]基于测试高压液压油缸缸筒表面吊环扣焊缝的疲劳性能设计，由于缸体内部高压乳化液内压的作用，缸筒表面焊缝受到轴向和切向双轴方向载荷应力的作用，为了所进行的疲劳试验满足实际工况，在原有拉压脉动载荷基础上加入气缸提供切向应力，模拟实际压力容器表面焊缝受力特点。
[0013]本专利技术的另一目的在于提供一种双轴加载的焊件疲劳性能测试方法，包括以下步骤：步骤一、按照疲劳试验国家标准设计疲劳试样10，并在焊缝位置处对应延伸出横向夹持端，横向夹持端大小由材料的物理性能和所需加载力水平确定，依据设计的疲劳试样尺寸从实际构件获取所需疲劳试样，根据横向夹持端表面形状和大小确定夹块8的形式；步骤二、将疲劳试样各面打磨至疲劳试验表面粗糙度要求，在横向夹持端与疲劳试样纵向整体的区域加工过渡圆弧并去掉线切割痕迹和表面氧化层等影响疲劳数据结果的因素；步骤三、固定试样于脉动疲劳试验机夹头11，保证试样对中性，根据测试材料性质和试样形状确定液压夹持系统夹持力，将夹块8与试样配合并通过连杆机构液压钳7紧固；根据实际工况所需横向恒力确定气缸活塞杆直径和加载气体压力；步骤四、将气缸加载机构与机械紧固装置连接，与液压夹持系统共同作用固定疲劳试样10并输出横向恒力；步骤五、确定竖直方向脉动载荷及试验参数，通过控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双轴加载的焊件疲劳性能测试装置，其特征在于：包括：液压夹持系统，固定疲劳试样(10) 的横向一端；气缸加载机构，为疲劳试样(10)提供测试所需横向恒力；机械紧固装置，与气缸活塞杆(13)及疲劳试样(10)配合，夹持疲劳试样(10)的横向另一端；所述疲劳试样(10)竖直方向装夹在脉动疲劳试验机夹头(11)上，通过试验机控制系统启动并加载拉压脉动载荷，配合所述气缸加载机构加载的横向恒力共同作用于疲劳试样(10)，直至疲劳试样(10)发生疲劳破坏，获得疲劳数据。2.根据权利要求1所述的双轴加载的焊件疲劳性能测试装置，其特征在于：所述的液压夹持系统通过液压工作站调节高压乳化液流动改变液压缸缸筒(5)内部液体压力，控制液压缸活塞杆(6)运动，进而带动与活塞杆相连的连杆机构液压钳(7)夹紧与放松。3.根据权利要求1所述的双轴加载的焊件疲劳性能测试装置，其特征在于：所述的液压夹持系统是：液压工作站箱体和液压缸缸筒(5)上设有圆柱形开口以固定液压通液管(2)，由液压通液管(2)连接并通入高压乳化液，控制缸体内压力带动液压缸活塞杆(6)运动，通过改变液压缸缸筒(5)内部压力大小调节夹持力大小；液压缸活塞杆(6)内部加工有椭圆形通孔，一端为直径大于杆径的圆柱形头部，与连杆机构液压钳(7)配合固定疲劳试样横向一端；连杆机构液压钳(7)由多个椭圆形和飞镖形的连杆构成，连接方式为运动关节处放置销钉，通过液压活塞杆(6)的运动带动各部分连杆运动，达到对疲劳试样(10)夹持的效果。4.根据权利要求1所述的双轴加载的焊件疲劳性能测试装置，其特征在于：所述的气缸加载机构以气缸为主体输出横向恒力，气缸活塞杆(13)与机械紧固装置的夹块(8)之间通过螺纹连接，使机械紧固装置和气缸加载机构相连，通过气泵(17)控制气缸缸筒(15)内部气体压力，进而带动气缸活塞杆(13)做推拉运动，输出试验所需横向载荷应力。5.根据权利要求1所述的双轴加载的焊件疲劳性能测试装置，其特征在于：所述的机械紧固装置由手动夹具夹块(8)、J字夹(12)组成，目的是固定疲劳试样(10)的横向一端并与气缸加载机构相连；夹块(8)整体与J字夹底部圆柱形夹持部位接触，通过旋转端部旋杆向下压紧螺纹中心压杆夹紧固定，夹块(8...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵小辉，刘博洋，刘宇，王浩，张文强，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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