[发明专利]一种金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具

说明书

技术领域

本发明涉及疲劳试验领域，具体是一种金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具，用于金属薄壁管材试样在高温高压水中的低周拉压疲劳试验（在薄壁管材试样容易失稳条件下进行拉拉低周疲劳）。

背景技术

结构材料在高温高压水溶液环境下的腐蚀疲劳失效是许多工业领域面临的重要问题，典型的如化工工业中的反应容器、核电站的压力边界等。通常评价材料在高温高压水中的腐蚀疲劳行为是采用标准疲劳试样（如圆形横截面试样、矩形横截面试样等）开展实验，需要耗费较多的材料，且无法反映金属薄壁管材的形状、尺寸因素对其腐蚀疲劳性能的影响，国内外尚无金属薄壁管材在高温高压水中疲劳性能数据的报道，而金属薄壁管材已广泛应用于核电站的关键设备如压水堆核电站的蒸汽发生器。因此，研究金属薄壁管材在高温高压水中的腐蚀疲劳行为与机理，积累其腐蚀疲劳强度数据，对核电站的安全设计、运行和管理，具有重要意义。现有管状样品常温空气中疲劳试验是通过液压夹头夹持一对分别具有凹凸面楔形夹块而实现，然而液压夹头无法在高温高压水中使用，且在高温高压水中保证试样与拉伸轴良好的对中性难度很大。因此，研制出可靠的适用于高温高压水环境中金属薄壁管材试样轴向拉压疲劳试验夹具是进行上述研究首要条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具，解决现有疲劳试验的液压夹头无法在高温高压水中使用，且在高温高压水中难以保证试样与拉伸轴对中等问题。

本发明的技术方案是：

一种金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具，该夹具包括：底座、半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块，半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块配套后为带台阶的圆柱，通过所述圆柱一端的台阶与带台阶圆形通孔的底座配合连接；半圆凹面圆弧型夹块为带有半圆凹面的圆弧型夹块，半圆凸面圆弧型夹块为带有半圆凸面的圆弧型夹块，半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块通过半圆凹面、半圆凸面相对设置，金属薄壁管材试样设置于半圆凹面与半圆凸面之间形成的半管状缝隙中，使半圆凹面与半圆凸面与金属薄壁管材试样紧密接触，形成夹具。

所述的金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具，半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块形成的圆柱外侧设置欧姆夹，欧姆夹通过配套的夹紧螺杆、夹紧螺帽夹紧。

所述的金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具，半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块通过夹紧螺杆、夹紧螺帽压紧欧姆夹，半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块夹紧金属薄壁管材试样。

所述的金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具，夹紧后金属薄壁管材试样弧面的中心正好位于半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块整体的圆心处。

所述的金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具，底座通过配套的固定螺杆、垫圈与其上高温高压水轴向拉压疲劳试验装置的高压釜内样品台及拉伸轴连接。

所述的金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具，半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块配套后圆柱的台阶与带台阶圆形通孔的底座之间，具有自由度，通过调节半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块与拉伸轴的同轴度。

所述的金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具，半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块与薄壁管材试样的接触面为凹凸面，带有半圆凸面的圆弧型夹块厚度大于带有半圆凹面的圆弧型夹块厚度。

所述的金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具的安装使用方法，具体步骤如下：

（1）将半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块配套后，穿过底座通孔，使半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块台阶与底座通孔处台阶接触；

（2）将金属薄壁管材试样夹持段插入半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块之间的缝隙中；

（3）将装配好的夹具与金属薄壁管材试样装入高压釜中，调节好样品台与拉伸轴之间的距离，利用固定螺杆、垫圈连接上底座与样品台及下底座与拉伸轴，在拧紧固定螺杆过程中，调整半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块的位置，使金属薄壁管材试样与拉伸轴具有良好的对中性；

（4）利用欧姆夹套住半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块形成的圆柱，通过夹紧螺杆、夹紧螺帽夹持半圆凹面圆弧型夹块、半圆凸面圆弧型夹块，继而夹持金属薄壁管材试样。

本发明的有益效果是：