[发明专利]双轴加载的焊件疲劳性能测试装置及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。本发明通过更直观、准确的试验方法来获取所需试样的疲劳性能。本发明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。本发明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。

本发明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。