一种测试搭接板摩擦锥塞焊接头抗拉性能的夹具及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于固相焊技术领域，具体来说涉及一种测试搭接板摩擦锥塞焊接头抗拉 性能的夹具及方法。
【背景技术】
[0002] 摩擦锥塞焊(FTPW)是英国焊接研究所基于传统旋转摩擦焊开发的一种新型固相 连接技术，在海洋平台和海底管道等水下钢结构物修复方面具有独特优势和应用前景。
[0003] 摩擦锥塞焊的基本原理是采用一种高速旋转的圆锥状塞棒在轴向压力作用下在 事先加工好的盲孔内进行挤压摩擦，由于摩擦热和轴向压力的共同作用，塞棒端部热塑性 材料沉积在盲孔中，最终形成摩擦圆锥塞焊单元孔焊接接头，多个摩擦圆锥塞单元孔的相 互叠加便形成了摩擦叠焊(Friction Stitch Welding-FSW)工艺过程。作为一项固相焊接 技术和修复技术，摩擦叠焊具有很多优点，如环保、焊速快、焊接残余应力和变形小、焊接设 备集成度高、焊接过程易于实现自动化等。
[0004] -般而言，摩擦叠焊修复技术只适用于非贯穿的水下管道缺陷，而对于贯穿缺陷 则需要用搭接的方法，具体为用一块盖板将贯穿缺陷完全覆盖，用塞棒将盖板与带缺陷的 基板焊接在一起，从而达到修复贯穿缺陷的目的，但是目前对搭接板摩擦锥塞焊研究相对 较少，为了达到更好的修复效果，需要对塞焊接头的连接强度进行测试，主要是抗拉强度， 需要加工专门的夹具来进行试验。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种测试搭接板摩擦锥塞焊接头抗拉 性能的夹具及方法，该夹具可对搭接板摩擦锥塞焊接头进行拉伸试验，从而测试搭接板摩 擦锥塞焊接头的抗拉强度。
[0006] 本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0007] -种测试搭接板摩擦锥塞焊接头抗拉性能的夹具，包括:上夹块和下夹块，所述上 夹块的上端和下夹块的下端均用于与拉伸试验机固装;上夹块的下端通过第一螺栓紧固在 搭接板摩擦锥塞焊接头的盖板上面，下夹块的上端通过第二螺栓紧固在搭接板摩擦锥塞焊 接头的基板下面，其中，盖板位于基板的上面，且基板和盖板的平面呈十字交叉。
[0008] 在上述技术方案中，所述上夹块包括:上夹柄和上底板，上底板位于盖板的上面， 上夹柄垂直固装在上底板上面的中心位置，用于与拉伸试验机固装;所述第一螺栓对称分 布在上夹柄的两侧，其中，第一螺栓的数量为2-4个，第一螺栓穿过上底板和盖板，并用第一 螺母紧固。
[0009] 在上述技术方案中，所述第一螺母与盖板之间设有垫片，第一螺栓头部与上底板 之间设有垫片。
[0010] 在上述技术方案中，所述第一螺栓沿盖板长度方向分布。
[0011] 在上述技术方案中，所述下夹块包括:下夹柄和下底板，下底板位于基板的下面， 下夹柄垂直固装在下底板下面的中心位置，用于与拉伸试验机固装;所述第二螺栓对称分 布在下夹柄的两侧，其中，第二螺栓的数量为2-4个，第二螺栓穿过下底板和基板，并用第二 螺母紧固。
[0012]在上述技术方案中，所述第二螺母与基板之间设有垫片，第二螺栓头部与下底板 之间设有垫片。
[0013] 在上述技术方案中，所述第二螺栓沿基板长度方向分布。
[0014] -种用上述夹具测试搭接板摩擦锥塞焊接头抗拉性能的方法，按照下述步骤进 行：
[0015] 步骤1，将盖板覆盖在带贯穿缺陷的基板上面，使基板和盖板的平面呈十字交叉， 用塞棒进行摩擦锥塞焊接，使盖板与带缺陷的基板焊接在一起，焊接后将暴露在盖板外部 的塞棒部分切割掉，并将切割截面打磨平整；
[0016] 步骤2,用上述夹具紧固搭接板摩擦锥塞焊接头，其中，通过第一螺栓和第一螺母 的配合将上夹块的下端紧固在搭接板摩擦锥塞焊接头的盖板上面，通过第二螺栓和第二螺 母的配合将下夹块的上端紧固在搭接板摩擦锥塞焊接头的基板下面，完成后，将上夹块的 上端和下夹块的下端装卡在拉伸试验机上，进行拉伸试验。
[0017] 在所述步骤2中，通过第一螺栓和第一螺母的配合将上夹块的上底板紧固在搭接 板摩擦锥塞焊接头的盖板上面，将上夹柄装卡在拉伸试验机上。
[0018] 在所述步骤2中，通过第二螺栓和第二螺母的配合将下夹块的下底板固装在搭接 板摩擦锥塞焊接头的基板下面，将下夹柄装卡在拉伸试验机上。
[0019]相比于现有技术，本发明的夹具能成功的测试搭接板摩擦锥塞焊接头的抗拉性 能，根据拉伸结果能优化焊接工艺及参数，从而提高搭接板摩擦锥塞焊接头的质量。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的测试搭接板摩擦锥塞焊接头抗拉性能的夹具的主视图；
[0021 ]图2为本发明的测试搭接板摩擦锥塞焊接头抗拉性能的夹具的俯视图；
[0022] 图3为搭接板摩擦锥塞焊焊接完成后的示意图；
[0023] 图4为搭接板摩擦锥塞焊焊后将多余的塞棒切除并打磨平整后的示意图；
[0024] 图5为用本发明的夹具紧固搭接板摩擦锥塞焊接头后的结构示意图。
[0025]其中，1为下夹块，2为第二螺栓，3为上夹块，4为盖板，5为基板，6为第二螺母，7为 第一螺母，8为第一螺栓，9为垫片。
【具体实施方式】
[0026] 在本发明的实施例中用于测试的搭接板摩擦锥塞焊接头由天津大学天津市现代 连接技术重点实验室开发的国内第一套大功率FHPP/FTPW原理样机系统焊接得到。该系统 由焊接主轴、液压栗站以及电控系统三部分组成。样机的主要技术参数均高于目前公开资 料中的其他设备，具体为:主轴最高转速8000rpm，最大轴向压力60kN，最大输出扭矩140Nm， 设备总功率93kW。
[0027] 在本发明中，通过强度校核确定上夹块和下夹块的材料及具体尺寸;通过强度校 核确定第一螺栓和第二螺栓的材料及具体尺寸；质量上采取对上夹块和下夹块尺寸、形位 公差的精加工来保证加工质量。本发明的实施例中所涉及的盖板和基板材料为X65管线用 钢，其中，盖板尺寸为11〇111111(长）\5〇1]1111(宽）\151]1111(高），基板的尺寸为11〇1]1111(长）\ 5〇1]1111 (宽）X22mm(高），选用X65管线用钢作为塞棒材料。
[0028] 下面结合附图和实施例对本发明的测试搭接板摩擦锥塞焊接头抗拉性能的夹具 及方法进行详细说明。
[0029] 实施例1
[0030] 如图1、2和5所示，一种测试搭接板摩擦锥塞焊接头抗拉性能的夹具，包括:上夹块 3和下夹块1，上夹块包括:上夹柄和上底板，上底板位于盖板4的上面，上夹柄垂直固装在上 底板上面的中心位置，用于与拉伸试验机固装;沿盖板长度方向分布的2个第一螺栓对称设 置在上夹柄的两侧，其中，第一螺栓穿过上底板和盖板，并用第一螺母紧固，每个第一螺栓8 用2个第一螺母7紧固，最上方的第一螺母与盖板之间设有垫片，第一螺栓头部的下端与上 底板之间设有垫片9,防止在拉伸实验过程中损坏盖板或者上夹块。下夹块包括:下夹柄和 下底板，下底板位于基板5的下面，下夹柄垂直固装在下底板下面的中心位置，用于与拉伸 试验机固装;2个沿基板长度方向设置的第二螺栓对称分布在下夹柄的两侧，其中