涡轮螺栓高低温循环疲劳试验工装及试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属力学试验领域，特别地，涉及一种涡轮螺栓高低温循环疲劳试验工装及试验方法。
【背景技术】
[0002]发动机使用的涡轮螺栓，其材料采用变形高温合金，为保证使用的涡轮螺栓的安全寿命，设计需考虑对加工零件进行高温强度及疲劳比对试验，分析不同材料涡轮螺栓的高温静态强度及疲劳寿命是否符合设计要求的安全水平。由于该涡轮螺栓型面较为复杂，一头为英制螺纹，另一头为复杂的球面沉头，尺寸精度较高，进行高温低循环疲劳试验时，需在高温环境下同时监控两个以上截面的温度，并需要特殊工装夹具精确配合实际零件复杂的形状和尺寸。目前，实验室只有针对材料进行标准试样试验的能力，无进行设计所要求试验的特种强度和高温低循环疲劳试验工装夹具，无法完成该类特种试验。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种涡轮螺栓高低温循环疲劳试验工装及试验方法，以解决现有的涡轮螺栓由于型面复杂导致无法按要求进行强度及高低温循环疲劳试验的技术问题。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种涡轮螺栓高低温循环疲劳试验工装，用于将涡轮螺栓安装至循环疲劳试验机上进行循环疲劳试验，涡轮螺栓一端为螺纹端、另一端为沉头端，循环疲劳试验机上设有相对设置的上夹头、下夹头;该工装包括:
[0006]上连接筒杆，其设有与上夹头相连的第一端及与沉头连接头相连的第二端；
[0007]沉头连接头，与上连接筒杆的第二端相连，沉头连接头的内孔设有呈缩口结构以对涡轮螺栓的沉头端进行定位及支撑的缩口段；
[0008]下连接筒杆，其设有与下夹头相连的第一端及与螺纹连接头相连的第二端；
[0009]螺纹连接头，与下连接筒杆的第二端相连，螺纹连接头的内孔加工有与涡轮螺栓的螺纹端相配合的内螺纹；
[0010]沉头连接头的侧壁沿垂直其轴线的方向设有贯通至其内孔的第一测量孔，上连接筒杆的侧壁设有用于与第一测量孔对齐的第一通孔；
[0011]螺纹连接头的侧壁沿垂直其轴线的方向设有贯通至其内孔的第二测量孔，下连接筒杆的侧壁设有用于与第二测量孔对齐的第二通孔。
[0012]进一步地，上连接筒杆的第二端的内孔加工有内螺纹，沉头连接头外周加工有外螺纹，沉头连接头与上连接筒杆螺纹连接。
[0013]进一步地，下连接筒杆的第二端的内孔加工内螺纹，螺纹连接头外周加工有外螺纹，螺纹连接头与下连接筒杆螺纹连接。
[0014]进一步地，第一测量孔为多个，沿沉头连接头的周向间隔设置，相应地，第一通孔为多个，沿上连接筒杆的周向间隔设置。
[0015]进一步地，第二测量孔为多个，沿螺纹连接头的周向间隔设置，相应地，第二通孔为多个，沿下连接筒杆的周向间隔设置。
[0016]根据本发明的另一方面，提供一种涡轮螺栓高低温循环疲劳试验方法，应用上述的涡轮螺栓高低温循环疲劳试验工装，包括:
[0017]将涡轮螺栓经工装接入循环疲劳试验机；
[0018]热电偶经工装接触涡轮螺栓进行实时温度监测。
[0019]进一步地，将涡轮螺栓经工装接入循环疲劳试验机包括:
[0020]将上连接筒杆安装到上夹头，将下连接筒杆安装到下夹头；
[0021 ]将螺纹连接头的装入下连接筒杆，直至第二测量孔与第二通孔重合；
[0022]将涡轮螺栓的螺纹端从沉头连接头的内孔插入，使涡轮螺栓的沉头端沉入沉头连接头内，并经沉头连接头带动涡轮螺栓一起装入上连接筒杆，直至第一测量孔与第一通孔重合；
[0023]将涡轮螺栓的螺纹端旋入螺纹连接头的内孔以螺纹连接。
[0024]进一步地，热电偶经工装接触涡轮螺栓进行实时温度监测包括:
[0025]将用来测头部温度的热电耦的焊接点一端从上连接筒杆的第一通孔插入，通过第一测量孔与涡轮螺栓的沉头端接触，并热电耦固定在上连接筒杆上；
[0026]将用来测尾部温度的热电耦的焊接点一端从下连接筒杆的第二通孔插入，通过第二测量孔与涡轮螺栓的螺纹端接触，并将热电耦固定在下连接筒杆上；
[0027]将用来测中部温度的热电耦的焊接点固定至涡轮螺栓试验件的中部。
[0028]本发明具有以下有益效果:
[0029]本发明涡轮螺栓高低温循环疲劳试验工装，无需借助外界其他机构即可方便快捷地将涡轮螺栓安装至循环疲劳试验机上，且该工装方便热电偶测量端的焊接点直接接触到涡轮螺栓的头部、中部及尾部，满足高低温循环疲劳试验时对多个截面温度同时进行监测的需求，且本发明工装的各部件分开设计制造，易于安装试样并灵活适应不同的循环疲劳试验设备；充分考虑了工装夹具材料本身适合高温下的疲劳强度，同时由于高温低循环疲劳容易造成与涡轮螺栓的沉头端接触及螺纹端连接的部位变形损坏，分别设计专用接头和连接筒，根据试验数量进行配备加工，试验中如损坏可即时更换，维护简单便利。
[0030]本发明涡轮螺栓高低温循环疲劳试验方法，通过采用上述涡轮螺栓高低温循环疲劳试验工装将涡轮螺栓试验件安装至循环疲劳试验机上，且在试验过程中通过热电偶焊接点对涡轮螺栓的头部、中部及尾部三个截面同时进行温度监测，解决了传统的发动机用涡轮螺栓由于型面复杂难以进行疲劳试验及无法在高温环境下同时对两个以上截面进行温度监测的问题，给发动机的重要部件材料和零件本身的疲劳安全强度提供可靠的试验数据。
[0031]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0032]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0033]图1是本发明优选实施例涡轮螺栓高低温循环疲劳试验工装的结构示意图；
[0034]图2是本发明优选实施例上连接筒杆的结构示意图；
[0035]图3是本发明优选实施例下连接筒杆的结构示意图；
[0036]图4是本发明优选实施例沉头连接头的结构示意图；
[0037]图5是本发明优选实施例螺纹连接头的结构示意图。
[0038]附图标记说明:
[0039]1、下连接筒杆;2、螺纹连接头;3、涡轮螺栓；
[0040]4、沉头连接头;41、缩口段；
[0041]5、上连接筒杆;6、上夹头；
[0042]7、第一测温点;8、第一通孔;9、第一测量孔；
[0043]10、第二测温点；11、第三测温点；12、第二通孔；
[0044]13、第二测量孔;14、下夹头。
【具体实施方式】
[0045]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0046]本发明的优选实施例提供了一种涡轮螺栓高低温循环疲劳试验工装，用于将涡轮螺栓3安装至循环疲劳试验机上进行循环疲劳试验，本实施例涡轮螺栓3为发动机用涡轮螺栓，为了保证其使用寿命，需进行高温强度及疲劳比对试验，分析不同材料的涡轮螺栓的高温静态强度及疲劳寿命是否符合设计要求的安全水平。本实施例涡轮螺栓3—端为螺纹端、另一端为沉头端，循环疲劳试验机上设有相对设置的上夹头6、下夹头14;参照图1，本实施例工装包括:
[0047]上连接筒杆5，其设有与上夹头6相连的第一端及与沉头连接头4相连的第二端；
[0048]沉头连接头4，与上连接筒杆5的第二端相连，沉头连接头4的内孔设有呈缩口结构以对涡轮螺栓3的沉头端进行定位及支撑的缩口段41;
[0049]下连接筒杆1，其设有与下夹头14相连的第一端及与螺纹连接头2相连的第二端；
[0050]螺纹连接头2，与下连接筒杆1的第二端相连，螺纹连接头2的内孔加工有与涡轮螺栓3的螺纹端相配合的内螺纹；
[0051]沉头连接头4的侧壁沿垂直其轴线的方向设有贯通至其内孔的第一测量孔9，上连接筒杆5的侧壁设有用于与第一测量孔9对齐的第一通孔8;
[0052]螺纹连接头2的侧壁沿垂直其轴线的方向设有贯通至其内孔的第二测量孔13，下连接筒杆1的侧壁设有用于与第二测量孔13对齐的第二通孔12。
[0053]本实施例涡轮螺栓高低温循环疲劳试验工装，无需借助外界其他机构即可方便快捷地将涡轮螺栓3安装至循环疲劳试验机上，且该工装上设置第一测量孔9、第一通孔8及第二测量孔13、第二通孔12，方便热电偶测量端的焊接点直接接触到安装至循环疲劳试验机上的涡轮螺栓的头部、尾部，满足高低温循环疲劳试验时对多个截面温度同时进行监测的需求，且本实施例工装的各部件分开设计制造，易于安装试样并灵活适应不同的循环疲劳试验设备；充分考虑了工装夹具材料本身适合高温下的疲劳强度，同时由于高