专利名称：金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料试验设备，尤其是金属薄壁等厚度管材高温疲劳 试验夹具的制造领域。
背景技术：
金属材料的疲劳试验对于金属构件的疲劳强度设计起着重要的 指导作用。为了考查金属构件的疲劳性能，通常将金属材料加工成实 心棒状试样来进行室温和高温环境下的疲劳试验。有关棒状试样的疲 劳试验技术已经相当成熟，国际、国内也推出了一系列相应的疲劳试 验标准。但是随着反应堆工程、化工压力容器工程等的迅速发展，金 属薄壁管件得以在工程实际中广泛应用。因存在特殊夹持困难，使得 金属薄壁等厚度管件的高温疲劳试验难以开展。在高温环境下，由于 受高温炉的限制，所需管试样较长，而过长的管试样在疲劳试验过程 中又极易产生疲劳循环失稳。为了避免产生变形失稳，常常采用二次 夹具螺纹连接的方式来减少所需管试样的长度，同时达到节省试样材 料的目的。然而对于管件，无法采用螺纹连接方式延长试样。为避免 实验过程中的疲劳失稳，对于厚壁管试样，有时在工作管段加工出一 弧形槽，使得工作段直径减小，以弧形槽根部的径向应变控制疲劳试 验的进行，然后将径向应变换算成轴向应变。这种技术方案仅适合于 壁厚足够大的金属管试样，试样尺寸适应性很差；管试样工作段为漏斗形状而非等直状，需要进行径向应变同轴向应变之间的换算，其中
存在一定的换算误差；该技术方案所限定的特殊试验所需管试样依然 较长，试样耗材较大。对于中、薄等厚度金属管件，目前尚无任何可 实现高温环境下的单、多轴疲劳试验的有效技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹 具，使之克服现有技术的以上所述缺点，不仅可实现高温环境下金属 薄壁管件的单、多轴疲劳试验，而且还达到节省试样材料的目的。
本发明的目的是通过如下的手段实现的。
金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，用于在高温疲劳试验中 对金属薄壁管材进行夹持。有一主轴1，所述主轴具有锥形夹持套11、 中部螺纹段12和夹持段13;锁紧套筒2和过渡套筒3依次套接在主 轴的锥形夹持套11上；锁紧螺帽5旋接在主轴的中部螺纹段12上； 夹持垫套6套接在主轴的夹持段；主轴锥形夹持套11和夹持垫套6 均具有可改变径向尺度的弹性机构。
在实际实验时，首先将管试样两端塞入金属堵头，然后将管试样 的一端插入主轴锥形夹持套内，同主轴、锁紧套筒、过渡套筒、弹性 垫片和锁紧螺帽等一系列部件连接，通过锁紧螺帽传递到主轴的机械 挤压力，实现夹具对试样的初步抱紧。试样的另一端作对称的夹持设 置。之后，将试样及夹具的过渡套筒部分置于高温环境中，根据热膨 胀原理，设计主轴材料的热膨胀系数大于锁紧套筒，升温后夹具主轴 与锁紧套筒及试样之间因热膨胀差异而产生不同的热应变，实现夹具对管试样的再次抱紧。同时，金属堵头也采用热膨胀系数较高的材料， 以防止管试样在受夹具夹持时产生内凹变形，从而增强夹具对管试样 的综合抱紧力。本发明夹具的夹持段配合夹持垫套可适应多种规格的 试验机夹头。
采用本发明的设计方案，可满足多种规格薄壁等厚度管件在高温 环境下的单、多轴疲劳试验，结构简单，试样尺寸适应范围大，夹持 功能突出，节省试样材料。还可实现小尺寸实心棒材的高温扭转疲劳 试验。
图1为本发明实施例夹持试样后的外观图。
图2为本发明实施例主轴的三维视图。 图3为本发明实施例主轴的剖视图。 图4为本发明实施例锁紧套筒的剖视图。 图5为本发明实施例夹持垫套的剖视图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
结合图1至图5可看出本发明的基本结构和具体实施方式
。金属 薄壁等厚度管材高温疲劳试验夹具，有一主轴(1),所述主轴具有锥 形夹持套(11)、中部螺纹段(12)和夹持段(13);锁紧套筒(2) 和过渡套筒(3)依次套接在主轴的锥形夹持套(11)上；锁紧螺帽 (5)旋接在主轴的中部螺纹段(12)上；夹持垫套(6)套接在主轴
的夹持段(13);主轴锥形夹持套(11)为可改变径向尺度的弹性机构， 一般为多瓣式对称布局结构，在此采用四瓣式外锥体结构，锥体 根部对称开孔，可降低锥体的变形刚度，从而增强对管试样的抱紧效 果；主轴锥形夹持套(11)同中部螺纹段(12)间为圆弧过渡，可降 低锥体根部的应力集中，从而有效避免主轴(1)在抱紧管试样的过 程中于锥体根部处断裂。夹持垫套(6)为可改变径向尺度的弹性机 构，在此采用四瓣式等直体结构，具有同主轴锥形夹持套(11)类似 的夹持功能。
如图1所示，在管试样(7)的一端塞入金属堵头(由具有高热 膨胀系数的材料制成)，将管试样(7)该端放入主轴(1)中，放入 的管试样要足够深，使夹具抱紧力尽量大，又要注意不能放入过深， 否则影响主轴锥形夹持套的弹性变形能力。按照图1所示顺序，将锁 紧套筒(2)、过渡套筒(3)、弹性垫片(4)和锁紧螺帽(5)依次安 装，将夹具的夹持段(13)套上夹持垫套(6)并用试验机夹具抱紧。 拧紧锁紧螺帽(5)，使主轴(1)对管试样(7)产生足够大的挤压力， 管试样(7)的另一端按照相同的方法套装上本发明夹具。待管试样 (7)安装完成后，将管试样(7)及本发明夹具(包括锁紧套筒(2) 和过渡套筒(3)部分) 一并置于高温环境中，待升到试验温度后， 管试样(7)和夹具系统将因材料热膨胀的差异使得夹具对管试样(7) 的抱紧力大大增强。在本例中，主轴(l)、过渡套筒(3)及堵头材料均 选用GH2036合金，锁紧套筒(2)材料选用1Crl7Ni2合金。
权利要求
1、金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，用于在高温疲劳试验中对金属薄壁管材进行夹持，其特征在于，有一主轴1，所述主轴具有锥形夹持套11、中部螺纹段12和夹持段13；锁紧套筒2和过渡套筒3依次套接在主轴的锥形夹持套11上；锁紧螺帽5旋接在主轴的中部螺纹段12上；夹持垫套6套接在主轴的夹持段；主轴锥形夹持套11和夹持垫套6均具有可改变径向尺度的弹性机构。
2、 根据权利要求1所述之金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，其特征在于，所述可改变径向尺度的弹性机构为多瓣式对称布局结 构。
3、 根据权利要求1所述之金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具， 其特征在于，所述过渡套筒3和锁紧螺帽5之间设置有弹性垫片4。
4、 根据权利要求1所述之金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具， 其特征在于所述主轴1所用材料的热膨胀系数大于锁紧套筒2所用材
全文摘要
本发明公开了一种金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，用于在高温疲劳试验中对金属薄壁管材进行夹持。有一主轴1，所述主轴具有锥形夹持套11、中部螺纹段12和夹持段13；锁紧套筒2和过渡套筒3依次套接在主轴的锥形夹持套11上；锁紧螺帽5旋接在主轴的中部螺纹段12上；夹持垫套6套接在主轴的夹持段；主轴锥形夹持套11和夹持垫套6均具有可改变径向尺度的弹性机构。本发明可满足多种规格薄壁等厚度管件在高温环境下的单轴、纯扭和轴扭复合疲劳试验，结构简单，试样尺寸适应范围大，夹持功能突出，节省试样材料。
文档编号G01N3/18GK101526451SQ200910058798
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者陈 包, 蔡力勋, 陈洪军 申请人:西南交通大学